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電廠鍋爐設(shè)備故障分析與識別(文件)

2025-01-23 01:46 上一頁面

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【正文】 爐管內(nèi)的介質(zhì)由于所含氧的去極化作用 , 發(fā)生電化學(xué)反應(yīng) , 在管內(nèi)的鈍化膜破裂處發(fā)生點蝕形成腐蝕介質(zhì) , 在腐蝕介質(zhì)和循環(huán)應(yīng)力 ( 包括頻繁起停調(diào)峰 、 振動引起的應(yīng)力 ) 的共同作用下造成腐蝕疲勞 。 據(jù)統(tǒng)計 , 一臺 670t/h鍋爐有安裝焊縫 1萬多個 , 制造焊縫 2萬多個 。 2. 材料缺陷 管材選用等級偏低或裕度不夠(對變負荷、短時超負荷狀態(tài)下的材料耐受性考慮不夠); 對管材綜合使用性能考慮不周(如注意材料的耐熱性,忽略抗磨損性能;考慮了材料的抗高溫蠕變性能,忽略的抗腐蝕性能); 管材結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜(為降低成本,將同級換熱管系設(shè)計成不同強度和不同壁厚的組合,給實際運行造成復(fù)雜的脹縮或應(yīng)力狀態(tài))。 (4) 氣孔:這是焊接中常見缺陷 , 氣孔中主要含氫和一氧化碳 。 (8) 弧坑:這是焊縫收尾處產(chǎn)生的下陷現(xiàn)象 , 弧坑常存有氣孔 , 裂縫 、 夾渣等 , 大大減弱了焊縫的強度 。 ? 中溫過熱器布置在折焰角附近的高煙速 、 高熱負荷區(qū) , 設(shè)計中有的只考慮了熱強性忽略了耐磨性要求 , 外圍管段選用了不耐磨的奧氏體鋼而發(fā)生爆管事故 。 另一方面是人為因素造成的 , 如在設(shè)計中選材不當(dāng);在制造 、 安裝和檢修中 , 檢查不嚴(yán) ,造成錯用管材 , 或材料保管不善 , 錯發(fā)鋼材;代用鋼材不妥 , 性能偏低 。 (二 ) 機械損傷 : 1. 在制作 、 吊裝運輸 、 安裝施工中均可能造成機械損傷 (1) 被硬件物體砸傷 ( 起吊落物 、 爐膛掉焦 ) (2) 被電焊燒傷 2. 運行中的應(yīng)力拉傷 某鍋爐尾部旋轉(zhuǎn)吹灰器的固定板與冷段再熱器管壁焊接一起 , 固定板被煙氣加熱 , 溫度高于管壁溫度 , 焊接處存在焊接殘余應(yīng)力 , 在焊接內(nèi)應(yīng)力和熱應(yīng)力的頻繁作用下 , 管壁產(chǎn)生環(huán)形裂紋 , 導(dǎo)致再熱器爆管 。 (2) 爆口塑性變形大 ( 為韌性斷面 ) , 外表呈蘭黑色氧化組織 , 管徑明顯脹粗 。 (2) 斷口粗糙 、 脆性斷裂 , 管徑無明顯脹粗 、 管壁幾乎不減薄 , 有坑穴 。 有碳化物析出 , 并聚集長大 。 4. 過熱器和再熱器入口處的彎頭 , 尾部煙道管子后彎頭與包覆管之間的煙氣走廊 , 出列管子和橫向節(jié)距不均勻的管子最大煙氣速度位置磨損最嚴(yán)重 。 3. 管徑一般不脹粗 。 管內(nèi)壁產(chǎn)生點狀或坑狀腐蝕 , 坑內(nèi)有黑色沉積物 ( Fe3O4) , 比較疏松基本無結(jié) 垢覆蓋 。 (2) 高熱負荷部位 , 如燃燒器附近 。 (3) 爆管處金屬管壁明顯減薄 。 (3) 常發(fā)生在爐管的向火側(cè)以及有比較致密的沉積物 ( 水冷壁管內(nèi)壁 ) 或多孔的沉積物下面 。 (3) 爆口附近有凹凸不平的貝殼狀腐蝕坑 ( 坑內(nèi)含氧化鐵 ) , 坑內(nèi)金屬的金相組織及機械性能均未改變 。 (四 ) 高溫腐蝕 1. 位置 (1) 水冷壁向火側(cè)的管束 (2) 燃燒器位置上下以及周圍四面的水冷壁管 (3) 過熱器和再熱器及吊掛定位零件的向火側(cè)表面 2. 斷口形狀 (1) 受熱面的沾污積灰前沿是產(chǎn)生腐蝕的初級階段 , 腐蝕沿著向火面局部浸入呈坑穴狀 。 在腐蝕前沿的金屬表面可能發(fā)生晶界腐蝕現(xiàn)象。 該腐蝕具有縫隙腐蝕特性 。 (2) 斷口具有冰糖塊狀花樣或呈顆粒狀 , 斷口周圍無塑性變形 , 為脆性斷裂 , 裂紋具有樹枝狀的分叉特點 , 其走向為沿晶型或穿晶形 , 裂紋較粗 , 較直 , 裂紋從腐蝕處產(chǎn)生 , 裂源較多 。 (5) 水冷壁管 , 后水冷壁延伸懸吊光管 。 (3) 拉裂熱疲勞:水冷壁四角采用密封鋼板時 , 因熱脹受阻 , 經(jīng)多次熱循環(huán)導(dǎo)致拉裂;聯(lián)箱上的彎頭管座 , 因連接各屏管子之間的熱負荷差 , 熱應(yīng)力大而被拉裂 。 (4) 裂紋粗而短 , 沿晶開裂 , 存在二次沿晶裂紋 , 裂尖端不連續(xù) , 其擴展方向垂直于管軸方向 。 (2) 裂紋斷口面較平齊 , 與管子壁厚垂直 , 但不光滑 。從組織管理著手,建立防爆漏檢查網(wǎng),明確各有關(guān)專業(yè)的崗位責(zé)任制,建立健全各項獎懲考核制度,做到層層把關(guān),使防爆漏工作納入正常的軌道,對防爆漏起到了積極、有效的作用。如汽機凝汽器泄漏影響水汽品質(zhì);化學(xué)對水汽品質(zhì)和垢量的監(jiān)控;金屬對爆漏管子的金相分析、焊口的探傷、材質(zhì)的光譜分析等,都會影響防爆漏工作的成效。 ( 5)加強在役鍋爐的定期檢驗和防爆漏檢查工作,切實掌握設(shè)備現(xiàn)狀和爆漏特點,采取有效的措施,全面提高“四管”的健康水平。雖然制造廠對鍋爐設(shè)備的質(zhì)量問題越來越重視,制定了各種質(zhì)量方針和相應(yīng)的規(guī)章制度,對防止鍋爐 “ 四管 ” 爆漏也有具體措施,但是鍋爐設(shè)備制造廠家仍存在焊接質(zhì)量、母材缺陷、錯用管材等問題,造成鍋爐 “ 四管 ” 爆漏。檢查時要力求全面、仔細,堅持:“大修全面查,小修重點查,臨修創(chuàng)造條件查”。 ( 2)省煤器管 主要檢查磨損,其次是檢查管內(nèi)腐蝕。 ( 3)過熱器管 主要檢查是否過熱燒壞及磨損。 ( 4)再熱器管 對水平布置的低溫再熱器,重點檢查邊排管和彎頭的磨損情況,對立式布置的高溫再熱器除檢查磨損外,還應(yīng)檢查其蠕脹情況。 利用各種檢修機會對鍋爐“四管”進行外觀檢查和割管檢查(金相分析),及時消除可能出現(xiàn)的爆漏。以下為某電力公司評價鍋爐“四管”壽命報廢的界限: a. 管壁磨損,減薄 ≥30% 壁厚; b. 碳鋼管脹粗 %D,合金鋼管脹粗 %D( D為管子原始外徑); c. 表面氧化皮厚度 ; d. 管子表面有裂紋; e. 管子鼓包。防止汽壓突降,或者突升使汽包安全閥起跳。嚴(yán)格執(zhí)行化學(xué)清洗導(dǎo)則規(guī)定的相關(guān)條例,做好鍋爐停用保護工作。隨后,國內(nèi)產(chǎn)品得以發(fā)展,技術(shù)水平不斷完善,可靠性、穩(wěn)定性不斷提高,但是應(yīng)用數(shù)量相對較少。由于傳感器使用在鍋爐現(xiàn)場,高溫、灰塵的惡劣環(huán)境要求傳感器耐用,而且性能穩(wěn)定,否則,直接影響裝置的準(zhǔn)確測報。 