電站鍋爐主要部件的失效

1、電站鍋爐主要部件的失效,華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司蔡文河,第一節(jié) 鍋爐運行基本工況,一、概述 鍋爐是將煤、油、天然氣等燃料或其他熱能釋放出來的熱量，通過金屬受熱面?zhèn)鬟f給經(jīng)凈化的水，并將其加熱到一定壓力和溫度的水和蒸汽的連續(xù)運行的換熱設(shè)備。也就是說，在換熱過程中，鍋爐的金屬部件在一定時間內(nèi)都要受到一定的壓力和溫度的作用。 電站鍋爐金屬部件運行時的四個重要因素：時間、高溫、應(yīng)力和介質(zhì) 部件工況可分為2類：以溫

2、度為主，以應(yīng)力為主。 材料的許用應(yīng)力的確定－室溫抗拉強度、設(shè)計溫度下的屈服強度、設(shè)計溫度下持久強度、設(shè)計溫度下蠕變強度和疲勞強度選取的 ；也可以分出2大類：溫度作用造成的蠕變損傷、沒有溫度作用的其他損傷,第一節(jié) 鍋爐運行基本工況,二、電站鍋爐主要部件失效類型 蠕變、疲勞、蠕變疲勞、侵蝕、腐蝕、磨損、材質(zhì)老化及其交互作用等；（見資料表1）注：基本情況，異常工況時比較復(fù)雜； 有助于制造故障樹，形成專家系統(tǒng)；

3、 失效部位的位置與相鄰部件位置的關(guān)系； 有助于積累數(shù)據(jù)； 有助于金屬監(jiān)督； 有助于制訂反措；,第二節(jié) 失效分析的意義和作用,一、失效分析的概念和特點失效分析的概念（3層含義）失效分析的發(fā)展過程失效分析的特點二、失效分析的作用提出預(yù)防措施查明責(zé)任主體失效分析還可為材質(zhì)鑒定和在役鍋爐的壽命預(yù)測提供重要的技術(shù)依據(jù) 失效分析可以積累寶貴數(shù)據(jù)為制訂標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)。失效分析可以為企業(yè)提高技術(shù)管理水平

4、提供依據(jù)。,第二節(jié) 失效分析的意義和作用,三、部件失效的統(tǒng)計分析 統(tǒng)計分析是宏觀分析方法，有關(guān)管理部門或領(lǐng)導(dǎo)機構(gòu)可以從大量的設(shè)備事故中進(jìn)行分類統(tǒng)計，摸清事故規(guī)律，找出主要矛盾，最后作出決策。 注：1、分類 2、計算百分比 3、繪制主次圖 4、列舉原因 5、制訂措施四、失效分析的發(fā)展方向五、失效分析的注意事項,第三節(jié) 電站鍋爐主要部件的失效型式,一、過量變形失效二、疲勞失效三、腐蝕失效

5、四、蠕變失效五、磨損失效六、脆性斷裂失效七、塑性斷裂失效,第三節(jié) 電站鍋爐主要部件的失效型式一、過量變形失效,過量變形失效又可分為過量彈性變形失效和過量塑性變形失效 其主要影響因素有：1、熱沖擊：突然升溫或降溫，產(chǎn)生的熱應(yīng)力。2、部件自重：部件自重可產(chǎn)生永久變形，放置大型部件時應(yīng)注意合理放置。3、殘余應(yīng)力：存在殘余應(yīng)力的大型部件在高溫運行中，由于殘余應(yīng)力發(fā)生變化，破壞了原來部件內(nèi)部的應(yīng)力平衡，造成永久變形。4、異常工況

6、的影響：如轉(zhuǎn)子超速運行會造成彎曲；主汽門門桿的卡澀會造成門桿變形。5、材料問題：高溫材料下降后，會造成起屈服強度下降。如：εИ-723鋼螺栓，長期運行，會使汽缸漏汽。6、設(shè)計的安全系數(shù)不夠，會使部件發(fā)生變形。,第三節(jié) 電站鍋爐主要部件的失效型式二、疲勞失效,部件在工作過程中承受交變載荷或循環(huán)載荷的作用，引起部件內(nèi)部的應(yīng)力叫交變應(yīng)力。在這種交變應(yīng)力的作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象叫疲勞斷裂。 疲勞失效種類很多，分類方式極為復(fù)雜：

