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大口径厚壁钢管制发电厂蒸发器的加热器上端盖应力腐蚀断裂分析

该上端盖为304大口径厚壁钢管制成。蒸发器为ZF-40T型;工作压力:壳体11kgfom2(7.87315×105 Pa),管8kgfcm3 (78. 45320×104 Pa);工作温度:壳体27500,管175;蒸汽量40t/h;给水温度160。累计运行一年后,产生泄漏,经探伤检查发现大口径厚壁钢管上大小裂纹14条,裂纹分布在筋板与端盖壳体相连接的角焊焊缝附近,距焊缝边缘均在20 mm之内。裂纹由内壁开始向壳体外表面发展,形成穿透性裂纹,裂纹附近金属无变形。此外封头内壁有较多的棕红色腐蚀产物及腐蚀凹坑。

    据分析,加热器大口径厚壁钢管内介质情况是:pH>11.8溶解全固形物质为11290mglL;4337mgL; Cl1150 mglL; N03  1840 mgL, S102 2000 rugL; C02 18 mg当量/LOH- 36 mg当量/L;酚酞碱度93 mg当量/L;甲基碱度4 nag当量/L;加氨处理NH423 mgL。这说明水中含钠,碱性较大,面上封头由于筋板附近焊缝有咬边、焊瘤等缺陷,由于焊接结构不够合理形成较大的焊接应力。

    断口分析。沿裂纹敲断后发现,断口表面都较平直,并附有较厚的棕黑色氧化铁锈,此外还附有一层白色的盐碱水垢,说明含盐碱性的水渗入裂纹缝隙,经过浓缩、蒸发而残留下白色的盐碱垢。如果将裂纹附近的大口径厚壁钢管取样进行宏观浸蚀,则可发现,主裂纹与焊缝相平行,有较多的分枝裂纹。

    微观分析表明,裂纹源发生于上盖壳的内壁焊缝热影响区,主裂纹粗钝。裂纹附近组织无异常,为铁素体与珠光体,晶粒度68级。裂纹有穿晶型的,也有沿晶型的。

    对大口径厚壁钢管材料的化学成份、力学性能、金相组织、冶金质量都进行了复验,结果表明:材料的质量合乎标准。

根据以上试验结果表明,大口径厚壁钢管的断裂原因是,由于在含盐碱性的水中,上盖板焊接过程有相当的残余应力,因此产生了应力腐蚀断裂(碱脆)。上盖板距焊缝20 mm处裂纹的全貌。防止措施是想办法消除大口径厚壁钢管残余应力,改进焊接质量,这个问题是可以解决的。

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