锅炉管板失效分析

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1、本实用新型涉及一种锅壳式水火管热水锅炉防止高温管板裂纹，尤其是涉及一种防止壳式水火管热水锅炉防止高温管板裂纹锅内装置，包括出水管、锅壳，其两端的高温管板和低温管板和横穿过两管板之间的烟管，其特征是：在上述锅壳内加设一将高温管板处的高温热水引出去的导流装置；该装置使大量的锅水从锅筒的中后部涌向高温管板，使滞流区变为流动区，不断地冲刷和冷却管板，从而有效地防止过冷沸腾，使管板得到充分的冷却，进而阻止管板的过热和热应力的产生，防止了管板开裂。北京铁路分局的2台WNS7-1-0/110/75(Y)型燃气热水锅炉,经过2个冬季采暖使用后，2#锅

2、炉烟管端部出现大量径向裂纹，裂纹率达90％以上。分析原因主要是由于回燃室高温使伸出过长的烟管过热开裂；水循环流速低，管板处发生过冷沸腾；置换天然气后燃烧器调节欠佳，使回燃室温度过高；使用中频繁启停，使金属材料发生热疲劳造成。该种锅炉的结构特点及制造使用过程中的缺陷，是导致其管板裂纹的主要原因。现就该型锅炉制造使用环节提出几点看法。1管板设计计算...某单位安装使用的一台WNS系列燃油蒸汽锅炉，由于水质不良，使用仅两个月即发生了管板裂纹渗漏。.KZL热水锅炉后管板孔桥断裂失效分析曾祥照［摘要］本文应用断裂力学分析KZL热水锅炉后管板孔桥

3、断裂失效问题，认为产生断裂的原因是由于锅炉自身结构不合理而产生的。一.引言KZL型热水锅炉运行使用不久，后管板孔桥发生漏水断裂现象已经不是新问题了。开始人们怪罪于烟管的焊接和锅内的强制循环，但是后来发现，烟管的胀接和锅内的自然循环同样也发生漏水和断裂，如此看来，孔桥的断裂不仅仅与烟管的连接方式和锅内水的循环方式有关，可能还与其他因素有关。许多事实表明，各种构件的断裂与受力有关，这样，就使我们可以从受力的角度来分析这一问题。为了便于集中讨论问题，本文主要讨论烟管焊接的孔桥断裂问题。二.孔桥断裂机理例如，我厂1981年生产的一台KZL24

4、0-7/95-70-AII热水锅炉，安装后使用不到三个月就出现后管板漏水，停炉检查发现后管板高温段的孔桥高温段的孔桥有三处断裂，裂纹开口较宽，长度较短，边缘平滑，裂纹尖端圆钝，有部分塑性变形，裂缝中夹杂有水垢、烟灰和腐蚀物质。裂纹起源于烟管填角焊缝内例，向外侧扩展，并向孔桥母材和烟管纵向延伸，呈二维开裂，烟管端部有局部过烧痕迹，取样显微（电镜）观察，发现孔桥裂纹附近基本组织是条状珠光体加铁素体，并有少量魏氏组织，晶粒较粗大，断口特征沿晶、穿晶均有；离裂纹10毫米处显微组织为珠光体加铁素体，晶粒细小均匀，取样进行化学元素分析和机械性能试

5、验，结果如下：　化学成分（%）机械性能CSiMnSPσs(kgf/mm2)σb(kgf/mm2)δ5（%）ακ(kgf·m/cm2)冷弯d=2a孔桥裂纹处附近取样0.170.220.430.0170.01024.539.532.510.5合格原母材（20g）0.180.230.430.0180.0113245.52911合格注：1.在后管板孔桥断裂处附近取样；2.原母材的化学成分和机械性能为原材料进厂复验收据，符合GB713-72标准中的20g锅炉钢板。从以上试验结果可以看出，孔桥裂纹附近材料的化学成分几乎没有改变，机械性能的强度有所

6、下降，塑性上升，而冲击韧性和冷弯工艺性能没有改变。3.该锅炉的进出水方式为上进上出自然循环，烟管与管板连接方式为焊接。在修理时发现后管板高温段内侧管束群中积有4－8毫米厚的水垢。三.弹塑性断裂力学分析按照强度理论，制作锅炉的材料是均匀的连续的和没有缺陷的，锅炉制造质量中也不允许有“裂纹”等缺陷存在的。但这仅是假设，并不符合客观实际，实际上在材料内部和锅炉制造过程中总是不可避免地存在着一些“裂纹”等缺陷的。对于工业锅炉来说，其受压元件的材料主要是中低强度高韧性的钢材。这类钢材如有裂纹，在裂纹扩展前通常伴随有较大范围的屈服和塑性变形。按断

7、裂力学观点分析这类裂纹问题时，需要用弹塑性断裂力学来求解，即：式中：δ—裂纹开张位移（COD），mm；C—裂纹长度之半（或贯穿于全厚度或近于全厚度的裂纹），mm；σs—钢材屈服强度，N/mm2(kgf/mm2)；E—弹性模量，N/mm2(kgf/mm)；σ—裂纹所在处的应力，N/mm2(kgf/mm2)此式把应力、裂纹尺寸和裂纹尖端张开位移联系起来了。如应力增大，裂纹张开位移也增大，当裂纹张开位移达到某临界值σc时，裂纹即开始扩展，此σc值称为“临界张开位移”，它仅与材料性质有关。判定的准则是：当σ≥σc时，裂纹扩展或材料失效。为叙述

8、的方便，现以上述KZL240-7/95-70热水锅炉为例进行分析，其工作压力P=0.686N/cm2(7kgf/cm2)，内径D=1800mm，后管板材料为20g，屈服强度σs＝313.6N/mm2(32kgf/mm2)