7、 按載荷分，有拉伸疲勞、拉壓疲勞、彎曲疲勞、扭轉(zhuǎn)疲勞和各種混合受力的疲勞； 按載荷交變頻率分，有高周疲勞和低周疲勞；按應(yīng)力大小分，有高應(yīng)力疲勞和低應(yīng)力疲勞； 在復(fù)雜環(huán)境條件下還有腐蝕疲勞、高溫疲勞、熱疲勞、微振疲勞、接觸疲勞等。,疲勞斷裂也有一個時間過程，即裂紋的萌生、裂紋的擴(kuò)展和最終的瞬時斷裂三個階段。,第三節(jié) 電站鍋爐主要部件的失效型式二、疲勞失效,第三節(jié) 電站鍋爐主要部件的失效型式二、疲勞失效,在疲勞失

8、效分析中，應(yīng)重視疲勞源產(chǎn)生條件的分析。部件表面或內(nèi)部凡是造成應(yīng)力集中的部位均可能成為疲勞源。 例如：部件截面發(fā)生突變的部位； 加工刀痕處或加工中形成的微裂紋； 材料表面或內(nèi)部的夾雜物； 腐蝕裂紋誘導(dǎo)出的疲勞裂紋； 鑄件的疏松處和鍛件的白點發(fā)紋出； 焊接的引弧處和焊接裂紋； 運輸和安裝時的碰撞處； 表面處理缺陷處； 化學(xué)成分的微區(qū)偏析

9、處，等。,第三節(jié) 電站鍋爐主要部件的失效型式二、疲勞失效,1、高周疲勞斷裂 低應(yīng)力（σ105）。高周疲勞一般壽命較長，斷裂時沒有塑性變形，一般也稱應(yīng)力疲勞。高周疲勞一般具有穿晶特征，在裂紋金相試樣上，裂紋呈波動狀，裂紋中間沒有腐蝕介質(zhì)和腐蝕產(chǎn)物，裂紋尖端往往較尖銳，疲勞條紋間距小。2、低周疲勞斷裂 高應(yīng)力（σ≥σs），低循環(huán)次數(shù)（N＝102～105）。低周疲勞一般壽命較短，斷裂時長伴隨應(yīng)變的發(fā)生，故也稱應(yīng)變疲勞。

10、斷口較為粗糙，斷口周圍往往有殘余宏觀變形。斷口仍具有逐漸擴(kuò)展區(qū)和瞬時破斷區(qū)的特征，逐漸擴(kuò)展區(qū)的“海灘”標(biāo)志部明顯或消失。 3、高溫疲勞斷裂 4、熱疲勞斷裂,第三節(jié) 電站鍋爐主要部件的失效型式三、腐蝕失效,金屬材料受周圍環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)與電化學(xué)作用而引起的損壞叫腐蝕失效。腐蝕對部件損壞的表現(xiàn)為失重、破壞材料表面完好狀態(tài)和生產(chǎn)裂紋。 常見腐蝕失效的主要類型：1、高溫氧化：其氧化反應(yīng)方程式為：2Me+O2→2MeO（高

11、溫下）2、低熔點氧化物的腐蝕（高溫腐蝕） 劣質(zhì)燃料中含有V2O5、Na2O、SO3 等低熔點氧化物，它們與金屬反應(yīng)生產(chǎn)新的氧化物。這些低熔點氧化物又會與金屬表面的氧化物發(fā)生反應(yīng)，生成結(jié)構(gòu)松散的釩酸鹽。3、煙氣腐蝕（低溫腐蝕）－部件溫度低于含酸根煙氣的露點。 含有較高SO2、SO3和CO2的煙氣，當(dāng)遇到較冷的物體（省煤器、空氣預(yù)熱器）時，溫度降到煙氣的露點以下。部件表面凝結(jié)的水膜與中的與SO2、SO3和CO2結(jié)

12、合形成酸性溶液，導(dǎo)致鍋爐尾部受熱面嚴(yán)重的低溫腐蝕。,第三節(jié) 電站鍋爐主要部件的失效型式三、腐蝕失效,4、應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕是材料在腐蝕環(huán)境中和靜態(tài)拉應(yīng)力的同時作用下產(chǎn)生的破裂。它是斷裂中最廣泛、最嚴(yán)重的一種破壞形式。應(yīng)力腐蝕的三個特定條件：特定的腐蝕環(huán)境、足夠大的拉應(yīng)力和特定的合金成分和結(jié)構(gòu)。 應(yīng)力腐蝕有下列的幾個特征： A、裂紋的宏觀走向基本上與拉應(yīng)力垂直。只有拉應(yīng)力才能引起應(yīng)力腐蝕，壓應(yīng)力會阻止或延緩應(yīng)力腐蝕。

