卧式锅壳锅炉管板高温段裂纹分析、预防及改进措施

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1、卧式锅壳锅炉管板高温段裂纹分析、预防及改进措施　　【摘要】本文分析和论述了卧式锅壳锅炉管板高温段裂纹形成、产生原因、预防措施和锅炉改造的几种方案，对锅炉维修改造和改型设计有指导作用。　　【关键词】卧式锅壳锅炉管板高温段裂纹　　卧式锅壳锅炉占地面积小，易运输安装，为低压锅炉，广泛用于工业生产、生活采暖，占我国工业锅炉产品首位。随着技术的不断更新，炉型在设计、结构上显现缺陷，表现为锅内氧腐蚀、锅筒底部鼓包和锅炉管板高温段裂纹问题。裂纹处于高温烟气入口处管孔区，并向两边孔桥延伸，产生管板开裂事故隐患。对此提出预防对策和改进措施。　　　　一

2、、以例分析产生裂纹的原因　　某单位一台改热水炉运行三年，主要参数是锅炉管板材质20g，烟管20＃Φ×，循环方式为强制循环，采用下进上出式的循环方式，用途为生活采暖，锅炉启停频繁，无炉外水处理设备，热力系统较多，锅炉补水量较大，运行采用炉内加药方法。　　通过锅炉内部检验：锅筒内部结垢严重，水垢厚度3mm－5mm，为碳酸盐水垢。锅炉氧腐蚀较重，锅筒内壁、烟管、前后管板氧腐蚀。烟管伸出管板端部长20mm。检查发现管板高温入口处管孔区有2条穿透裂纹，一条裂纹向两边孔桥区延伸穿过两管孔孔桥，裂纹长70mm，宽lmm，另一条已贯通管孔

3、孔桥区，有向内延伸趋势。　　为确定裂纹性质，将管孔区打磨平整进行显微金相分析，己斜穿第2、3排管孔有较多辐射状裂纹、孔桥上有龟裂，金相检查发现裂纹有分叉现象为晶间裂纹，裂纹尾端圆钝，裂纹内部有腐蚀产物，球化严重。　　原因分析一：　　1.根据裂纹形貌和显微金相分析结果，判断裂纹有待性脆化引起。锅水一定含有某些物质，特别是氢氧化物，当其被浓缩的同时，又与有应力的钢材接触，会产生晶间裂纹。一定有锅水流入或穿过的接头、接缝或裂纹。在这些接头、接缝或裂纹中，锅水被浓缩。钢材上接触化学物质的地方，必须有局部总应力。　　2.从运行情况和制造工艺分

4、析，该炉具备待性脆化条件：煮炉除垢加药量严重超标，炉水碱度极高，在高碱度下运行时间过长，形成待性脆化环境，使炉水中氢氧化浓度在10%以上。　　管板与烟管间采用角焊缝连接，该炉制造焊接前后未进行胀接，管板与烟管间存在缝隙，锅水进入缝隙，特别是高温烟气入口，炉水在此高度浓缩。　　受热面结垢严重，水垢传热系数较钢板低数十倍，使高温烟气冲刷后管板不能迅速将热量传递给锅水，该部位金属温度升高，金属抗拉强度下降。在正常压力下，该部位金属经受接近于它的屈服点的拉伸力，形成待性脆化的第四个条件。　　原因分析二：　　后管板高温区热负荷较高，易在管板与

5、水接触面产生一层气膜，该处由于水流速低，不能将气膜及时带走，使气膜下的金属得不到冷却，导致金相组织球化，金属产生热疲劳，加速了裂纹扩展。　　后管板近管区域水循环不良，导致近管外产生“过冷沸腾”，易产生热裂纹。　　管板上的管孔与管子间存在间隙，处于高温区的部分管子，焊前焊后不进行胀管，在锅炉运行后，间隙中的炉水受热蒸发形成两个近圆环，使管板产生疲劳裂纹。　　管板与管子连接处采用焊接，2、3回程在后管板温差500℃－700℃，受拉应力、弯应力、温差应力叠加，热水锅炉频繁起停，使管板与管子角焊缝局部产生裂纹。　　后管板高温区的热负荷最高，

6、由于“进口效益”和管端冷却不良，使管端过热产生裂纹并延伸至管板。　　烟管伸出管板较长，冷却不良，管端产生过热裂纹并延伸至管板。　　水质不合格，后管板管区水侧结垢，导致管板过热产生裂纹。原因分析三：　　锅炉运行多年，当管板出现裂纹时，管板金属组织发生变化，材料机械性能下降，对开裂20g管板进行化学成分和金相分析发现：管板化学成分符合20g钢板国家标装运标准要求。因此，管板一旦出现裂纹，局部机械性能下降。　　原因分析四：　　产生裂纹是由炉型结构所致，该炉热力计算推荐值为上升管的流速在炉膛内≥/S，对流段≥/S，下降管的流速在炉膛内≥/S

7、，对流段≥/S，锅筒内壁流速低于/S，锅筒内的水流速相当低，不能带走热量，造成锅筒内形成循环死区，壁温升高，材料抗拉强度值大幅度下降，金属产生热疲劳裂纹。　　二、预防与对策　　　　l.对定型生产该炉型制造厂家应具有将图纸转化为工艺制造的能力，严格执行规程和锅炉制造技术条件及相关要求。　　管板管孔应采用机械加工，管孔应控制在中Φ+，工艺采用先胀后焊。胀管应在管端密封焊接前进行，焊后再加胀。以减少管孔与管子间的间隙，避免锅筒的锅水流入管孔区内，不断浓缩、蒸发造成的热疲劳产生的裂纹。　　严格控制管子伸出管孔端长度，管子伸出管孔长度应

8、为管子的焊角高度加。如Φ的管子，管子伸出管孔端长度，防止管子伸出管孔端过长产生裂纹并延伸至管板孔桥。　　2.对于运行的锅炉应进行改造　　降低烟气入口处烟气温度，在炉膛后1/3处靠近炉膛烟气入口处横向布置一至二组对流管束，对流管直径应大