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下锅筒环焊缝局部开裂事故原因的探讨 |
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| 下锅筒环焊缝局部开裂事故原因的探讨 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 17:05:04  |
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摘要：本文就SHL20/25/400-AI锅炉在运行中左侧下锅筒环焊缝发生局部开裂漏汽现象进行探讨
关键词：左侧下锅筒环焊缝、裂纹、分析探讨。
今年某日，德州石油化工厂当班司炉工在巡回检查时，发现正在运行的一台SHL20/25/400-AI锅炉左侧下锅筒环缝漏汽现象，汽柱高达1m。司炉工马上通知厂领导并采取了紧急停炉措施，两天后由锅检所会同省保险公司及厂内有关工程技术人员对锅炉进行检验。
1、 锅炉基本情况
该锅炉系南方一家锅炉厂生产，一九九五年二月出厂。锅炉筒体、封头材料均为16Mng,筒体厚度18mm，封头厚度20mm。一九九六年二十八日安装完毕后投入运行。在运行初期因背压发电机组操作人员和司炉工人员技术不熟练，致使锅炉启停较为频繁，后又因水质处理问题造成过热器爆管事故。
2、 锅炉检验情况
2.1锅炉外观检查：在锅炉与封头对接焊缝发现跑偏现象（焊缝偏向封头一侧）；锅筒内壁有一层褐红色沉积物覆盖在锅筒表面，通过打磨后发现，在下锅筒顶部焊缝中间有一条纵贯焊缝及热影响区的裂纹，长150mm，焊缝上有返修的痕迹，经查阅《锅炉产品质量证明书》中下锅筒X光射线布片图发现，左侧环焊缝有两处返修记录，其中一处返修正是锅筒出现裂纹的位置，返修前的缺陷长度15mm，是什么性质的缺陷《锅炉产品质量证明书》中没有记载。
2.2：X光射线探伤检查，在环焊缝和丁字焊缝抽查拍片中发现，1#片在焊缝两侧边缘出现两条纵向裂纹，裂纹已扩展到筒体与封头的热影响区内，裂纹呈斜对角状态，长度分别为30mm,25mm，2#片有4条在焊缝边缘纵向延伸到热影响区的裂纹，长度分别为27 mm，18 mm ，35 mm， 21 mm。
2.3：渗透探伤，对下锅筒环焊缝热影响区内外进行渗透探伤发现，线形裂纹已达百余条，其中穿透性裂纹有35条，长度分别在15-60mm之间，裂纹均分布地分布在筒体与封头内外。
3、事故分析的分歧
锅检所根据裂纹形状和裂纹分布情况认为：导致锅筒环焊缝局部开裂与热影响区裂纹的原因有三个方面，一是锅筒与封头材料均为16Mmg，材料强度高，韧性低，具有低温冷脆性，容易产生裂纹，二是下锅筒在焊接过程中，因焊缝出现跑偏现象（长度达90mm），并经过返修，容易产生很大的拘束应力和残余应力，三是锅炉在运行中启停频繁，上下锅筒温差较大，温度变化过快，下锅筒环焊缝部分长时间承受较大的附加交变应力，容易形成低周疲劳，促使裂纹的产生。
保险公司认为：从锅炉运行中发现母材焊接裂纹现象看，是制造厂家选材不当，焊接过程中质量控制不严，造成焊接过程中细微裂纹在运行条件下发展扩大的结果。因为环焊缝的对接偏差大，容易产生组装应力，焊后会在焊缝中残留附加应力。环焊缝焊接操作比纵焊缝焊接操作难度大，在施焊过程中因筒体发生轴向窜动，造成对接坡口间隙不均，而不能及时调整机头，就容易发生发生焊接跑偏现象，若跑偏量过大，容易产生未焊透、夹渣等缺陷，根据我国锅炉制造行业的实际情况，对制造厂的焊接操作者是否能严格执行焊接工艺表示怀疑。