13、 B、應(yīng)力腐蝕斷裂存在著孕育期。 C、產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的合金表面都會存在鈍化膜或保護(hù)膜。腐蝕只在局部區(qū)域，破裂時金屬腐蝕量極小。 D、斷口呈脆性形貌，裂紋走向為穿晶、沿晶或混合型。裂紋一般起源于部件表面的蝕孔。 E、應(yīng)力腐蝕斷裂一般發(fā)生在活化－鈍化的過渡區(qū)的電位范圍，即在鈍化膜不完整的電位范圍內(nèi)。 F、大多數(shù)應(yīng)力腐蝕斷裂體系中存在臨界應(yīng)力腐蝕斷裂強度因子KISCC。當(dāng)應(yīng)力腐蝕斷裂強度因子低于KISCC時，

14、裂紋不擴(kuò)展；大于KISCC時，應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展。,5、點蝕或孔蝕在構(gòu)件表面出現(xiàn)個別孔坑或密集斑點的腐蝕稱為點腐蝕，又稱孔蝕或小孔腐蝕。點腐蝕是一種由小陽極大陰極腐蝕電池引起的陽極區(qū)高度集中的局部腐蝕形式。 點蝕隱蔽性很強。點腐蝕具有如下特征（見教材）點蝕坑形貌：,第三節(jié) 電站鍋爐主要部件的失效型式三、腐蝕失效,第三節(jié) 電站鍋爐主要部件的失效型式三、腐蝕失效,6、晶間腐蝕： 晶間腐蝕是指部件材料的晶界及

15、其鄰近部位優(yōu)先受腐蝕，而晶粒本身不被腐蝕或腐蝕很輕的一種局部腐蝕。不銹鋼的晶間腐蝕要比普通碳鋼和合金鋼較為普遍。7、黃銅的脫鋅腐蝕 黃銅中的脫鋅過程中會存在陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)。在陽極反應(yīng)中，鋅、銅同時溶解；在陰極反應(yīng)中，溶液中的O2和銅離子的還原和再沉積，其結(jié)果在脫鋅的黃銅表面出現(xiàn)多孔的銅層。8、氧的濃度差電池腐蝕 含氧的水溶液中，由于溶解氧的濃度不同而引起的腐蝕稱為氧的濃度差電池腐蝕。如水線處易出現(xiàn)腐蝕。氧濃度高

16、的地方為陰極，濃度低的地方為陽極。陽極會受到腐蝕。9、垢下腐蝕 由于鍋爐給水質(zhì)量不佳，雜質(zhì)在高溫區(qū)的水冷壁管內(nèi)沉積并形成鹽垢，導(dǎo)致此處壁溫升高，爐水在沉積物母體中蒸發(fā)，使非揮發(fā)成分變濃，使垢下的金屬材料成為濃差電池和溫差電池的陽極，而受到腐蝕。垢下腐蝕實際上是高壓水下的電化學(xué)腐蝕。,第三節(jié) 電站鍋爐主要部件的失效型式三、腐蝕失效,10、氫腐蝕 氫對金屬的作用往往表現(xiàn)在使金屬產(chǎn)生脆性，因而有時把金屬的氫損傷

17、統(tǒng)稱為氫脆。 習(xí)慣上把氫對鋼的物理作用所引起的損傷叫做鋼的脆性，而把氫與鋼的化學(xué)作用引起的損傷叫做氫腐蝕。高壓含氧環(huán)境中，由于氫原子擴(kuò)散進(jìn)入鋼中，與鋼中的碳結(jié)合生成甲烷，使鋼出現(xiàn)沿晶裂紋，引起鋼的強度和塑性下降的腐蝕現(xiàn)象稱為氫腐蝕。,第三節(jié) 電站鍋爐主要部件的失效型式四、蠕變失效,1、蠕變的概念 蠕變是指金屬材料在恒應(yīng)力長期作用下而發(fā)生的塑性變形現(xiàn)象。 2、蠕變斷裂類型 A、基本形變型蠕

