电站锅炉主要部件的失效.ppt
《电站锅炉主要部件的失效.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电站锅炉主要部件的失效.ppt(43页珍藏版)》请在文库网上搜索。
1、电站锅炉主要部件的失效第一节 锅炉运行基本工况n n一、概述一、概述n n 锅炉是将煤、油、天然气等燃料或其他热能释放出来锅炉是将煤、油、天然气等燃料或其他热能释放出来的热量,通过金属受热面传递给经净化的水,并将其加热的热量,通过金属受热面传递给经净化的水,并将其加热到一定压力和温度的水和蒸汽的连续运行的换热设备。也到一定压力和温度的水和蒸汽的连续运行的换热设备。也就是说,在换热过程中,锅炉的金属部件在一定时间内都就是说,在换热过程中,锅炉的金属部件在一定时间内都要受到一定的压力和温度的作用。要受到一定的压力和温度的作用。n n 电站锅炉金属部件运行时的四个重要因素:时间、高电站锅炉金属部件运
2、行时的四个重要因素:时间、高温、应力和介质温、应力和介质n n 部件工况可分为部件工况可分为2 2类:以温度为主,以应力为主。类:以温度为主,以应力为主。n n 材料的许用应力的确定室温抗拉强度、设计温度下材料的许用应力的确定室温抗拉强度、设计温度下的屈服强度、设计温度下持久强度、设计温度下蠕变强度的屈服强度、设计温度下持久强度、设计温度下蠕变强度和疲劳强度选取的和疲劳强度选取的 ;n n也可以分出也可以分出2 2大类:温度作用造成的蠕变损伤、没有温度大类:温度作用造成的蠕变损伤、没有温度作用的其他损伤作用的其他损伤第一节 锅炉运行基本工况二、电站锅炉主要部件失效类型二、电站锅炉主要部件失效类
3、型n n 蠕变、疲劳、蠕变疲劳、侵蚀、腐蚀、磨损、材质老蠕变、疲劳、蠕变疲劳、侵蚀、腐蚀、磨损、材质老化及其交互作用等;(见资料表化及其交互作用等;(见资料表1 1)n n注:基本情况,异常工况时比较复杂;注:基本情况,异常工况时比较复杂;n n 有助于制造故障树,形成专家系统;有助于制造故障树,形成专家系统;n n 失效部位的位置与相邻部件位置的关系;失效部位的位置与相邻部件位置的关系;n n 有助于积累数据;有助于积累数据;n n 有助于金属监督;有助于金属监督;n n 有助于制订反措;有助于制订反措;第二节 失效分析的意义和作用一、失效分析的概念和特点一、失效分析的概念和特点n n失效分
4、析的概念(失效分析的概念(3 3层含义)层含义)n n失效分析的发展过程失效分析的发展过程n n失效分析的特点失效分析的特点二、失效分析的作用二、失效分析的作用n n提出预防措施提出预防措施n n查明责任主体查明责任主体n n失效分析还可为材质鉴定和在役锅炉的寿命预测提供重失效分析还可为材质鉴定和在役锅炉的寿命预测提供重要的技术依据要的技术依据 n n失效分析可以积累宝贵数据为制订标准提供依据。失效分析可以积累宝贵数据为制订标准提供依据。n n失效分析可以为企业提高技术管理水平提供依据。失效分析可以为企业提高技术管理水平提供依据。第二节 失效分析的意义和作用n n三、部件失效的统计分析三、部件
5、失效的统计分析n n 统计分析是宏观分析方法,有关管理部门或领导机构统计分析是宏观分析方法,有关管理部门或领导机构可以从大量的设备事故中进行分类统计,摸清事故规律,可以从大量的设备事故中进行分类统计,摸清事故规律,找出主要矛盾,最后作出决策。找出主要矛盾,最后作出决策。n n注:注:1 1、分类、分类n n 2 2、计算百分比、计算百分比n n 3 3、绘制主次图、绘制主次图n n 4 4、列举原因、列举原因n n 5 5、制订措施、制订措施n n四、失效分析的发展方向四、失效分析的发展方向n n五、失效分析的注意事项五、失效分析的注意事项第三节 电站锅炉主要部件的失效型式n n一、过量变形失
