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分析燃气防爆加热器爆破口情况的原因

通过观察燃气防爆加热器的爆口处塑性变形量较大,管径明显胀粗,断口表面粗糙,具有承受拉应力作用而发生韧性断裂的情形。断口的中心位于压力表接管座角焊缝外表面的熔合线上,表明詶为裂纹的起始点。焊缝熔合线及其热影响区是筒体黑性能薄弱的部位,在拉应力作用下会优先萌生裂纹源,并在局部形成应力集中,从而裂纹加速扩展,直到出现断裂的情况。

燃气防爆加热器爆破处

由于该管座与筒体采用骑坐式角焊缝连接,角焊缝虽然完好,断口也未见焊接缺陷,而且该类型连接焊缝对筒体母材材质及强度的影响范围较小 ,因此可排除焊接缺陷引发筒体爆破的可能。另外 ,电加热单元法兰上部表面油漆脱落且发蓝现象反映了该加热器有严重超温运行的迹象 ,而该法兰下部表面呈红褐色 ,表明上部温度明显高于下部。

燃气防爆加热器爆破裂口

电加热器筒体的化学分析结果符合有关标准的技术要求 ,表明材料使用得当。

燃气防爆加热器爆破裂缝

金相检查结果显示 ,电加热器筒体几处有代表性部位的金相组织存在明显差异 ,这是由于筒体各处承受了不同程度的超温工况而产生了不同程度的过热组织。其中 ,爆口中心 (筒体中间上部 )承受的过热温度最高 ,已超过材料的 AC3点 ( 855 ℃) ,其余受检部位 (除靠近封头部位 )的过热温度也已超过材料的 AC1点 (735 ℃)。由于电加热装置是分组控制的 ,所以判断停机后的电加热装置实际上并未完全停止工作 ,只有分布在筒体下部的个别加热单元停止工作 ,从而导致筒体受热不均 ,这与法兰外观表象一致。随后的电加热器控制保护系统检测证实了上述判断。金相检查还发现爆口边缘横断面分布有许多孔洞。分析认为 ,工作状态下的电加热器筒壁主要承受拉应力作用 ,随着环境温度的升高 ,材料的屈服强度和抗拉强度 (这里指高温强度 )不断下降。同时 ,筒体内介质压力逐步上升 ,当拉应力超过材料的屈服强度时 ,在筒壁的应力集中区域内部的晶界、第二相、夹杂物等处产生微裂纹 ,微裂纹长大并串通形成孔洞 ,最终导致筒壁断裂。

易发生燃气防爆加热器爆破部位
    
硬度测试结果发现 ,相对于 A点而言 ,B点的硬度值略有升高 ,而 C、D两点的硬度值则略有降低。这是由于 A 点组织完全相变后细晶强化的效果 ,而 C、D两点因出现不完全相变组织使其硬度值略有下降。

上述分析表明 :机组停运后 ,筒体内介质停止流动 ,筒体因密闭其内压力保持恒定 ,但此时由于电加热器控制保护系统存在缺陷 ,电加热装置实际上并未完全停止工作 ,使筒体内温度和压力不断升高(最高温度超过 AC3点 855 ℃) ,筒体材料的强度不断下降。当筒壁所承受的拉应力超过材料的屈服强度甚至抗拉强度时 ,在筒体温度最高区域的薄弱环节 (即管座角焊缝熔合线及热影响区 )优先萌生裂纹 ,并在局部形成应力集中 ,进而使该处筒壁内部产生许多孔洞 ,随后裂纹加速扩展直至最终筒体爆破。

通过上面的多方位图文分析,基本可以确定:该燃气发电厂电加热器因控制保护系统存在缺陷 ,停机后电加热装置实际上并未完全停止工作 ,令其经受严重超温工况导致筒体发生短时过热爆破。

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