تحليل الحوادث المعرضة لحدوثها على سطح تسخين الأنابيب الفولاذية للغلايات

تعمل الأنابيب الفولاذية السطحية لتسخين الغلايات لفترة طويلة تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة والضغط والوسائط المسببة للتآكل. عندما لا تستطيع الأنابيب الفولاذية تحمل الأحمال الناتجة عن ظروف عملها، سوف تحدث أشكال مختلفة من الضرر وتتسبب في وقوع حوادث. تشمل الحوادث الشائعة للأنابيب الفولاذية على سطح تسخين الغلايات في محطات الطاقة الحرارية الأنواع التالية بشكل رئيسي: انفجار الأنابيب الناتج عن ارتفاع درجة الحرارة على المدى الطويل، وانفجار الأنابيب الناتج عن ارتفاع درجة الحرارة على المدى القصير، والأنابيب ذات المواد الرديئة والتآكل، وتلف الإجهاد الحراري .

(1) انفجار الأنابيب بسبب ارتفاع درجة الحرارة على المدى الطويل
تشير درجة الحرارة الزائدة إلى تشغيل المواد المعدنية فوق درجة الحرارة المقدرة. تشير درجة الحرارة المقدرة إلى الحد الأقصى لدرجة الحرارة المسموح بها للفولاذ الذي يعمل خلال فترة التصميم، ويمكن أن تشير أيضًا إلى درجة الحرارة المقدرة أثناء التشغيل. طالما تم تجاوز إحدى درجات الحرارة المذكورة أعلاه، فهي عملية ذات درجة حرارة زائدة. الأنابيب الفولاذية التي تعرضت لسخونة زائدة لفترة طويلة ستؤدي إلى تكثيف الانتشار الذري، مما يسبب تغييرات في الهيكل الفولاذي، وتسريع الزحف، وتقليل القوة الدائمة. ولذلك، فإن الأنابيب الفولاذية سوف تنفجر وتتضرر قبل أن تصل إلى العمر التصميمي. تحدث انفجارات الأنابيب في الغالب على جانب النار من قسم مخرج أنابيب التسخين الفائق ذات درجة الحرارة العالية وعند أكواع الأنابيب الفولاذية. يتم أيضًا استخدام أنابيب الحائط المبردة بالماء وأنابيب تكثيف الخبث والمقتصدات من وقت لآخر. أثناء عملية انفجار الأنابيب ذات درجة الحرارة الزائدة على المدى الطويل، تلعب الوسائط المسببة للتآكل مثل البخار وغاز المداخن دورًا متسارعًا. عندما تتجاوز درجة حرارة جدار الأنبوب درجة حرارة الأكسدة الحرجة، سينتج البخار وغاز المداخن طبقة أكثر سمكًا من أكسيد الحديد على جدار الأنبوب؛ عندما يتوسع الأنبوب الفولاذي، فإن هذه الطبقة من أكسيد الحديد سوف تتشقق في الاتجاه العمودي على الإجهاد؛ ثم سيتم إعادة تشكيلها. سوف ينتج المعدن المكشوف تآكلًا إجهاديًا تحت تأثير إجهاد الشد والبخار أو الدخان، مما يؤدي إلى تسريع تمدد الشقوق ويؤدي في النهاية إلى الانفجار. ولذلك، فإن الكسر له خصائص كسر هشة، وغالبا ما توجد منتجات التآكل في الكراك.

(2) انفجار الأنابيب بسبب ارتفاع درجة الحرارة على المدى القصير
أثناء التشغيل، تتدهور ظروف التبريد للأنبوب الفولاذي على سطح التسخين للغلاية ويؤدي الاحتراق الجاف إلى ارتفاع درجة حرارة جدار الأنبوب فجأة في فترة قصيرة من الزمن. تصل درجة الحرارة إلى أعلى من النقطة الحرجة (Ac1)، وتنخفض قوة الشد للصلب بشكل حاد، ويتجاوز إجهاد الأنبوب الفولاذي حد الخضوع، مما يسبب القص. ينفجر الأنبوب بسبب التمزق. يُطلق على هذا النوع من انفجار الأنابيب اسم انفجار الأنابيب الناتج عن درجة الحرارة الزائدة على المدى القصير.
تحدث انفجارات الأنابيب ذات درجة الحرارة الزائدة قصيرة المدى في الغالب بالقرب من منطقة الاحتراق لأنابيب الجدار البارد وعلى جانب النار بالقرب من الموقد وأنبوب الخبث. كما أنها تحدث أحيانًا في المقتصدات وسخانات الشاشة لبعض الغلايات ذات الضغط العالي. نظرًا لأن درجة حرارة جدار الأنبوب من درجة الحرارة الزائدة على المدى القصير أعلى من Ac1، وأحيانًا أعلى من Ac3، فإن حقن البخار والماء أثناء انفجار الأنبوب يشبه التبريد بدرجات متفاوتة. ولذلك، فإن البنية عند الاختراق في هذا الوقت تكون عمومًا منخفضة المارتنسيت أو الباينيت. ; قد تكون فواصل أنبوب التسخين الفائق أيضًا عبارة عن هياكل من البرليت والفريت. من الواضح أن صلابة الأنبوب حول الكسر ستزداد بشكل كبير. بالإضافة إلى التصميم الهيكلي غير المناسب، فإن انفجارات الأنابيب ذات درجة الحرارة الزائدة تنتج بشكل رئيسي عن التشغيل الزائد، أو التشغيل غير السليم، أو انسداد الأوساخ في الأنبوب. ستؤدي عملية التحميل الزائد عمومًا إلى زيادة درجة حرارة مخرج مسخن الحمل الحراري، مما يؤدي إلى تفاقم ظاهرة درجة الحرارة الزائدة وتسريع زحف الأنابيب الفولاذية؛ سوف يؤدي البدء غير الطبيعي إلى تغيرات جذرية في الاحتراق، أو زيادة الضغط السريعة، أو إطفاء الحرائق والتفجير في الفرن سيؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الأنابيب الفولاذية. درجة حرارة؛ سوف تتسبب الأوساخ أو الملوحة الموجودة في الأنبوب في ضعف دوران البخار والماء، مما يتسبب في ارتفاع درجة حرارة الأنبوب الفولاذي ويؤدي بسرعة إلى انفجار الأنبوب.

