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350MW超临界锅炉水冷壁管表面网状裂纹失效分析
摘要
在火力发电站中，水冷壁管是一个重要的部件，它的结构和性能直接关系到整个工艺的稳定性和经济性。本文通过对一台350MW超临界锅炉水冷壁管的表面网状裂纹失效进行了分析。通过对裂纹特点、失效机理、控制措施等方面的探究，得到了相应的结论和建议。本次研究的主要目的是希望为类似的故障提供一定的指导和参考。
关键词：水冷壁管、超临界锅炉、裂纹失效、机理分析、控制措施
Abstract
Inthermalpowerplants,water-cooledwallpipesareimportantcomponents,andtheirstructureandperformancearedirectlyrelatedtothestabilityandeconomyoftheentireprocess.Inthispaper,thefailureofsurfacemeshcracksina350MWsupercriticalboilerwaterwallpipewasanalyzed.Byexploringthecharacteristicsofcracks,failuremechanisms,andcontrolmeasures,correspondingconclusionsandsuggestionswereobtained.Themainpurposeofthisstudyistoprovideguidanceandreferenceforsimilarfailures.
Keywords:water-cooledwallpipes,supercriticalboiler,crackfailure,mechanismanalysis,controlmeasures
1.引言
近年来，火力发电是我国最主要的能源来源之一，而锅炉作为火力发电厂的核心，它的安全和运行稳定性直接关系到发电厂的生产和利润。在锅炉中，水冷壁管是一个重要的组成部分，它直接接触炉内高温高压气体和水冷却，所以其质量和可靠性非常重要。
然而在长期的生产和运行过程中，锅炉中的水冷壁管容易出现一些故障，比如管内铜渣结冰、腐蚀、磨损、疲劳等等。其中，裂纹失效是最常见的故障之一，它不仅影响设备的正常运行，还会增加检修费用和停机时间，给生产和服务带来不必要的损失。
本文针对一台350MW超临界锅炉水冷壁管表面网状裂纹失效进行了分析。通过对裂纹特点、失效机理、控制措施等方面的探究，得出了相应的结论和建议。
2.分析过程
2.1实验检测
在一次锅炉检修过程中，发现一些水冷壁管表面出现了明显的网状裂纹，如图1所示。为了了解裂纹的性质和位置分布，经过相关检测和试验，可以得到以下结果：裂纹的长度大约在50mm左右，宽度在0.5mm以下；裂纹的数量约为30个，分布在不同的位置和角度；裂纹部位的温度在400-600℃之间，压力大约在15MPa左右。可以初步推断，裂纹的形成可能与材料自身的强度、温度、压力等因素有关。
2.2裂纹特征
针对不同位置和角度的裂纹，可以得出以下特点：
（1）裂纹的长度和宽度不一，有的较明显，有的较微小；
（2）裂纹的形状大多呈现为网状，呈45度角交叉排列；
（3）裂纹的深度和形成的位置不同，有些在管道表面，有些在内部。
通过对裂纹的特点进行分析，可判断裂纹的形成是受多种因素的共同作用，如材料的强度、温度变化、热应力等。这些原因将在下文中进行探究。
2.3探究原因
2.3.1材料强度不足
材料强度指材料抵抗拉伸、压缩、弯曲、扭转等变形的能力。在实际的工作条件下，材料会受到很多因素的影响，如冷却水的温度、压力变化、机械冲击等。这些因素将会削弱材料的强度，促使裂纹的形成。另外，锅炉运行过程中，高温下氧化反应和热应力都会导致壁材变脆，从而降低了强度。
2.3.2热应力
热应力指在高温下，物体受到热膨胀或冷缩的力。在锅炉中，水冷壁管表面会受到较高的温度和压力，尤其是火焰侧面和辐射侧面，温度更是高达1000℃以上。由此，壁面产生了较大的热膨胀力，且其方向不一。由于高温下铸铁颗粒与管壁之间的结合胶结剂耐热性能较低，管壁受到火的轻微紧缩后，在初始拉伸状态下，产生了较大的应力，从而导致壁面微小的裂纹，在热应力的作用下，不断扩展。此时，壁面的热应力将会超过其抗拉强度，促使裂纹的形成。
2.3.3循环荷载作用
循环荷载指在变化的负荷下，液体或气体对管壁的冲击作用。在锅炉运行过程中，管道壁面不断受到水流的冲击和振动，这个过程称为水击。由于管道壁面的弯曲和振动，壁面的应力和疲劳损伤会逐渐增加。当应力达到一定程度后，管壁就会形成裂纹。同时，锅炉的振动和冲击也会导致循环荷载作用，从而促使裂纹的形成。
2.4失效机理
通过以上分析，可以得出裂纹的形成机理