18、變斷裂（M型蠕變斷裂） 當(dāng)部件受到大的應(yīng)力，在較短的時間內(nèi)發(fā)生的蠕變斷裂為基本型蠕變斷裂。斷裂前整個基體發(fā)生形變。斷裂部位金屬流變明顯，形成頸縮，斷裂為穿晶型，斷口的微觀特征是韌窩。這類蠕變斷裂對缺口應(yīng)力集中不敏感。,第三節(jié) 電站鍋爐主要部件的失效型式四、蠕變失效,B、楔型裂紋蠕變斷裂（W型蠕變斷裂）高溫下晶界是粘滯性的，在較大外力作用下，晶界將產(chǎn)生滑動，在晶粒的交界處產(chǎn)生應(yīng)力集中。如果晶粒的形變不能是應(yīng)力集中得到松弛，

19、且應(yīng)力集中達(dá)到晶界開裂的程度時，則在晶粒的交界處產(chǎn)生楔型裂紋。C、孔洞型蠕變裂紋（R型蠕變斷裂）在形變速率小、溫度較高的低應(yīng)力蠕變中，首先在晶界上形成孔洞，然后孔洞在應(yīng)力作用下繼續(xù)增多、長大、聚合、聯(lián)接成微裂紋，微裂紋連通形成宏觀裂紋，直至斷裂。晶界上形成孔洞的原因是：晶界滑動時，在晶界彎曲和硬質(zhì)點分布處形成孔洞；滑移帶和滑動晶界的交割形成孔洞；空位由壓應(yīng)力區(qū)擴(kuò)散和沉淀；晶界上的夾雜或第二相質(zhì)點與母體分離?？锥葱腿渥償嗔研蚊蔡攸c

20、是：屬于沿晶斷裂，斷口處無明顯塑性變形，垂直于拉應(yīng)力軸的晶界上孔洞成核較多。蠕變過程中臨界裂紋的形成 臨界的宏觀裂紋產(chǎn)生前，在一個宏觀應(yīng)力集中的區(qū)域內(nèi)，有利于形成孔洞的晶界上都可產(chǎn)生孔洞、孔洞鏈和裂紋。它們可獨立產(chǎn)生和發(fā)展，而且與金屬表面不連通。較大的微裂紋通過合并鄰近的小裂紋而長大。形成臨界宏觀裂紋后，它將成為主裂紋而加速擴(kuò)展，直至斷裂。蠕變裂紋與表面連通后，氧化形成的楔形氧化物，將促進(jìn)蠕變裂紋擴(kuò)展。,第三節(jié) 電站鍋爐主要部件的失

21、效型式四、蠕變失效,3、過熱失效 過熱失效是材料在一定時間內(nèi)的溫度和應(yīng)力作用而出現(xiàn)的失效形式。它是蠕變失效在電站鍋爐高溫部件的具體表現(xiàn)形式。它主要發(fā)生在受熱面管道上。過熱與超溫的概念不同，超溫就是材料超過其額定使用溫度范圍運行。主要針對鍋爐運行溫度而言，而過熱主要是針對材料的金相組織和機械性能的效果而言。過熱是鍋爐超溫運行的結(jié)果，超溫是過熱的原因。 過熱失效一般分為長期過熱和短期過熱。主要表現(xiàn)形式是鍋爐管子發(fā)生

22、爆破。長期過熱是管子在長時間的應(yīng)力和超溫溫度作用下導(dǎo)致的爆管。長期過熱一般超溫幅度不大，過程緩慢。一般常發(fā)生在過熱器和再熱器管上。短期過熱是超溫幅度較高，在較短的時間內(nèi)發(fā)生的失效現(xiàn)象。有的短期過熱的超溫幅度會高于相變點。一般發(fā)生在水冷壁管上。,第三節(jié) 電站鍋爐主要部件的失效型式五、磨損失效,磨損分為五類：粘著磨損、磨粒磨損、沖蝕磨損、腐蝕磨損和表面疲勞磨損。 決定磨損方式的三個因素：零件所處的運動學(xué)和動力學(xué)狀