6、效一、过量变形失效n n二、疲劳失效二、疲劳失效n n三、腐蚀失效三、腐蚀失效n n四、蠕变失效四、蠕变失效n n五、磨损失效五、磨损失效n n六、脆性断裂失效六、脆性断裂失效n n七、塑性断裂失效七、塑性断裂失效第三节 电站锅炉主要部件的失效型式一、过量变形失效一、过量变形失效n n过量变形失效又可分为过量弹性变形失效和过量塑性变形失效过量变形失效又可分为过量弹性变形失效和过量塑性变形失效 n n其主要影响因素有:其主要影响因素有:1 1、热冲击:突然升温或降温,产生的热应力。、热冲击:突然升温或降温,产生的热应力。2 2、部部件件自自重重:部部件件自自重重可可产产生生永永久久变变形形,放放
7、置置大大型型部部件件时时应应注注意意合理放置。合理放置。3 3、残残余余应应力力:存存在在残残余余应应力力的的大大型型部部件件在在高高温温运运行行中中,由由于于残残余余应应力力发发生生变变化化,破破坏坏了了原原来来部部件件内内部部的的应应力力平平衡衡,造造成成永永久久变变形。形。4 4、异异常常工工况况的的影影响响:如如转转子子超超速速运运行行会会造造成成弯弯曲曲;主主汽汽门门门门杆杆的的卡涩会造成门杆变形。卡涩会造成门杆变形。5 5、材材料料问问题题:高高温温材材料料下下降降后后,会会造造成成起起屈屈服服强强度度下下降降。如如:-723-723钢螺栓,长期运行,会使汽缸漏汽。钢螺栓,长期运行
8、,会使汽缸漏汽。6 6、设计的安全系数不够,会使部件发生变形。、设计的安全系数不够,会使部件发生变形。第三节 电站锅炉主要部件的失效型式二、疲劳失效二、疲劳失效n n部件在工作过程中承受交变载荷或循环载荷的作用,引起部件在工作过程中承受交变载荷或循环载荷的作用,引起部件内部的应力叫交变应力。在这种交变应力的作用下发部件内部的应力叫交变应力。在这种交变应力的作用下发生断裂的现象叫疲劳断裂。生断裂的现象叫疲劳断裂。n n疲劳失效种类很多,分类方式极为复杂:疲劳失效种类很多,分类方式极为复杂:n n 按载荷分,有拉伸疲劳、拉压疲劳、弯曲疲劳、扭转按载荷分,有拉伸疲劳、拉压疲劳、弯曲疲劳、扭转疲劳和各
9、种混合受力的疲劳;疲劳和各种混合受力的疲劳;n n 按载荷交变频率分,有高周疲劳和低周疲劳;按应力按载荷交变频率分,有高周疲劳和低周疲劳;按应力大小分,有高应力疲劳和低应力疲劳;大小分,有高应力疲劳和低应力疲劳;n n 在复杂环境条件下还有腐蚀疲劳、高温疲劳、热疲劳、在复杂环境条件下还有腐蚀疲劳、高温疲劳、热疲劳、微振疲劳、接触疲劳等。微振疲劳、接触疲劳等。n n疲劳断裂也有一个时间过程,即裂纹的萌生、裂纹的扩展疲劳断裂也有一个时间过程,即裂纹的萌生、裂纹的扩展和最终的瞬时断裂三个阶段和最终的瞬时断裂三个阶段。n n 第三节 电站锅炉主要部件的失效型式二、疲劳失效二、疲劳失效第三节 电站锅炉主
10、要部件的失效型式二、疲劳失效二、疲劳失效 在在疲疲劳劳失失效效分分析析中中,应应重重视视疲疲劳劳源源产产生生条条件件的的分分析析。部部件件表面或内部凡是造成应力集中的部位均可能成为疲劳源。表面或内部凡是造成应力集中的部位均可能成为疲劳源。n n例如:部件截面发生突变的部位;例如:部件截面发生突变的部位;n n 加工刀痕处或加工中形成的微裂纹;加工刀痕处或加工中形成的微裂纹;n n 材料表面或内部的夹杂物;材料表面或内部的夹杂物;n n 腐蚀裂纹诱导出的疲劳裂纹;腐蚀裂纹诱导出的疲劳裂纹;n n 铸件的疏松处和锻件的白点发纹出;铸件的疏松处和锻件的白点发纹出;n n 焊接的引弧处和焊接裂纹;焊接