4、 事故原因的再探讨
下锅筒环焊缝和热影响区内产生穿透性非穿透性的裂纹，有其内在原因，也有其外在因素，内因外因间的相互联系和相互影响导致事故的发生。
焊接接头本身是一个组织不均和力学性质不均体。左侧下锅筒在焊接过程中出现焊缝跑偏和其他内在缺陷，虽然经过返修后达到了射线探伤的标准要求，但返修焊缝内部已潜在裂纹敏感性的冶金组织，硬度变化和残余应力，在锅炉启停频繁的变化下可能会诱发焊缝中缺陷的扩展，这种缺陷，在交变应力作用下工作时，承受的应力有可能低于钢材的屈服极限，经过较长时间工作后，焊缝发生裂纹。笔者对该厂锅炉冷态点火和停炉操作过程进行跟班观察后发现，其锅炉生压时间在一个小时左右，若是热态锅炉从点火到升压一个小时即可，如果是冷态锅炉，不免有点快，在升压过程中，由于上锅筒温度比下锅筒温度高，蒸汽凝结放热量比下锅筒大，下锅筒内的锅水生温缓慢，上锅筒为轴向压缩应力，下锅筒内侧为轴向拉伸应力，上下温差愈大，热应力愈大，此时锅炉生压太快，形成上下锅筒内锅水局部停滞，锅筒因热应力过大而受到损伤。
锅炉的停炉一般包括停炉前的准备、减负荷、停止燃烧、降压和冷却几个过程，当锅炉熄火后，应停止送风，引风机继续运行5-10分钟，清除炉膛和烟囱内的可燃物，引风机停止运行后，锅炉各处门、空及全部挡板应严密关闭，避免锅炉急剧冷却，4-6小时后，可将烟道挡板打开，进行自然通风，同时采取循环放水的方法，促使锅筒内的水流动和降温，使锅炉各部均匀冷却。上下锅筒温度不超过50oC ，停炉8小时后，在过热器出口烟温低于200 oC时启动引风机，再次进行循环放水。如果急欲检修，可启动引风机进行通风冷却，适当增加循环放水次数，中压锅炉停炉降压和冷却时间应控制在12-24小时为宜。该厂在正常停炉时利用循环放水，不关闭各处门、孔和烟道挡板，不停引风机，进行强行降温。这种类似紧急停炉的操作方法，虽然加大了循环放水次数，但锅筒内仍处于过热状态。当锅筒内为拉伸应力，锅筒外壁为压缩应力，上下锅筒内外温度悬殊较大的情况下，各处门、孔、烟道挡板未关，引风机通风，大量冷风入侵，瞬间使骤热的锅筒和焊缝表面急剧收缩的情况下，在处于下锅筒焊缝返修位置的应变区域和局部最薄弱部位的反复变形过程中，发生低周疲劳现象。
低周疲劳最容易发生在塑性与韧性较低的钢材及局部应力较为集中的焊缝热影响区内。16Mng的强度虽比低碳钢高，但韧性与塑性比低碳钢差，应力集中敏感的焊缝及影响区的抗裂性能差。低周疲劳的形成和发展，使其残余应力逐渐增高，产生应变硬化而超过材料的局部屈服极限最终导致产生裂纹。16Mng止裂性能和焊缝热影响区的抗裂性能没有低碳钢好。其焊缝容易产生裂纹，在封头与锅筒内外壁上，随着运行状态的变化，长期交变应力作用，环焊缝热影响区，筒体与封头薄弱区及焊缝应力集中区，都有可能顺着反复变形位置产生筒体的纵向裂纹。这种低疲劳裂纹的应力如果在封头的直边段均匀分布，裂纹则在环焊缝如影响区内呈密集状态，若集中在一个薄弱位置，则会呈单条或数条的纵向裂纹，裂纹是穿晶性的，扩展持续时间长，发展非常缓慢。
5、 结束语
综上所述：锅炉的启动和停炉操作程序正确与否是锅炉安全运行的关键，也是衡量锅炉工操作水平高低的重要标志。反之可使上下锅筒拉伸应力和压缩应力不平衡，环焊缝中的拘束应力和残余应力在反复变形过程中，某一部位在达到或超过材料屈服极限时，形成开裂和裂纹。这就是下锅筒环焊缝局部开裂及热影响区产生裂纹的原因。
作者: 王勇 孙全庆 李昕岳
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