23、態(tài)，零件表面的幾何形貌和轉(zhuǎn)配質(zhì)量。零件的使用工況及所處的環(huán)境狀態(tài)。零件材質(zhì)狀態(tài)，摩擦副材料的匹配情況，以及材料在磨損過程中的變化等。 1、沖蝕磨損 A、固體粒子沖蝕 B、汽蝕 2、腐蝕磨損,第三節(jié) 電站鍋爐主要部件的失效型式六、脆性斷裂失效,1、產(chǎn)生條件 材料的脆性是指材料的其他力學(xué)性能變化不大，而韌性急劇下降的現(xiàn)象。部件的脆性斷裂是指幾乎沒有塑性變形，斷裂過程極快而吸收能量極低的突發(fā)性破壞現(xiàn)象。只

24、有處于脆性狀態(tài)的零件才能發(fā)生脆性損壞。 產(chǎn)生脆性斷裂的加載條件是：靜載或沖擊。部件發(fā)生脆斷時的應(yīng)力大大低于材料的屈服強度，屬于平面應(yīng)變條件下的裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展。2、陽城電廠K4大板梁斷裂實例 下翼板斷口形貌 腹板斷口形貌 分析,第三節(jié) 電站鍋爐主要部件的失效型式七、塑性斷裂失效,產(chǎn)生條件 當(dāng)部件所承受的應(yīng)力大于材料的屈服強度時，將發(fā)生塑性變形。如果應(yīng)力進(jìn)一步增加，就可能發(fā)生斷裂。這種失效，稱為

25、塑性斷裂失效。它一般發(fā)生于靜力過載或大能量沖擊的惡劣工況情況下。,第四節(jié) 失效分析的主要分析方法和主要分析設(shè)備一、宏觀分析和金相分析方法,1、宏觀分析 宏觀分析是把金屬的表面或金屬的縱斷面或橫截面磨制后，經(jīng)過侵蝕或不經(jīng)侵蝕，用肉眼或在放大鏡下觀察的方法。2、金相分析金相分析的基本任務(wù)是研究金屬和合金的組織和缺陷，以確定其性能變化的原因，在火電廠中，金相檢驗的主要任務(wù)為：A、在安裝中，檢驗金屬部件質(zhì)量。例如金屬部件的組

26、織和焊縫的組織和質(zhì)量。B、在運行中，檢驗金屬在運行過程中的組織變化，如組織的球化、老化、顯微裂紋等。C、在事故分析中，根據(jù)組織變化情況來分析事故的產(chǎn)生原因。D、在制造和修配中，檢驗產(chǎn)品質(zhì)量，以確定熱處理工藝是否合理。,第四節(jié) 失效分析的主要分析方法和主要分析設(shè)備二、斷口的宏觀分析,斷口宏觀分析的作用：尋找斷裂源和裂紋發(fā)展的路徑。判斷部件是塑性斷裂還是脆性斷裂。判斷引起部件失效的受力狀態(tài)（含組合應(yīng)力狀態(tài)）。粗略地評價設(shè)計、制造、運

27、行工況、材質(zhì)和介質(zhì)等因素對斷裂的影響。 斷口三要素：圓形光滑拉伸試樣的纖維狀斷口，由形貌不同的纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇區(qū)構(gòu)成這三個宏觀斷口區(qū)域特征為斷口三要素。 根據(jù)三要素中纖維區(qū)先斷而剪切唇最后斷的原則，可判斷斷裂源和斷裂的發(fā)展方向。根據(jù)三要素的分布位置、大小和形態(tài)特征，可分析試樣或部件斷裂時的應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)力大小，試樣（或部件）尺寸和缺口效益，溫度狀態(tài)和材料質(zhì)量。,第四節(jié) 失效分析的主要分析方法和主要分

28、析設(shè)備三、斷口的微觀分析,1、韌窩 金屬部件或試樣因超載而產(chǎn)生塑性變形，在徑縮處由于材料內(nèi)部存在夾雜、第二相質(zhì)點和材料的彈塑性差異，形成顯微孔洞。2、滑移 其顯微特征為晶體材料受到外力作用時，晶體會沿著一定的結(jié)晶面發(fā)生滑移。 3、解理解理斷裂是金屬材料在正應(yīng)力作用下，由于原子間結(jié)合鍵的破壞而造成的穿晶斷裂。通常沿一定的晶面（解理面）斷裂，有時也可沿滑移面或?qū)\晶界解理斷裂。 4、準(zhǔn)解理準(zhǔn)解理斷裂包含顯微