11、的引弧处和焊接裂纹;n n 运输和安装时的碰撞处;运输和安装时的碰撞处;n n 表面处理缺陷处;表面处理缺陷处;n n 化学成分的微区偏析处,等化学成分的微区偏析处,等。第三节 电站锅炉主要部件的失效型式二、疲劳失效二、疲劳失效 1 1、高周疲劳断裂、高周疲劳断裂 低低应应力力(s10N105 5)。高高周周疲疲劳劳一一般般寿寿命命较较长长,断断裂裂时时没没有有塑塑性性变变形形,一一般般也也称称应应力力疲疲劳劳。高高周周疲疲劳劳一一般般具具有有穿穿晶晶特特征征,在在裂裂纹纹金金相相试试样样上上,裂裂纹纹呈呈波波动动状状,裂裂纹纹中中间间没没有有腐腐蚀蚀介介质质和和腐腐蚀蚀产产物物,裂裂纹纹尖尖
12、端端往往往较尖锐,疲劳条纹间距小。往较尖锐,疲劳条纹间距小。n n2 2、低周疲劳断裂、低周疲劳断裂 高应力(高应力(ss),低循环次数(),低循环次数(N N10102 210105 5)。)。低周疲劳一般寿命较短,断裂时长伴随应变的发生,故也低周疲劳一般寿命较短,断裂时长伴随应变的发生,故也称应变疲劳。断口较为粗糙,断口周围往往有残余宏观变称应变疲劳。断口较为粗糙,断口周围往往有残余宏观变形。断口仍具有逐渐扩展区和瞬时破断区的特征,逐渐扩形。断口仍具有逐渐扩展区和瞬时破断区的特征,逐渐扩展区的展区的“海滩海滩”标志部明显或消失。标志部明显或消失。3 3、高温疲劳断裂、高温疲劳断裂 4 4、
13、热疲劳断裂、热疲劳断裂 第三节 电站锅炉主要部件的失效型式三、腐蚀失效三、腐蚀失效 金属材料受周围环境介质的化学与电化学作用而引起的损金属材料受周围环境介质的化学与电化学作用而引起的损坏叫腐蚀失效。腐蚀对部件损坏的表现为失重、破坏材料表面坏叫腐蚀失效。腐蚀对部件损坏的表现为失重、破坏材料表面完好状态和生产裂纹。完好状态和生产裂纹。常见腐蚀失效的主要类型:常见腐蚀失效的主要类型:1 1、高温氧化:其氧化反应方程式为:、高温氧化:其氧化反应方程式为:2Me+O2Me+O2 22MeO2MeO(高温下)(高温下)2 2、低熔点氧化物的腐蚀(高温腐蚀)、低熔点氧化物的腐蚀(高温腐蚀)劣质燃料中含有劣质
14、燃料中含有V V2 2O O5 5、NaNa2 2O O、SOSO3 3 等低熔点氧化物,它们与等低熔点氧化物,它们与金属反应生产新的氧化物。这些低熔点氧化物又会与金属表面金属反应生产新的氧化物。这些低熔点氧化物又会与金属表面的氧化物发生反应,生成结构松散的钒酸盐。的氧化物发生反应,生成结构松散的钒酸盐。3 3、烟气腐蚀(低温腐蚀)部件温度低于含酸根烟气的露点。、烟气腐蚀(低温腐蚀)部件温度低于含酸根烟气的露点。含含有有较较高高SOSO2 2、SOSO3 3和和COCO2 2的的烟烟气气,当当遇遇到到较较冷冷的的物物体体(省省煤煤器器、空空气气预预热热器器)时时,温温度度降降到到烟烟气气的的露
15、露点点以以下下。部部件件表表面面凝凝结结的的水水膜膜与与中中的的与与SOSO2 2、SOSO3 3和和COCO2 2结结合合形形成成酸酸性性溶溶液液,导导致致锅锅炉炉尾部受热面严重的低温腐蚀。尾部受热面严重的低温腐蚀。第三节 电站锅炉主要部件的失效型式三、腐蚀失效三、腐蚀失效4 4、应力腐蚀、应力腐蚀n n应应力力腐腐蚀蚀是是材材料料在在腐腐蚀蚀环环境境中中和和静静态态拉拉应应力力的的同同时时作作用用下下产产生生的的破破裂裂。它它是是断断裂裂中中最最广广泛泛、最最严严重重的的一一种种破破坏坏形形式式。应应力力腐腐蚀蚀的的三三个个特特定定条条件:特定的腐蚀环境、足够大的拉应力和特定的合金成分和结
