臥式鍋殼鍋爐管板高溫段裂紋分析、預(yù)防及改進(jìn)措施

1、臥式鍋殼鍋爐管板高溫段裂紋分析、預(yù)防及改進(jìn)措施【摘 要】本文分析和論述了臥式鍋殼鍋爐管板高溫 段裂紋形成、產(chǎn)生原因、預(yù)防措施和鍋爐改造的幾種方案， 對鍋爐維修改造和改型設(shè)計(jì)有指導(dǎo)作用?！娟P(guān)鍵詞】臥式鍋殼鍋爐 管板高溫段裂紋臥式鍋殼鍋爐占地面積小，易運(yùn)輸安裝，為低壓鍋爐， 廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)、生活采暖，占我國工業(yè)鍋爐產(chǎn)品首位。 隨著技術(shù)的不斷更新，爐型在設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)上顯現(xiàn)缺陷，表現(xiàn) 為鍋內(nèi)氧腐蝕、鍋筒底部鼓包和鍋爐管板高溫段裂紋問題。 裂紋處于高溫?zé)煔馊肟谔幑芸讌^(qū)，并向兩邊孔橋延伸，產(chǎn)生 管板開裂事故隱患。對此提出預(yù)防對策和改進(jìn)措施。一、以例分析產(chǎn)生裂紋的原因某單位一臺 DZW4-1.25 改熱水爐

2、運(yùn)行三年， 主要參數(shù)是 鍋爐管板材質(zhì)20g，煙管20#63.5X 3.5,循環(huán)方式為強(qiáng)制 循環(huán)，采用下進(jìn)上出式的循環(huán)方式，用途為生活采暖，鍋爐 啟停頻繁，無爐外水處理設(shè)備，熱力系統(tǒng)較多，鍋爐補(bǔ)水量 較大，運(yùn)行采用爐內(nèi)加藥方法。通過鍋爐內(nèi)部檢驗(yàn)： （l ）鍋筒內(nèi)部結(jié)垢嚴(yán)重，水垢厚度3mm - 5mm，為碳酸鹽水垢。（2）鍋爐氧腐蝕較重，鍋筒內(nèi) 壁、煙管、前后管板氧腐蝕 2.5mm-3.0mm 。（ 3）煙管伸出管 板端部長 20mm。 （4）檢查發(fā)現(xiàn)管板高溫入口處管孔區(qū)有2條穿透裂紋，一條裂紋向兩邊孔橋區(qū)延伸穿過兩管孔孔橋， 裂紋長70mm，寬lmm，另一條已貫通管孔孔橋區(qū)，有向內(nèi) 延伸趨勢。為

3、確定裂紋性質(zhì)，將管孔區(qū)打磨平整進(jìn)行顯微金相分 析，己斜穿第 2、3 排管孔有較多輻射狀裂紋、孔橋上有龜 裂，金相檢查發(fā)現(xiàn)裂紋有分叉現(xiàn)象為晶間裂紋，裂紋尾端圓 鈍，裂紋內(nèi)部有腐蝕產(chǎn)物，球化嚴(yán)重。原因分析一：1. 根據(jù)裂紋形貌和顯微金相分析結(jié)果，判斷裂紋有待性脆化引起。（ 1）鍋水一定含有某些物質(zhì)，特別是氫氧化物， 當(dāng)其被濃縮的同時(shí)，又與有應(yīng)力的鋼材接觸，會產(chǎn)生晶間裂 紋。（ 2）一定有鍋水流入或穿過的接頭、接縫或裂紋。（ 3）在這些接頭、接縫或裂紋中，鍋水被濃縮。 （ 4）鋼材上接觸 化學(xué)物質(zhì)的地方，必須有局部總應(yīng)力。2. 從運(yùn)行情況和制造工藝分析， 該爐具備待性脆化條件： （ 1）煮爐除垢加藥

4、量嚴(yán)重超標(biāo)，爐水堿度極高，在高堿度下運(yùn)行時(shí)間過長，形成待性脆化環(huán)境，使?fàn)t水中氫氧化濃度 在 10% 以上。2）管板與煙管間采用角焊縫連接，該爐制造焊接前 后未進(jìn)行脹接，管板與煙管間存在縫隙，鍋水進(jìn)入縫隙，特 別是高溫?zé)煔馊肟冢瑺t水在此高度濃縮。（3）受熱面結(jié)垢嚴(yán)重，水垢傳熱系數(shù)較鋼板低數(shù)十倍， 使高溫?zé)煔鉀_刷后管板不能迅速將熱量傳遞給鍋水，該部位 金屬溫度升高，金屬抗拉強(qiáng)度下降。在正常壓力下，該部位 金屬經(jīng)受接近于它的屈服點(diǎn)的拉伸力，形成待性脆化的第四 個(gè)條件。原因分析二： 后管板高溫區(qū)熱負(fù)荷較高，易在管板與水接觸面產(chǎn)生一 層氣膜，該處由于水流速低，不能將氣膜及時(shí)帶走，使氣膜 下的金屬得不到冷

