Análise de acidentes propensos a ocorrer na superfície de aquecimento de tubos de aço de caldeiras

Os tubos de aço da superfície de aquecimento da caldeira funcionam por muito tempo sob a ação de altas temperaturas, tensões e meios corrosivos. Quando os tubos de aço não suportam a carga de suas condições de trabalho, diversos tipos de danos ocorrerão e causarão acidentes. Acidentes comuns de tubos de aço na superfície de aquecimento de caldeiras em usinas termelétricas incluem principalmente os seguintes tipos: explosão de tubo de temperatura excessiva de longo prazo, explosão de tubo de temperatura excessiva de curto prazo, tubos com material pobre e corrosão e danos por fadiga térmica .

(1) Explosão de tubulação por excesso de temperatura a longo prazo
A sobretemperatura refere-se à operação de materiais metálicos acima da temperatura nominal. A temperatura nominal refere-se à temperatura máxima permitida do aço operando durante a vida útil projetada e também pode se referir à temperatura nominal durante a operação. Enquanto uma das temperaturas acima for excedida, trata-se de uma operação de sobretemperatura. Tubos de aço superaquecidos por muito tempo intensificarão a difusão atômica, causando alterações na estrutura do aço, acelerando a fluência e reduzindo a resistência duradoura. Portanto, os tubos de aço estourarão e serão danificados antes que possam atingir a vida útil projetada. As explosões de tubos ocorrem principalmente no lado do fogo da seção de saída dos tubos do superaquecedor de alta temperatura e nos cotovelos dos tubos de aço. Tubos de parede resfriados a água, tubos de condensação de escória e economizadores também ocorrem de tempos em tempos. Durante o processo de explosão de tubos por temperatura excessiva de longo prazo, meios corrosivos, como vapor e gases de combustão, desempenham um papel acelerador. Quando a temperatura da parede do tubo excede a temperatura crítica de oxidação, o vapor e os gases de combustão produzirão uma camada mais espessa de óxido de ferro na parede do tubo; quando o tubo de aço se expande, esta camada de óxido de ferro irá rachar na direção perpendicular à tensão; então será reformado. O metal exposto produzirá corrosão sob tensão sob a ação de tensão de tração e vapor ou fumaça, acelerando a expansão da fissura e eventualmente levando ao rompimento. Portanto, a fratura tem características de fratura frágil e frequentemente existem produtos de corrosão na trinca.

(2) Explosão de tubulação por sobretemperatura de curto prazo
Durante a operação, as condições de resfriamento do tubo de aço na superfície de aquecimento da caldeira deterioram-se e a queima a seco faz com que a temperatura da parede do tubo suba repentinamente em um curto período de tempo. A temperatura atinge acima do ponto crítico (Ac1), a resistência à tração do aço cai drasticamente e a tensão do tubo de aço excede o limite de escoamento, causando cisalhamento. O tubo estourou devido à ruptura. Esse tipo de ruptura de tubo é chamada de ruptura de tubo por excesso de temperatura de curto prazo.
As explosões de tubo de sobretemperatura de curto prazo ocorrem principalmente perto da zona de combustão dos tubos de parede fria e no lado do fogo, perto do queimador e do tubo de escória. Eles também ocorrem ocasionalmente em economizadores e superaquecedores de tela de algumas caldeiras de alta pressão. Como a temperatura da parede do tubo devido à superaquecimento de curto prazo é maior que Ac1, e às vezes até maior que Ac3, a injeção de vapor e água durante a explosão do tubo é como têmpera em graus variados. Portanto, a estrutura na ruptura neste momento é geralmente de baixa martensita ou bainita. ; As rupturas do tubo do superaquecedor também podem ser estruturas de perlita e ferrita. Obviamente, a dureza do tubo ao redor da ruptura aumentará significativamente. Além do projeto estrutural inadequado, as explosões de tubos por excesso de temperatura são causadas principalmente por operação sobrecarregada, operação inadequada ou entupimento de sujeira no tubo. A operação de sobrecarga geralmente aumentará a temperatura de saída do superaquecedor de convecção, exacerbando o fenômeno de superaquecimento e acelerando a fluência do tubo de aço; a partida anormal causará mudanças drásticas na combustão, aumento rápido da pressão ou extinção de incêndio e explosão no forno causará superaquecimento do tubo de aço. Temperatura; A sujeira ou incrustações de sal no tubo causarão má circulação de vapor e água, causando superaquecimento local do tubo de aço e levando rapidamente à explosão do tubo.

(3) Tubo de aço para caldeira explosão causada por material pobre
O rompimento de tubos com material de baixa qualidade refere-se ao uso incorreto de aço ou ao uso de aço defeituoso, causando danos prematuros ao tubo de aço. Devido ao uso de materiais errados, é na verdade uma operação de superaquecimento. De acordo com a equação de Larson-Miller, a operação em temperatura excessiva reduzirá muito a vida útil dos tubos de aço, e alguns podem até estourar após milhares de horas de operação. Se o próprio material apresentar defeitos como rachaduras, descarbonetação severa ou inclusões, ou tubos de aço com dobras, cicatrizes ou rachaduras forem usados ​​durante a instalação e manutenção, a resistência do tubo de aço será severamente enfraquecida e as peças defeituosas estarão propensas a estresse durante a operação em alta temperatura. A concentração fará com que as rachaduras se expandam, os defeitos se expandam e leve ao rompimento do tubo. Quando um tubo de aço defeituoso é explodido, a borda da fratura muitas vezes pode ser dividida em duas partes: a parte defeituosa tem uma borda de fratura áspera e uma fratura frágil (o defeito de fratura está aberto); a parte não defeituosa apresenta uma fratura plástica.

(4) Danos por trincas por fadiga térmica corrosiva
A estratificação vapor-água no tubo de aço da superfície de aquecimento da caldeira, o tampão de vapor no tubo economizador, a água no superaquecedor, a abertura intermitente da válvula de dessuperaquecimento e redução de pressão, etc., causarão flutuações de temperatura, causando estresse térmico alternado e rachaduras por fadiga térmica . Além disso, sob a ação de meios corrosivos, trincas por fadiga nesses tubos de aço são particularmente prováveis ​​de ocorrer em áreas entalhadas com altas taxas de corrosão, como rugosidade superficial, arranhões, poços de corrosão, etc., por isso são chamadas de trincas corrosivas por fadiga térmica. As trincas corrosivas por fadiga térmica são geralmente distribuídas em grupos em uma única fileira e são perpendiculares à direção da tensão. Existem fissuras anulares transversais na parede interna do tubo, as fissuras são curtas e a fratura é uma fratura frágil com características de fadiga. Durante a operação do tubo de aço da superfície de aquecimento da caldeira, a parede do tubo está em contato direto com gases de combustão, água e vapor de alta temperatura, o que também produzirá outros fenômenos de corrosão, causando ruptura prematura e danos ao tubo de aço. Se um pré-aquecedor de ar for operado ao ar livre, ocorrerão danos por corrosão em baixa temperatura devido ao SO2 no gás de combustão.