由于波導(dǎo)管安裝在鍋爐不同的受熱面上,可能產(chǎn)生堵灰、結(jié)焦現(xiàn)象,這將造成傳感器接收不到爐管的泄漏信號,因此要求有合理的清灰措施和自動判斷堵灰、結(jié)渣技術(shù)。由于檢測系統(tǒng)測點多,裝置接插件多,因此故障點也就多,整體可靠性受到影響。這種檢測系統(tǒng)制造廠家較多,從應(yīng)用情況來看,存在一些漏報、誤報問題,這些都涉及到裝置的關(guān)鍵技術(shù)問題。 在實際應(yīng)用中有兩種捕捉泄漏聲源的檢測技術(shù): ( 1)泄漏聲源通過空氣傳播到聲頻傳感器的檢漏技術(shù); ( 2)泄漏聲源通過固體傳播到聲頻傳感器的檢漏技術(shù)。 ( 2)重視吹灰器正常投入和退出的可靠性,不但要確保其機械部分能正常運行,而且從其控制系統(tǒng)的邏輯設(shè)置來確保吹灰器的正常投入和退出,避免吹損受熱面管。 運行的管理 ( 1)嚴(yán)格遵守鍋爐安全操作規(guī)程 鍋爐負荷在允許范圍之內(nèi),超負荷情況要嚴(yán)加控制,啟停爐時應(yīng)適量蒸汽流經(jīng)過熱器。各種管件管路暢通、管內(nèi)無積垢、不泄漏;汽水分離器結(jié)構(gòu)完整,垂直擋板嚴(yán)密,百葉窗清潔無積垢,無破損;水冷壁管、凝渣管、過熱器管、對流管內(nèi)積垢,管外灰渣及時清除。 ( 2)檢修中要始終把質(zhì)量放在第一位,加強受熱面檢查處理,對受熱面重點部位要設(shè)立固定監(jiān)視段,給與長期連續(xù)監(jiān)督監(jiān)測,掌握規(guī)律,檢修焊口要做的無損探傷檢驗,并做額定水壓試驗。立式布置的過熱器蛇形管下部如處在水平煙道或斜坡處,常存在煙氣走廊,重點檢查該處管子的磨損。檢查可用手摸、眼看、測厚,對不能摸、看、測到的地方可割出幾排管,人鉆進去檢查。燃燒器兩側(cè)易被煤粉磨損;水冷壁管與側(cè)包覆交界處、爐膛四角易被拉裂;衛(wèi)燃帶上方易發(fā)生高溫腐蝕;冷灰斗斜坡易被焦塊砸壞;這些地方應(yīng)重點檢查。 加強鍋爐檢驗和防爆漏檢查 應(yīng)加強在用鍋爐壓力容器的定期檢驗。如果在設(shè)計時能選用較合適的布置、合理的熱強度、較好的鋼材、較多的交叉混合及周到的膨脹系統(tǒng),則爆漏的機率是會大大減少的。 ( 4)加強技術(shù)培訓(xùn)和交流。組織各級專業(yè)人員對“四管”爆漏問題技術(shù)攻關(guān)、消缺和改進,避免類似的爆漏發(fā)生。 (4) 腐蝕疲勞常以多裂紋源方式發(fā)生 , 因此斷面上常有獨特的多齒狀特征 。 (三 ) 腐蝕疲勞 1 . 位置: 鍋爐內(nèi)存在腐蝕介質(zhì) , 在振動疲勞和熱疲勞可能發(fā)生的部位 , 均可能產(chǎn)生腐蝕疲勞 , 某鍋爐左右墻水冷壁 , 尤其右墻水冷壁因焊接 , 母材缺陷等頻繁發(fā)生腐蝕疲勞大范圍泄漏 。 2 . 斷口形狀 (1) 斷口有明顯脹粗 (2) 金相分析發(fā)現(xiàn)晶內(nèi)和晶界分布著大顆粒碳化物 , 珠光體球化 、 石墨化及熱脆性 。 (2) 管內(nèi) 、 外部環(huán)向裂紋特征一致 , 內(nèi)外裂紋已貫穿 、 斷口整齊 、 無明顯伸長跡象;裂紋斷口呈脆性 , 可見貝紋線及二次穿晶裂紋為典型的疲勞斷口;疲勞裂紋源起于焊接缺陷處 , 沿周向擴展 。 (2) 爐墻及剛性梁的支桿和拉桿 (3) 燃燒器附近 , 燃燒室 。 (2) 過熱器和再熱器的高溫區(qū)管和取樣管可能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕故障 。 2. 