Практическое руководство компании НАЛКО по анализу причин повреждения котлов Nalco Chemical Company

Недостаточно высокое ка­чество материалов

Места преимущественных повреждений

Недостатки материалов, рассматриваемые в данной главе, стали результата­ми непродуманного применения непегированных сталей там, где рекомендо­ваны легированные стали. Основными зонами в котельной системе, страда­ющими от указанных причин, становятся зоны с охлаждаемым паром обо­рудованием, и в первую очередь трубы пароперегревателей и промежуточ­ных пароперегревателей.

Общие сведения

За исключением, вероятно, чугуна, наиболее часто используемым в промы­шленности металлом'осталась нелегированная, обыкновенная углеродис­тая сталь. Легированные стали используют не так широко из-за их высокой стоимост и. В большинстве промышленных котлов и энергетических котлов общего назначения используют трубы для котловой воды или смеси воды и пара, изготовленные из обыкновенной углеродистой стали. Низколеги­рованные стали, содержащие небольшие количества хрома и молибдена, обычно предназначаются для изготовления труб, несущих пар, например труб пароперегревателей и промежуточных пароперегревателей, из-за вы­соких температур, при которых эти трубы работают. Для замедления тер­мического разрушения, которое происходит при данных температурах, в нелегированную сталь добавляют хром и молибден. Хром обычно вводят в количествах от 0,25 до 2,25% для замедления высокотемпературного окис­ления металла и повышения сопротивления ползучести. Молибден добав­ляют в количествах от 0,25 до 1% также для увеличения сопротивления ме-
температуры окалинообразования.

От содержания в стали легирующих добавок зависит также их сопро­тивление ползучести. Добавки хрома и молибдена повышают сопротивле­ние ползучести.

Недостатки материала проявляются, когда их используют в условиях, в которых превышаются возможности материала сохранить термическую стабильность. Обычно это относится к применению нелегированной угле­родистой стали в высокотемпературных секциях пароперегревателя и про­межуточного пароперегревателя, где нормальные рабочие температуры требуют применения низколегированных сталей.

Идентификация непригодности материала

Местами, где проявляются недостатки материалов, являются трубы паропере­гревателя и промежуточного пароперегревателя, в которых может происходить интенсивное окалинообразование и/или разрушение с толстыми краями (разру­шение при ползучести). И низколегированные стали могут не выдерживать та­ких условий, когда перегрев оказывается очень сильным, однако в обычной уг­леродистой стали указанные явления будут происходить при гораздо более низ­ких температурах. Это делает обычную углеродистую сталь менее стойкой к
данному виду разрушений в условиях, типичных для пароперегревателя и про­межуточного пароперегревателя. Изучение технических характеристик матери­алов, применяемых для изготовления секций пароперегревателя и промежуточ­ного пароперегревателя, поможет правильно выбрать сталь требуемого типа.

На месте трудно определить состав материала. Секция трубы должна быть подвергнута анализу на определение состава сплава.

Предупреждение выбора неподходящего материала

Основная ответственность за предотвращение применения непригодных для данной цели материалов лежит на изготовителе котла, его конструк то­ре и покупателе котла. При этом необходимо тщательное выполнение про­цедуры контроля качества, начиная с проектирования оборудования и кон-

Меры предосторожности

Разрушения под влиянием термической деструкции (чрезмерное окалинообразо - вание. разрушение при ползучести) труб пароперегревателя и промежуточного пароперегревателя могут происходить и в правильно выбранных и использован­ных ;шя монтажа низколегированных сталях, и в трубах из ошибочно применен­ной обычной углеродистой стали. Следовательно, появление разрушений при термической деградации не может служить доказательством неправильного вы­бора материала. Если разрушения данного топа происходят в эксплуатируемых по правилам секциях пароперегревателя и промежуточного пароперегревателя, скорее всего это произошло в результате ошибочного выбора материала.

Сопутствующие проблемы

См. также главу 2 («Длительный перегрев»).

ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ 21.1

Труба, показанная на Рис. 21.2, разрушилась во время эксплуатации котла, ра­ботающего на древесной коре. В течение предыдущего года в данной секции паро­перегревателя произошли три подобных повреждения. Котел работает непрерывно, за исключением полугодовой остановки на техническое обслуживание.

Промышленность: Установка для производства энергосредств

Местоположение образца: Промежуточный пароперегреватель

Ориентация образца: Вертикальная

Срок службы, годы: 20

Программа водообработки: Координированная фосфатная

Давление в барабане: 2875 фунт/кв. дюйм (19,8 МПа)

Характеристики труб: Наружный диаметр 2.25 дюйма (57 мм)

Разрыв с толстыми краями, покатанный на Рис. 21.3, стал одним из многих подоб­ных разрушений, которые время от времени происходили н данной секции котла. Котел работает с базовой нагрузкой, однако раньше он подвергался действию пи­ковых нагрузок.

Наружные поверхности покрыты толстым слоем черного оксида железа (терми­чески деструктированный металл), поверх которого расположены светлые отложе­ния. Внутренняя поверхность также покрыта толстыми слоями оксида железа.

Мнкросгруктурное обследование металла позволило обнаружить в стенке тру­бы массу графитовых узелков и сфероидальных вкраплений карбидов железа. На всех поверхностях явно происходило мсжкристаллитное окисление.

Разрушение трубы стало прямым результатом работы в условиях, ирсвышаю-

Ной стали (SA-213 Т22). которая была приварена встык к разрушенной трубе, не по­страдала и подверглась лишь умеренному термическому разрушению.