16、构。件:特定的腐蚀环境、足够大的拉应力和特定的合金成分和结构。应力腐蚀有下列的几个特征:应力腐蚀有下列的几个特征:n n A A、裂裂纹纹的的宏宏观观走走向向基基本本上上与与拉拉应应力力垂垂直直。只只有有拉拉应应力力才才能能引引起起应力腐蚀,压应力会阻止或延缓应力腐蚀。应力腐蚀,压应力会阻止或延缓应力腐蚀。n n B B、应力腐蚀断裂存在着孕育期。、应力腐蚀断裂存在着孕育期。n n C C、产产生生应应力力腐腐蚀蚀的的合合金金表表面面都都会会存存在在钝钝化化膜膜或或保保护护膜膜。腐腐蚀蚀只只在局部区域,破裂时金属腐蚀量极小。在局部区域,破裂时金属腐蚀量极小。n n D D、断断口口呈呈脆脆性性
17、形形貌貌,裂裂纹纹走走向向为为穿穿晶晶、沿沿晶晶或或混混合合型型。裂裂纹纹一一般起源于部件表面的蚀孔。般起源于部件表面的蚀孔。n n E E、应应力力腐腐蚀蚀断断裂裂一一般般发发生生在在活活化化钝钝化化的的过过渡渡区区的的电电位位范范围围,即在钝化膜不完整的电位范围内。即在钝化膜不完整的电位范围内。n n F F、大大多多数数应应力力腐腐蚀蚀断断裂裂体体系系中中存存在在临临界界应应力力腐腐蚀蚀断断裂裂强强度度因因子子K KISCCISCC。当当应应力力腐腐蚀蚀断断裂裂强强度度因因子子低低于于K KISCCISCC时时,裂裂纹纹不不扩扩展展;大大于于K KISCCISCC时时,应力腐蚀裂纹扩展。
18、应力腐蚀裂纹扩展。5 5、点蚀或孔蚀、点蚀或孔蚀n n在构件表面出现个别孔坑或密集斑点的腐蚀称为点腐蚀,在构件表面出现个别孔坑或密集斑点的腐蚀称为点腐蚀,又称孔蚀或小孔腐蚀。点腐蚀是一种由小阳极大阴极腐蚀又称孔蚀或小孔腐蚀。点腐蚀是一种由小阳极大阴极腐蚀电池引起的阳极区高度集中的局部腐蚀形式。电池引起的阳极区高度集中的局部腐蚀形式。点蚀隐蔽性很强。点蚀隐蔽性很强。点腐蚀具有如下特征点腐蚀具有如下特征(见教材)(见教材)点蚀坑形貌:点蚀坑形貌:第三节 电站锅炉主要部件的失效型式三、腐蚀失效三、腐蚀失效第三节 电站锅炉主要部件的失效型式三、腐蚀失效三、腐蚀失效6 6、晶间腐蚀:、晶间腐蚀:晶间腐蚀
19、是指部件材料的晶界及其邻近部位优先受腐蚀,而晶粒晶间腐蚀是指部件材料的晶界及其邻近部位优先受腐蚀,而晶粒本身不被腐蚀或腐蚀很轻的一种局部腐蚀。不锈钢的晶间腐蚀要比普本身不被腐蚀或腐蚀很轻的一种局部腐蚀。不锈钢的晶间腐蚀要比普通碳钢和合金钢较为普遍。通碳钢和合金钢较为普遍。7 7、黄铜的脱锌腐蚀、黄铜的脱锌腐蚀 黄黄铜铜中中的的脱脱锌锌过过程程中中会会存存在在阳阳极极反反应应和和阴阴极极反反应应。在在阳阳极极反反应应中中,锌锌、铜铜同同时时溶溶解解;在在阴阴极极反反应应中中,溶溶液液中中的的O O2 2和和铜铜离离子子的的还还原原和和再再沉沉积,其结果在脱锌的黄铜表面出现多孔的铜层。积,其结果在
20、脱锌的黄铜表面出现多孔的铜层。8 8、氧的浓度差电池腐蚀、氧的浓度差电池腐蚀 含含氧氧的的水水溶溶液液中中,由由于于溶溶解解氧氧的的浓浓度度不不同同而而引引起起的的腐腐蚀蚀称称为为氧氧的的浓浓度度差差电电池池腐腐蚀蚀。如如水水线线处处易易出出现现腐腐蚀蚀。氧氧浓浓度度高高的的地地方方为为阴阴极极,浓浓度度低的地方为阳极。阳极会受到腐蚀。低的地方为阳极。阳极会受到腐蚀。9 9、垢下腐蚀、垢下腐蚀 由于锅炉给水质量不佳,杂质在高温区的水冷壁管内沉积并形成由于锅炉给水质量不佳,杂质在高温区的水冷壁管内沉积并形成盐垢,导致此处壁温升高,炉水在沉积物母体中蒸发,使非挥发成分盐垢,导致此处壁温升高,炉水在
