[精品]炉胆裂纹分析

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1、偏置炉胆锅炉管板角焊缝裂纹原因分析及处理范贤振（广州市锅炉压力容器监察检验所广州510050）刘益东廖晓炜冷浩（河源市锅炉压力容器监察检验所河源）（中国特种设备检测研究中心北京）摘要：对一偏置炉胆卧式燃汕锅炉的管板介焊缝产生裂纹的原因进行了详细分析，主要是金属疲劳、温并应力和过冷沸腾三者共同作用的结果;制定出了管板角焊缝裂纹修复的方案,为锅炉的安全运行和修理改造提供了参考。关键词：偏置炉胆锅炉角炸缝裂纹1概述由于国情的需要，我国没有严格规定工业锅炉的使用寿命，一些投入使用年限已久的锅炉仍在运行。在工业锅炉的定期内部检验⑴过程中，常发现一部分使用年限已久的锅炉存在一些比较严重的超标缺陷

2、，锅炉使用单位出于经济利益的考虑想继续使用，而不愿意提岀报废锅炉。在这种情况下，只有详细分析产生超标缺陷的原因，制定切实可行的修复方案，对超标缺陷进行返修，在能保证锅炉安全运行的前提下，允许锅炉继续投入使用，进一步加强监督。2锅炉和角焊缝裂纹情况河源市一染整厂一台偏置炉胆卧式燃油锅炉，系德国“PhilippLoos”锅炉厂制造，如图1所示，额定蒸发量5t/h,最高工作压力l.OMPa,受热而积107nA筒体的材质为HII,设计厚度11mm；炉胆的材质为17Mn4,设计厚度13mm；管板的材质为HII,设计厚度18mm；制造Fl期为1986年。锅炉主要受压部件为筒体、炉胆、前后管板、第

3、二和第三回程烟管、回燃室等。筒体内的炉胆偏离筒体的中心,第二和第三冋程烟管的两端安装在锅炉前管板和锅炉后管板之间。锅炉运行时，燃油在炉胆内燃烧产生的烟气走向锅炉筒体后部，再通过第二回程烟管束走至锅炉筒体前部，然后转至第三冋程烟管束排出锅炉。在2003年的锅炉定期内部检验中发现：而管板与炉胆连接的角焊缝有两处裂纹，分别长100mm和960mm,深约10mm,前管板与筒体连接的角焊缝有一处裂纹，长2350mm,深约10mm,如图2所示；后管板与筒体连接的角焊缝有三处裂纹，分别长400mm,1100mm和160mm,深约10mm,如图3所示。从图2和图3可以看出，检验屮发现的裂纹均在靠炉胆

4、侧的管板角焊缝中，且裂纹扩展很长了。C1、第三回程烟管，2、前管板，3、第二回程烟管,4、筒体图1锅炉示意图3角焊缝裂纹原因分析1）金属疲劳作用。金属在承受大小和方向都随时间发生周期性变化的交变载荷的作用时，尽管载荷所产生的应力不大，低于材料的屈服极限，但如果长期受这种载荷的作用，往往会在它的表面、晶界及非金属夹杂物等处产生不均匀的滑移而引起裂纹，这就是金屈的疲劳⑵。疲劳裂纹核心常常产生在几何形状不连续处等应力集屮部位。该台锅炉1986年制造，投入使用至今已有十多年，管板处的角焊缝长期承受锅炉运行屮由水位波动、压力波动、温度变化和周期性的外载荷所引起的反复作用的载荷，再加上管板处的角

5、焊缝是几何不连续处，应力集中比较严重，因而容易产生疲劳裂纹核心，裂纹核心逐渐扩展并互相连接最终形成疲劳裂纹。出于偏置炉胆卧式内燃锅炉口身的结构特点，炉胆偏离筒体的屮心，左右不对称，致使整个锅炉筒体的重力场、水动力场和温度场左右分布的不对称⑶，因而管板角焊缝承受的交变载荷也左右不对称。靠炉胆侧的管板角焊缝相对的承受更大的周期性变化的交变载荷，更容易形成疲劳裂纹核心，从而发展成宏观裂纹。这也就是检验屮发现的裂纹均在靠炉胆侧的管板角焊缝中的原因。2）温差应力作用。偏置炉胆卧式内燃锅炉运行时产生的温差应力对管板角焊缝产生裂纹有较大影响⑷。通常进入第二回程的烟气温度大于900°C,而第三回程的

6、烟气出口温度一般低于200°C。第二、三回程形成的温差，对管板产生较大的应力。这一是因为介质循环不均匀、不稳定，形成不同的温度层，对管板造成较大的应力；二是锅炉结构造成的各部位受热状况不同，冷却条件也不同，造成烟气侧和水侧温差过大，形成和加剧了温差应力。其结果造成管板处于高应力状态之下，为管板角焊缝裂纹的形成奠定了基础。偏置炉胆卧式内燃锅炉的炉胆偏离筒体的屮心，燃油在炉胆内燃烧，炉胆是热源，炉胆侧的筒体水空间小，温度升高得快，因而靠炉胆侧的管板角焊缝的温度高，易形成不同温度层，从而产生温差应力。这也说明了为什么检验屮发现的裂纹均在靠炉胆侧的管板角焊缝中。图2前管板角焊缝裂纹示意图图3

7、后管板角焊缝裂纹示意图3）过冷沸腾作用。偏置炉胆卧式内燃锅炉由于木身结构的原因，锅炉水循环较差，易形成过冷沸腾。锅炉烟气流程为三回程，当烟气从炉胆进入回燃室时，烟气温度仍在900°C以上，流动烟气在冋燃室转变方向，停留吋间相对较长，造成管板热负荷较高，如果筒体下部回燃室管板处工作介质侧的水停滞或流速缓慢循环不畅，就容易出现局部过冷沸腾，形成热疲劳源，致使管板角焊缝产生裂纹。4）其它应力作用。锅炉运行吋筒体和管板承受内压，炉胆、烟管承受外压。管板与烟管、炉胆