电站锅炉水冷壁管的疲劳失效分析

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1、密级公开分类号TB31XI’ANTECHNOLOGICALUNIVERSITY硕士学位论文题目:电站锅炉水冷壁管的疲劳失效分析退火强化效应的影响作者：户如意指导教师：陈建教授申请学位学科：材料加工工程2018年5月4日电站锅炉水冷壁管的疲劳失效分析学科：材料加工工程研究生签字：指导老师签字：摘要电站锅炉是火力发电领域中用量很大的重要设备之一，水冷壁管则是电站锅炉实现热量传递与交换的核心部件。然而，由于运行工况的复杂性，例如复合腐蚀、腐蚀与结垢、腐蚀与磨损，以及高温与高压等的交互作用，水冷壁管常常会发生过早失效的现象。水冷壁管的过早失效会导致发电企业非计划停运，造成很大的经济

2、损失，甚至还会引发严重的安全事故。有鉴于此，电站锅炉水冷壁管的失效分析具有重要现实意义。本文通过宏观分析、微观分析、性能测试，对电站锅炉水冷壁管过早失效的形成原因和机理进行了深入的分析。根据研究取得的成果提出了针对性的预防措施，从而为避免相似工况下水冷壁管的过早失效起到借鉴作用。本文已开展的研究内容及其成果概述如下：（1）通过对某320MW超临界锅炉水冷壁管进行失效分析，明确了变化的热应力和游离态硫引起的高温腐蚀共同导致水冷壁管腐蚀性热疲劳失效的特征和机理。当燃烧火焰反复冲刷水冷壁管时，水冷壁管受到随温度变化而变化热应力的作用。与此同时，来自煤粉中的游离态硫在氧化性气氛下与

3、水冷壁管发生腐蚀。在腐蚀和反复变化热应力作用下，腐蚀性热疲劳裂纹在水冷壁管向火侧萌生并扩展。（2）通过对某1000MW超临界锅炉水冷壁管进行失效分析，明确了变化的热应力和H2S气体引起的高温腐蚀共同导致水冷壁管腐蚀性热疲劳失效的特征和机理。处于热负荷最高区域的水冷壁管在不同工况运行情况下自身温度会大幅度波动，进而受到反复变化的热应力作用。在还原性气氛中产生的大量H2S气体与水冷壁管向火侧管材发生高温腐蚀。在腐蚀和反复热应力作用下，腐蚀性热疲劳裂纹在水冷壁管向火侧萌生并扩展。（3）通过对某1036MW超超临界锅炉水冷壁管进行失效分析，明确了水冷壁管膨胀收缩受到约束引起的热胀应

4、力导致水冷壁管焊接部位疲劳失效开裂的特征和机理。水冷壁管中的让位管和紧邻直管由于位置和结构的特殊性，受热情况具有差异性，轴向膨胀和收缩不一致。让位管和紧邻直管膨胀收缩不一致引起它们之间焊接部位受到方向和大小变化的热胀应力作用，导致焊接部位疲劳开裂并横向扩展造成紧邻直管泄漏。此外，焊接部位存在的未焊透缺陷也是导致疲劳泄漏的重要因素。关键词：水冷壁管；失效分析；热疲劳；腐蚀；焊接缺陷FatigueFailureAnalysisofWaterWallTubesinUtilityBoilersDiscipline:MaterialProcessingEngineeringStude

5、ntSignature:SupervisorSignature:AbstractTheutilityboilersareoneofthesignificantandsubstantially-usedequipmentinthefieldofthermalpowergeneration,andthewaterwalltubesinsidethemarethemostkeypartsforheatexchangingandtransferring.However,owingtothecomplexityoftheserviceconditions,e.g.,theintera

6、ctionsbetweendifferentcorrosionmechanisms,corrosionandscaling,corrosionandabrasion,aswellashightemperatureandhighpressure,thewaterwalltubesarealwaysencounteredwithprematurefailures.Asaresult,theutilityboilerswouldbeforcedtostopoperating,greateconomiclosseswouldbesuffered,andevensafetyaccid

7、entswouldoccur.Thus,failureanalysisofwaterwalltubesinutilityboilershasimportantpracticalsignificance.Inthispaper,thecausesandmechanismsoftheprematurefailureofwaterwalltubesinutilityboilerswereanalyzedbymacroscopicanalysis,microanalysis,andpropertytesting.Accor