5、卻， 導(dǎo)致金相組織球化， 金屬產(chǎn)生熱疲勞， 加速了裂紋擴(kuò)展。（ 1）后管板近管區(qū)域水循環(huán)不良， 導(dǎo)致近管外產(chǎn)生 “過 冷沸騰”，易產(chǎn)生熱裂紋。（2）管板上的管孔與管子間存在間隙，處于高溫區(qū)的 部分管子，焊前焊后不進(jìn)行脹管，在鍋爐運(yùn)行后，間隙中的 爐水受熱蒸發(fā)形成兩個(gè)近圓環(huán)，使管板產(chǎn)生疲勞裂紋。（3）管板與管子連接處采用焊接， 2、3 回程在后管板 溫差500C 700C,受拉應(yīng)力、彎應(yīng)力、溫差應(yīng)力疊加，熱 水鍋爐頻繁起停，使管板與管子角焊縫局部產(chǎn)生裂紋。（ 4）后管板高溫區(qū)的熱負(fù)荷最高，由于“進(jìn)口效益” 和管端冷卻不良，使管端過熱產(chǎn)生裂紋并延伸至管板（5）煙管伸出管板較長，冷卻不良，管端產(chǎn)生過

6、熱裂 紋并延伸至管板。（6）水質(zhì)不合格，后管板管區(qū)水側(cè)結(jié)垢，導(dǎo)致管板過 熱產(chǎn)生裂紋。原因分析三： 鍋爐運(yùn)行多年，當(dāng)管板出現(xiàn)裂紋時(shí)，管板金屬組織發(fā)生 變化，材料機(jī)械性能下降，對開裂20g 管板進(jìn)行化學(xué)成分和金相分析發(fā)現(xiàn)：管板化學(xué)成分符合20g 鋼板國家標(biāo)裝運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，管板一旦出現(xiàn)裂紋，局部機(jī)械性能下降。原因分析四： 產(chǎn)生裂紋是由爐型結(jié)構(gòu)所致，該爐熱力計(jì)算推薦值為上升管的流速在爐膛內(nèi)0.8M/S，對流段0.5M/S，下降管的 流速在爐膛內(nèi)1.4M/S，對流段1.0M/S，鍋筒內(nèi)壁流速低 于0.01M/S，鍋筒內(nèi)的水流速相當(dāng)?shù)停荒軒ё邿崃?，造?鍋筒內(nèi)形成循環(huán)死區(qū)，壁溫升高，材料抗拉強(qiáng)度值大

7、幅度下 降，金屬產(chǎn)生熱疲勞裂紋。二、預(yù)防與對策I.對定型生產(chǎn)該爐型制造廠家應(yīng)具有將圖紙轉(zhuǎn)化為工藝制造的能力，嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)程和鍋爐制造技術(shù)條件及相關(guān)要 求。(1)管板管孔應(yīng)采用機(jī)械加工，管孔應(yīng)控制在中64.5+0.74，工藝采用先脹后焊。脹管應(yīng)在管端密封焊接前進(jìn) 行，焊后再加脹。以減少管孔與管子間的間隙，避免鍋筒的 鍋水流入管孔區(qū)內(nèi)，不斷濃縮、蒸發(fā)造成的熱疲勞產(chǎn)生的裂 紋。( 2)嚴(yán)格控制管子伸出管孔端長度，管子伸出管孔長度應(yīng)為管子的焊角高度加1.5mm。如63.5的管子，管子伸出管孔端長度6.5mm，防止管子伸出管孔端過長產(chǎn)生裂紋并 延伸至管板孔橋。2.對于運(yùn)行的鍋爐應(yīng)進(jìn)行改造( 1 )降低煙氣

8、入口處煙氣溫度，在爐膛后 1/3 處靠近爐 膛煙氣入口處橫向布置一至二組對流管束，對流管直徑應(yīng)大 于 38mm ，降低煙氣入口處的煙氣溫度，通過熱力計(jì)算，降 到 700 C -750 C。( 2)強(qiáng)化鍋筒后管板鍋水的擾動，改善處于循環(huán)死區(qū) 的區(qū)域，使鍋內(nèi)的水有一定流動性，強(qiáng)化循環(huán)冷卻，使材料 不至于升高。( 3)在后棚管入鍋筒水側(cè)管孔處，加一排改變進(jìn)水方 向的水盒，使鍋爐回水入棚管的水向下進(jìn)入鍋筒底部，造成 鍋爐后管板處產(chǎn)生擾動，改善水的流動方式。(4)在鍋筒內(nèi)壁后部兩根 133下降管孔加限制流量的 限流裝置，使鍋內(nèi)的水有一定流動性。5）對那些煙氣流程上下分布的鍋爐，采用改整體爐拱法。改整體爐拱是在爐膛中造一個(gè)爐拱，將爐膛一分為二， 高溫?zé)煔獗灰角肮馨?，?jīng)全部煙管到后管板，沒有第二、 第三煙程之分，對防止管板裂紋、鍋筒鼓包有明