29、孔洞聚集和解理的混合機理，屬解理斷裂范疇。 5、疲勞斷口疲勞斷口的主要特征表現(xiàn)在擴(kuò)展區(qū)上 。6、沿晶斷口沿晶斷口的最基本特征是有晶界小刻面的冰糖狀形貌。 7、混合斷裂,第四節(jié) 失效分析的主要分析方法和主要分析設(shè)備四、光學(xué)顯微鏡,光學(xué)顯微鏡是一種利用透鏡產(chǎn)生光學(xué)放大效應(yīng)的顯微鏡。由物體入射的光被至少兩個光學(xué)系統(tǒng)（物鏡和目鏡）放大。首先物鏡產(chǎn)生一個被放大實像，人眼通過作用相當(dāng)于放大鏡的目鏡觀察這個已經(jīng)被放大了的實像。一般的光學(xué)顯

30、微鏡有多個可以替換的物鏡，這樣觀察者可以按需要更換放大倍數(shù)。 十八世紀(jì)，光學(xué)顯微鏡的放大倍率已經(jīng)提高到了1000倍 直到物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了放大倍率與分辨率之間的規(guī)律，人們才知道光學(xué)顯微鏡的分辨率是有極限的，分辨率的這一極限限制了放大倍率的無限提高，1600倍成了光學(xué)顯微鏡放大倍率的最高極限， 光學(xué)顯微鏡由于受照明光線（可見光）波長的限制，無法分辯出小于0.2μm的圖像及顯微結(jié)構(gòu)。,第四節(jié) 失效分析的主要分析方法和主要分析設(shè)備五、電子

31、顯微鏡,電子顯微鏡是根據(jù)電子光學(xué)原理，用電子束和電子透鏡代替光束和光學(xué)透鏡，使物質(zhì)的細(xì)微結(jié)構(gòu)在非常高的放大倍數(shù)下成像的儀器。 掃描式電子顯微鏡的分辨率主要決定于樣品表面上電子束的直徑。放大倍數(shù)是顯像管上掃描幅度與樣品上掃描幅度之比，可從幾十倍連續(xù)地變化到幾十萬倍。掃描電子顯微鏡的分辨率高，可達(dá)3～4nm。 透射電鏡有著更高的放大范圍（200×～1000000×）。透射式電子顯微鏡的分辨率約為0.3納米(人眼的分辨

32、本領(lǐng)約為0.1毫米)。,第四節(jié) 失效分析的主要分析方法和主要分析設(shè)備六、X射線衍射儀,X射線衍射儀主要由X射線發(fā)生裝置、測角儀、記數(shù)（記錄）裝置、控制計算裝置組成，具有快速、準(zhǔn)確等優(yōu)點，它是進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)分析的主要設(shè)備。它是利用分析晶體將不同波長的X射線分開。也可以利用硅滲鋰探測器與多道分析器把能量不同的X射線光子分別記錄下來。 儀器主要功能及其用途：X-射線定性物相分析、X-射線定量物相分析、點陣常數(shù)的精確測定、晶體顆粒度和晶格

33、畸變的測定、單晶取向的測定。 在電廠部件事故失效分析中，X射線衍射儀可用來分析：長期運行后鋼中碳化物的變化、金屬間化合物的析出等；斷口腐蝕產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)；還看用來測定部件的殘余應(yīng)力。相結(jié)構(gòu)分析、相含量分析、亞晶尺寸分析及微觀座力分析、晶胞參數(shù)測定。高溫相變分析，薄模結(jié)構(gòu)分析等。,第五節(jié) 失效分析步驟,一、原始情況的調(diào)查與技術(shù)資料收集二、樣品的檢查、試驗與分析三、結(jié)論與反事故措施四、編制報告,第六節(jié) 鍋爐主要部件的失效一、

34、汽包的失效,1、苛性脆化A、苛性脆化的特征 主要發(fā)生在中低壓鍋爐汽包，汽水品質(zhì)較低；產(chǎn)生裂紋的部位：鉚釘和管子脹口處，鉚釘孔和脹口的汽包鋼板上；腐蝕具有縫隙腐蝕的特征，為陽極溶解型的應(yīng)力腐蝕；初始裂紋從縫隙處產(chǎn)生，從表面不能看到；初始裂紋具有沿晶和分叉的特點，裂紋的縫隙處沒有堅固的腐蝕產(chǎn)物；金屬組織未發(fā)生變化；斷口具有冰糖狀花樣，為脆斷。B、苛性脆化的原因局部的應(yīng)力超過材料的屈服點，其中有脹管和鉚接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力、開