21、沉积物母体中蒸发,使非挥发成分变浓,使垢下的金属材料成为浓差电池和温差电池的阳极,而受到腐变浓,使垢下的金属材料成为浓差电池和温差电池的阳极,而受到腐蚀。垢下腐蚀实际上是高压水下的电化学腐蚀。蚀。垢下腐蚀实际上是高压水下的电化学腐蚀。第三节 电站锅炉主要部件的失效型式三、腐蚀失效三、腐蚀失效1010、氢腐蚀、氢腐蚀 氢对金属的作用往往表现在使金属产生脆性,因而氢对金属的作用往往表现在使金属产生脆性,因而有时把金属的氢损伤统称为氢脆。有时把金属的氢损伤统称为氢脆。习惯上把氢对钢的物理作用所引起的损伤叫做钢的习惯上把氢对钢的物理作用所引起的损伤叫做钢的脆性,而把氢与钢的化学作用引起的损伤叫做氢腐蚀
22、。高脆性,而把氢与钢的化学作用引起的损伤叫做氢腐蚀。高压含氧环境中,由于氢原子扩散进入钢中,与钢中的碳结压含氧环境中,由于氢原子扩散进入钢中,与钢中的碳结合生成甲烷,使钢出现沿晶裂纹,引起钢的强度和塑性下合生成甲烷,使钢出现沿晶裂纹,引起钢的强度和塑性下降的腐蚀现象称为氢腐蚀。降的腐蚀现象称为氢腐蚀。第三节 电站锅炉主要部件的失效型式四、蠕变失效四、蠕变失效n n1 1、蠕变的概念、蠕变的概念 蠕变是指金属材料在恒应力长期作用下而发生的塑性变形现象。蠕变是指金属材料在恒应力长期作用下而发生的塑性变形现象。n n2 2、蠕变断裂类型、蠕变断裂类型 A A、基本形变型蠕变断裂(、基本形变型蠕变断裂
23、(M M型蠕变断裂)型蠕变断裂)当当部部件件受受到到大大的的应应力力,在在较较短短的的时时间间内内发发生生的的蠕蠕变变断断裂裂为为基基本本型型蠕蠕变变断断裂裂。断断裂裂前前整整个个基基体体发发生生形形变变。断断裂裂部部位位金金属属流流变变明明显显,形形成成颈颈缩缩,断断裂裂为为穿穿晶晶型型,断断口口的的微微观观特特征征是是韧韧窝窝。这这类类蠕蠕变变断断裂裂对对缺缺口口应力集中不敏感。应力集中不敏感。第三节 电站锅炉主要部件的失效型式四、蠕变失效四、蠕变失效n nB B、楔型裂纹蠕变断裂(、楔型裂纹蠕变断裂(W W型蠕变断裂)型蠕变断裂)n n高高温温下下晶晶界界是是粘粘滞滞性性的的,在在较较大
24、大外外力力作作用用下下,晶晶界界将将产产生生滑滑动动,在在晶晶粒粒的的交交界界处处产产生生应应力力集集中中。如如果果晶晶粒粒的的形形变变不不能能是是应应力力集集中中得得到到松松弛弛,且且应应力力集集中中达达到到晶晶界界开开裂裂的程度时,则在晶粒的交界处产生楔型裂纹。的程度时,则在晶粒的交界处产生楔型裂纹。n nC C、孔洞型蠕变裂纹(、孔洞型蠕变裂纹(R R型蠕变断裂)型蠕变断裂)n n在在形形变变速速率率小小、温温度度较较高高的的低低应应力力蠕蠕变变中中,首首先先在在晶晶界界上上形形成成孔孔洞洞,然然后后孔孔洞洞在在应应力力作作用用下下继继续续增增多多、长长大大、聚聚合合、联联接接成成微微裂
25、裂纹纹,微微裂裂纹纹连连通通形形成成宏宏观观裂裂纹纹,直直至至断裂。断裂。n n晶晶界界上上形形成成孔孔洞洞的的原原因因是是:晶晶界界滑滑动动时时,在在晶晶界界弯弯曲曲和和硬硬质质点点分分布布处处形形成成孔孔洞洞;滑滑移移带带和和滑滑动动晶晶界界的的交交割割形形成成孔孔洞洞;空空位位由由压压应应力力区区扩扩散散和和沉沉淀淀;晶晶界界上上的的夹夹杂杂或或第第二相质点与母体分离。二相质点与母体分离。n n孔孔洞洞型型蠕蠕变变断断裂裂形形貌貌特特点点是是:属属于于沿沿晶晶断断裂裂,断断口口处处无无明明显显塑塑性性变变形形,垂垂直直于于拉拉应应力轴的晶界上孔洞成核较多。力轴的晶界上孔洞成核较多。n n
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电站 锅炉 主要 部件 失效