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1、大容量燃气热水锅炉对流管束的振动分析的环保ok3m处存在环向裂纹,如图2所示.2原因分析2.1断口宏观观察锅炉的对流管束材质为20低中压锅炉用无缝钢管,规格为51×3mm;锅筒材质为Q245R.对流管裂纹断口如图3所示.通过观察,开裂处无明显塑性变形,为脆性开裂.断口有起自外表面的台阶,表明裂纹起自外表面,并由外表面向内表面方向扩展.图3中显示由于管子开裂后水冲刷壁面使其明显变薄.2.2断口金相组织分析管子母材金相组织为铁素体+珠光体,珠光体轻度球化,如图4所示.管子材质符合GB/T3087和GB699要求,母材珠光体球化可能与断裂后缺水
2、过热有关.2.3断口扫描电镜分析断口经化学除锈后利用扫描电镜进行观察,原开裂断口形貌如图7所示,为腐蚀后的形貌,因为严重腐蚀开裂时的断口形貌已无法看到.图8为从锅筒取样时撕开金属后的断口形貌,为清晰的韧窝断口,表明断口腐蚀是由锅炉水引起的.2.4原因分析由上述分析可知,断裂发生于管侧热影响区,不是瞬间断裂.管材为低碳钢且碳含量和硫含量均较低,产生焊接延迟裂纹和液化裂纹的可能性很小.在检验中也未发现延迟裂纹和液化裂纹的特征,基本可排除由焊接裂纹引起断裂的可能性.断口为穿晶开裂,未发现沿晶开裂特征,可排除由焊缝微渗漏引起苛性脆化导致断裂的可能
3、性.对流管束断裂是延迟性脆性开裂,开裂与焊接裂纹、苛性脆化无关,可认为由交变应力(振动)性脆化导致断裂.此外,由于焊接不当也会造成裂纹的形成和扩展断裂.3振动分析和原因判断3.1振动的初步分析当烟气冲刷对流管束时存在三个频率:气柱的固有(驻波)频率、卡门涡流频率、水管固有振动频率.气柱的固有(驻波)频率与通道宽度(与管子长度有关)、进口气体绝对温度、波的阶次(半波数)、气体性质有关;卡门涡流频率与管子直径、横纵向节距、气流速度、管束排列方式有关;管子固有振动频率与两端固定波的阶次、管子内外径、管子长度有关.一般情况下,当气柱的固有(驻波)
4、频率或卡门涡流频率与管子固有振动频率发生重合时就会产生共振,造成管子产生环向裂纹而破坏.3.2振动频率的计算3.2.1对流受热面气柱固有频率(驻波频率)对流受热面气柱固有频率fn为[2]式中,n为波的阶次(半波数),n=1,2,3,…;C为烟气中的声速,C=16.92T1/2m·s-1;T为烟气的绝对温度,对流管束Ⅰ和Ⅱ通道的进口烟气温度分别为1513K、497K;L为通道的深度,取L=10560mm.由此可得对流管束Ⅰ和Ⅱ通道进口的气柱固有频率(驻波频率)分别为31Hz、18Hz.3.2.2烟气通道内卡门涡流频率卡门涡流频率fk为[2]
5、式中,D为管子外径,取D=51mm;s1、s2分别为管束横向和纵向节距,分别取90m、170m;St为斯脱哈罗数,由s1、s2及D可得斯脱哈罗数St=0.258;·s-1、14.6m·s-1.由此可得到对流管束Ⅰ通道和对流管束Ⅱ通道的卡门涡流频率分别为69Hz、60Hz.3.2.3对流受热面的振动-烟气通道内管子固有频率烟气通道内管子固有频率].北京:机械工业出版社,1981.[2]机械工程手册电机工程手册编辑委员会.机械工程手册(第4卷)[M].北京:机械工业出版社,1982.