35、孔處的邊緣應(yīng)力和熱應(yīng)力；爐水的堿性大，縫隙部位由于爐水雜質(zhì)的濃縮作用，NaOH的濃度高。C、苛性脆化的防止措施改進(jìn)汽包結(jié)構(gòu)，把鉚接和脹管改為焊接結(jié)構(gòu)，消除縫隙；改善鍋爐啟停和運行工況，減少熱應(yīng)力；提高汽水品質(zhì)。,第六節(jié) 鍋爐主要部件的失效一、汽包的失效,2、低周疲勞A、低周疲勞的特征 在啟停頻繁和工況經(jīng)常變動的鍋爐汽包中易產(chǎn)生疲勞裂紋；容易在給水管孔、下降管孔處產(chǎn)生，且與最大應(yīng)力方向垂直；在縱焊縫，環(huán)焊縫及人孔焊縫處也可能

36、產(chǎn)生；斷口宏觀形貌具有一般疲勞斷口的特征；腐蝕對裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展起很大作用。B、低周疲勞的原因 汽包的溫差造成的熱應(yīng)力是主要原因，啟動停爐的溫度變化越快，熱應(yīng)力越大，越容易造成疲勞裂紋；汽包局部區(qū)域的應(yīng)力集中；焊接的缺陷和裂紋往往是低周疲勞裂紋的源點。C、低周疲勞的防止措施 降低熱沖擊，正常啟停；鍋爐運行平穩(wěn)，避免溫度和壓力大幅度地波動；降低啟動次數(shù)；改進(jìn)汽包結(jié)構(gòu)，降低應(yīng)力集中；采用抗低周疲勞的材料；提高焊接質(zhì)量。,第六節(jié)

37、鍋爐主要部件的失效一、汽包的失效,3、應(yīng)力氧化腐蝕裂紋A、特征在汽包水汽波動區(qū)的應(yīng)力集中部位產(chǎn)生裂紋，如人孔門焊縫；斷口不具備疲勞特征；裂紋縫隙處充滿堅硬的氧化物，楔形的氧化物附加應(yīng)力對裂紋擴(kuò)展起很大作用；在裂紋邊緣有脫碳、晶粒細(xì)化、晶界孔洞等特征；裂紋尖端和周圍有沿晶的氧化裂紋；裂紋發(fā)源于焊接缺陷和腐蝕坑處。B、原因 由高壓水引起的應(yīng)力腐蝕斷裂；局部的綜合應(yīng)力超過屈服 點；使表面的Fe3O4膜破裂，發(fā)生Fe＋4H2

38、O→Fe3O4+8H和 C+4H→CH4反應(yīng)；內(nèi)表面的缺陷，在水汽界面波動區(qū)，易造成縫隙處的爐水雜質(zhì)的濃縮。C、防止措施 提高焊接質(zhì)量；降低焊接處的殘余應(yīng)力；控制啟停時的溫度變化速度；保證汽包中的汽水品質(zhì)；保證焊縫表面的平滑，發(fā)現(xiàn)焊縫處有尖角腐蝕坑，可修磨成圓滑過渡。,第六節(jié) 鍋爐主要部件的失效一、汽包的失效,4、內(nèi)壁腐蝕A、內(nèi)壁腐蝕的特征 主要發(fā)生于汽包下部內(nèi)表面，于水接觸的部位；點蝕易發(fā)生在焊縫和下降管的內(nèi)壁上。腐蝕區(qū)

39、沒有過熱現(xiàn)象，基本上沒有結(jié)垢覆蓋；在應(yīng)力集中區(qū)域，腐蝕坑沿管軸方向變長，可能產(chǎn)生腐蝕裂紋；單獨的點腐蝕發(fā)展會引起穿透而泄漏。點蝕的進(jìn)一步發(fā)展可能誘導(dǎo)出應(yīng)力腐蝕裂紋或疲勞裂紋。B、內(nèi)壁腐蝕的原因 管內(nèi)的水，由于氧的去極化作用，發(fā)生電化學(xué)腐蝕，在管內(nèi)的鈍化膜破裂處發(fā)生氧腐蝕；從制造到安裝、運行都可能發(fā)生氧腐蝕；應(yīng)力集中區(qū)域會促使點蝕的產(chǎn)生；受到熱沖擊時，會使內(nèi)壁中性區(qū)域產(chǎn)生疲勞裂紋；在停爐時存在積水也會產(chǎn)生內(nèi)壁腐蝕。C、內(nèi)壁腐蝕的防止