斷口形狀: 爆口附近有凹凸不平的腐蝕區(qū) 、 呈拉裂狀 。 (3) 腐蝕面表面的覆蓋層較厚 , 一般為四層 。 (5) 從金相分析看 , 管壁面多有微裂紋存在 , 這些裂紋或網(wǎng)狀 , 管外壁完好 、 裂紋由內(nèi)壁向外壁擴展 , 為沿晶裂紋 。 2. 斷口形狀 (1) 爆口無明顯的變形 、 脹粗 、 減薄或 “ 縮頸 ” 現(xiàn)象 。 (三 ) 氫損傷 1. 位置 (1) 水冷壁的高熱負荷 、 彎頭 、 水平或傾斜管段 。 2. 斷口形狀 (1) 外觀為典型的鑿槽型金屬耗蝕 ( 也稱苛性槽蝕 ) 。 (二 )堿性腐蝕 1. 位置 :一般發(fā)生在水冷壁的向火側(cè) , 通常在流動受干擾 、 爐水雜質(zhì)易于沉積的地方 。 三 、 磨蝕 (一 )熔解氧腐蝕 1. 位置 :在汽包的水線及空間部位 、 在省煤器入口段內(nèi)壁 、 省煤器中部乃至后爐膛水冷壁管可能產(chǎn)生嚴(yán)重的局部溶解氧腐蝕 。 (二 )斷口形狀 1. 向火面斷口管壁嚴(yán)重磨損減薄 、 呈刀刃狀 , 屬韌性斷裂 。 2. 省煤器和低溫再熱器磨損多發(fā)生在并列管組彎頭處和管組彎頭與豎井側(cè)墻之間的煙氣走廊處迎煙氣流側(cè) 。 (4) 斷面金相組織可能發(fā)生再結(jié)晶 , 為沿晶蠕變斷裂 , 所以也稱蠕變損壞 。 (二 ) 長期過熱 1. 位置 :高溫過熱器外圈 、 過熱器 、 再熱器和水冷壁的向火側(cè) ( 如熱段再熱器的屏式管下部等 ) , 也有發(fā)生在過熱器和再熱器管子中 。聯(lián)箱短管角焊縫因受熱面管屏膨脹不暢,造成角焊縫開裂。 如水冷壁與低溫再熱器復(fù)式壁的連接定位卡 , 過熱器和再熱器蛇形管管排定位卡結(jié)構(gòu) , 兩種管子高溫下相對膨脹不暢 , 管段起拱亂排 、 卡件脫落拽傷管壁 。 ? 同一級再熱器過熱器 , 甚至水 冷壁管設(shè)計成不同強度不同壁厚管道的組合 , 運行期間 , 因脹差各異 , 在管卡或焊口處產(chǎn)生很大的附加應(yīng)力 , 導(dǎo)致管系形移 、錯列 、 勢必讓設(shè)計承受較低熱負荷的管段直接暴露為向火排 , 容易使其過熱爆管 。 2. 材料缺陷 ? 過熱器選材有的溫度安全裕度不夠 。 (6) 咬邊:電弧將焊件邊緣熔化后 , 沒得到金屬的補充 。 (2) 未焊透:焊件間隙或邊緣未被電弧熔化而留下的空隙 , 同樣會降低接頭的機械強度并引起應(yīng)力集中 。僅1986~ 1991年間全國因焊縫質(zhì)量而造成四管爆漏 1319次(主要發(fā)生在安裝焊縫上),占鍋爐爆漏事故的 12%。 煙氣中含有 S、 Na、 K、 V、 Cl等有害物質(zhì)將大 大促進腐蝕疲勞故障的發(fā)生 。 ? 側(cè)包覆過熱器與側(cè)墻水冷壁鰭片焊縫處的拉裂爆漏,在 200MW機組鍋爐和300MW機組的 UP爐上時有發(fā)生。 熄火停爐后水冷壁向火側(cè)壁溫低于平均溫度 , 殘余塑性變形使向火側(cè)產(chǎn)生軸向拉應(yīng)力 , 可見向火側(cè)管壁存在較大的交變應(yīng)力 , 在循環(huán)次數(shù)較多時 , 發(fā)生熱疲勞損傷 。 爐膛振動嚴(yán)重時會造成爐墻開裂 , 鋼架變形 , 管排拉裂等振動疲勞事故 。 dwSf t ??(2) 爐膛振動 燃燒不穩(wěn)定時 , 火焰著火前沿波動較大 , 引起燃燒室內(nèi)壓力波動 。 (二 )疲勞損傷原因及機理分析 1. 振動疲勞
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