浅析水火管锅炉管板裂纹的原因及处理措施

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1、浅析水火管锅炉管板裂纹的原因及处理措施保山市质量技术监督技术检测中心张永鸿二00五年六月十五日浅析水火管锅炉管板裂纹的原因及处理措施摘要：对水火管锅炉管板裂纹成因进行分析，并提出相应的解决措施及预防措施。关键词管板裂纹对策锅炉是一种直接受大焰加热且具有爆炸危险的特种设备，其生产好坏，运行管理如何直接关系到国家和人民生命财产安全，事关国民经济的健康发展和社会和谐、稳定。在目前使用的锅炉中卧式水火管锅炉占有相当比例，笔者在十余年的检验工作中发现，卧式水火管锅炉的损坏主要发生在高温端管板，主要损坏形式为裂纹。如何作好此类

2、锅炉的运行管理和检验工作，是检验工作的重点。水火管锅炉的管板裂纹现象，严重的影响了锅炉在正常生产过程安全运行。现结合检验实际及工作经验对裂纹生产的特征，性质和原因进行分析，并提出相应的解决预防措施。（一）、后管板处的工作环境卧式水火管锅炉二回和烟气入口（即高温端管板）管板的工作环境十分恶劣，此部位热强度大，散热条件差，温度变化频繁；锅水中对钢材性能有影响的杂质浓度大。（二）、后管板裂纹产生的原因1、后管板上的工作温度差在影响后管板生产裂纹的诸多因素中，最关键的影响是管板上的工作温度差，后管板经历复杂的烟气换热过程，

3、它包括：辐射，对流和传导。燃料在炉膛里燃烧生产的高温烟气在炉膛放出部分热量后，温度约在750-950℃之间，经烟箱从后管板进入烟管，最后经烟管道排入大气。后管板内壁水流阻力大，锅炉水容易气化而析出水垢，水垢进一步阻碍了锅炉水与高温烟气间热交换，致使管板工作温度进一步上升。对我市在用锅炉定期检验过程中发现；水处理工作比较好的锅炉，内壁很少附着水垢，管板传热效果比较理想，一般不存在的裂纹问题；而出现后管板裂纹的锅炉，多数在锅筒内壁都附着较厚的水垢。而这样的锅炉的水处理工作往往很差，或者根本没有采取任何水处理措施。在锅炉

4、后管板的管孔区存在着“进口效应”。所谓“进口效应”是指：当烟气从烟箱进入烟管时，在入口处由于气流受到很大的扰动，几乎不存在热边界层，所以在管板的口管孔区其局部放热系数远远大于烟气在管内达到稳定流动状态后的放热系数。就二回程管板来说，烟管入口处的受热情况则比较复杂。管孔周围的管板除了接受辐射热，还接受到烟管吸收的对流热量，这部分热量是通过管子和管板的链接部位传给管板的，因此在管孔处，管板接收的热量是辐射和对流两部分叠加。而这部分对流换热量由于“进口效应”的存在则是非常显著的。通过查阅《管板温度计算》一书发现，在烟箱的

5、烟气温度约为900℃左右，烟气进入烟管的置量流速为11Kg／㎡·S，锅内工质的饱和温度为188℃，此时烟气在烟管入口处的放热系数是烟气在管内到稳定流状态时的放热系数的约三倍；是辐射放热系数的1.56倍。通过把管孔附近的辐射换热系数和对流换热系数进行数学处理和叠加得出管孔处管壁的实际热负荷远比整个管板其他部位的热负荷要大得多。这种问题多次在检验工作中得到证实。例如：在腾冲县粮油加工厂KZL4-13型锅炉检验中发现该锅炉后管外壁有白色结晶物；宏观检验未发现管板有明显塑性变形现象；清除灰垢等表面附着物后磁粉探伤显示高温区

6、管板上烟管管端及角焊缝上多处放射性裂纹，部分延伸至管板；管板测厚及硬度测定：平均厚度16mm。硬度值在140-152HB之间，符合16Mng材料机械性能允许值。金相分析结果管板金相组织为：铁素体+片状珠光体+少量分散粒状珠光体，晶粒度6-7级；未发现明显晶粒粗化现象。金相组织为正常状态。内部检验发现烟管及管板内壁均附着5-25mm厚水垢，而水垢最厚之处正好是在烟管和管壁相接之处。也就是说此处的热负荷最大，蒸发作用最为强烈，导致水垢增生。由于“进口效应”导致了管板受热的不均匀性，管板管端得不到及时、充分的冷却，管端及

7、管孔周围，管孔之间（孔桥）在高温和应力作用下生产了裂纹缺陷。2、由于锅内水循环不良引起的“过冷沸腾”也是导致管板裂纹的另一个主要原因。在烟管与管板的连接部位，如果在制造或修理过程中管子外壁与管孔壁间隙就有可能导致管板产生疲劳裂纹，烟管与管孔连接部位存在有间隙时，锅炉在运行过程中，由于水的进入，就会有一个环形水膜在缝隙中形成。当水膜温度上升产生气泡，而气泡不易从缝隙中跑出，使缝隙间的局部水循环恶化，从而造成局部金属过热。当过热气体从缝隙中喷出后，锅水再次进入缝隙，从而使恶性循环得以进行。加之多数中小型锅炉均是间断运行

8、，锅炉受热面反复经受升温和降温的变化，用不了多久，管板金属的强度就会降低，造成热疲劳破坏，裂纹产生。如2005年在对保山粮贸公司一台KZGO.5-5-A型锅炉的检验中发现该炉前后管板管头及烟管与管板角焊上有白色结晶物，清除附着物后磁粉探伤显示前后管板烟管管端及角焊缝多处裂纹，多数延伸至管板。内部检查发现该锅炉内水垢附着较少；对管板进行硬度、厚度测定及金相分析