40、措施 加強爐管使用前的保護(hù)；新爐啟動前，應(yīng)進(jìn)行化學(xué)清洗，去除鐵銹和臟物；新爐啟動前管內(nèi)壁應(yīng)形成一層均勻的保護(hù)膜；運行中，保持水質(zhì)的純潔，嚴(yán)格控制Ph值含氧量；注意停爐保護(hù)。,第六節(jié) 鍋爐主要部件的失效二、主蒸汽管道的失效,主蒸汽管及管件蒸汽管系受力情況比較復(fù)雜。管系在運行中承受三類應(yīng)力：由內(nèi)壓和持續(xù)外載產(chǎn)生的一次應(yīng)力；由熱脹冷縮等變形受約束而產(chǎn)生的二次應(yīng)力；由局部應(yīng)力集中而產(chǎn)生的一次應(yīng)力和二次應(yīng)力的增量——峰值應(yīng)力。

41、在火電廠高溫高壓管系中，一次應(yīng)力加峰值應(yīng)力過高是造成蠕變損壞的主要原因；多次交替的二次應(yīng)力加峰值應(yīng)力過高是造成疲勞損壞的主要原因。 1、石墨化 碳鋼在450℃以上，鉬鋼在485℃以上長期運行，會發(fā)生石墨化； 2、內(nèi)壁的點蝕 易在水平段直管和彎頭處產(chǎn)生蝕坑；腐蝕的性質(zhì)、原因和防止措施同汽包的內(nèi)壁腐蝕；蝕坑的進(jìn)一步發(fā)展，可誘導(dǎo)出熱疲勞裂紋或應(yīng)力腐蝕裂紋。,第六節(jié) 鍋爐主要部件的失效二、主蒸汽管道的失效,3、蠕變斷裂原因：由于

42、一次應(yīng)力和峰值應(yīng)力過高，造成蠕變斷裂；錯用等級較低的鋼管，發(fā)生早期蠕變斷裂；表面缺陷成為蠕變裂紋的起源。 4、疲勞斷裂原因：在應(yīng)力集中區(qū)域由于反復(fù)的二次應(yīng)力作用，產(chǎn)生低周大應(yīng)變的疲勞斷裂；腐蝕對裂紋擴(kuò)展其促進(jìn)作用。 5、焊縫裂紋原因：焊接質(zhì)量不佳，存在較大的殘余應(yīng)力，成分偏析，熱處理不良，焊接缺陷和裂紋；焊接接頭的結(jié)構(gòu)不良，造成較大的應(yīng)力集中；由一次應(yīng)力、二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力構(gòu)成的組合應(yīng)力值過高；焊接接頭處存在材料的強度或

43、韌性的薄弱環(huán)節(jié)。 6、鑄件泄漏原因：鑄造質(zhì)量不良，存在嚴(yán)重的疏松；應(yīng)力集中；啟停的熱沖擊及停爐期間的氧腐蝕使疏松處產(chǎn)生裂紋而泄漏。,第六節(jié) 鍋爐主要部件的失效三、受熱面及其它部件的失效,鍋爐四管爆漏是造成電廠非停的最普遍、最常見的型式。一般占機組非停的50％以上，最高可達(dá)80％。由于其嚴(yán)重影響了機組的安全性和經(jīng)濟(jì)性，因而備受電廠重視。要防止鍋爐四管爆漏，首先要了解四管爆漏的種類和型式，這樣才能有針對性地提出預(yù)防措施。1、

44、過熱爆管（1）短期過熱,第六節(jié) 鍋爐主要部件的失效三、受熱面及其它部件的失效,（2）長期過熱,第六節(jié) 鍋爐主要部件的失效三、受熱面及其它部件的失效,2、原始缺陷（1）焊口爆漏 （2）管材缺陷,第六節(jié) 鍋爐主要部件的失效三、受熱面及其它部件的失效,3、氫脆腐蝕4、高溫腐蝕,第六節(jié) 鍋爐主要部件的失效三、受熱面及其它部件的失效,5、點蝕7、磨損,第六節(jié) 鍋爐主要部件的失效三、受熱面及其它部件的失效,8、異