(3) أنابيب الصلب المرجل الانفجار الناجم عن سوء المواد
يشير انفجار الأنابيب بمواد رديئة إلى الاستخدام غير الصحيح للفولاذ أو استخدام الفولاذ المعيب، مما يتسبب في تلف مبكر للأنابيب الفولاذية. بسبب استخدام مواد خاطئة، فهي في الواقع عملية ذات درجة حرارة زائدة. وفقًا لمعادلة لارسون-ميلر، فإن التشغيل بدرجة الحرارة الزائدة سوف يقلل بشكل كبير من عمر الأنابيب الفولاذية، وقد ينفجر بعضها بعد آلاف ساعات التشغيل. إذا كانت المادة نفسها بها عيوب مثل الشقوق أو إزالة الكربنة الشديدة أو الشوائب، أو إذا تم استخدام أنابيب فولاذية ذات طيات أو ندوب أو شقوق أثناء التركيب والصيانة، فسوف تضعف قوة الأنابيب الفولاذية بشدة، وتكون الأجزاء المعيبة عرضة للتلف الإجهاد أثناء التشغيل في درجات الحرارة العالية. سيؤدي التركيز إلى تمدد الشقوق وتوسع العيوب ويؤدي إلى انفجار الأنابيب. عندما يتم تفجير أنبوب فولاذي معيب، غالبًا ما يمكن تقسيم حافة الكسر إلى قسمين: الجزء المعيب له حافة كسر خشنة وكسر هش (عيب الكسر مفتوح)؛ الجزء غير المعيب به كسر بلاستيكي.

(4) تلف صدع التعب الحراري التآكل
سيؤدي التقسيم الطبقي للمياه والبخار في الأنابيب الفولاذية لسطح تسخين الغلاية، وسدادة البخار في أنبوب المقتصد، والمياه في المسخن، والفتح المتقطع لصمام إزالة الحرارة وتقليل الضغط، وما إلى ذلك، إلى تقلبات في درجات الحرارة، مما يتسبب في تناوب الإجهاد الحراري وشقوق التعب الحراري . علاوة على ذلك، تحت تأثير الوسائط المسببة للتآكل، من المحتمل بشكل خاص أن تحدث شقوق الكلال على هذه الأنابيب الفولاذية في المناطق المحززة ذات معدلات التآكل العالية مثل خشونة السطح، والخدوش، وحفر التآكل، وما إلى ذلك، لذلك تسمى شقوق الكلال الحراري المسببة للتآكل. يتم توزيع شقوق التعب الحراري المسببة للتآكل بشكل عام في مجموعات في صف واحد وتكون متعامدة مع اتجاه الإجهاد. توجد شقوق حلقية عرضية على الجدار الداخلي للأنبوب، والشقوق قصيرة، والكسر عبارة عن كسر هش ذو خصائص التعب. أثناء تشغيل الأنابيب الفولاذية لسطح تسخين الغلاية، يكون جدار الأنبوب على اتصال مباشر بغاز المداخن والماء والبخار ذي درجة الحرارة العالية، مما سيؤدي أيضًا إلى إنتاج ظواهر تآكل أخرى، مما يتسبب في تمزق سابق لأوانه وتلف الأنابيب الفولاذية. إذا تم تشغيل جهاز التسخين المسبق للهواء في الهواء الطلق، فسوف يحدث تلف في التآكل بسبب درجات الحرارة المنخفضة بسبب ثاني أكسيد الكبريت الموجود في غاز المداخن.