锅炉对流管胀口断裂原因分析及处理

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1、WGC30/2.45-400型锅炉对流管胀口断裂原因分析及处理保山市综合技术检测中心张永鸿曹平波杨金龙摘要：本文针对保山某糖厂一台WGC30/2.45-400型改造锅炉对流管胀口断裂缺陷，通过结构、宏观、金相、化学元素、断口显微形貌、应力等多方面的检验分析，查找出缺陷的产生原因，制定出相应的处理方案，并跟踪验证处理后的实际效果。通过此项工作，发现了该类型锅炉在扩容改造中容易被忽视的膨胀问题，以及由此会带来对流管胀口断裂的严重后果，为今后同类型锅炉扩容改造提供了重要的参考实例。关键词：锅炉对流管胀口断裂分析处理一、基本情况锅炉型号：WGC30/

2、2.45-400额定蒸发量：30t/h过热蒸汽温度：400℃对流管：钢号20G，Ф51×3.5mm该锅炉为保山某糖厂的在用锅炉，结构形式为双锅筒横置式炉排炉，膨胀方式为下胀式（即上锅筒为支承锅筒，下锅筒活动），原额定蒸发量为20t/h，2004年通过增加对流管束长度（增长2.5m）进行扩容改造增至30t/h。运行2个榨季（实际运行时间约2000多小时）后，停炉进行内部检验时，发现共有6根最前排对流管（凝渣管）与下锅筒胀接位置有环向裂纹产生，裂纹位置均位于管下方，裂纹距胀口扳边处距离基本相同（约30mm），裂纹附近管壁厚度未见明显减薄。随后进行

3、了割管取样，以便进行下一步的检验分析。（锅炉对流管断裂位置、形貌及设计图见图1、图2）图1图2二、检验分析检测依据：JB/T9619-1999《工业锅炉胀接技术条件》GB/T13299-1991《钢的显微组织评定方法》GB/T14203-1993《钢铁及合金光电发射光谱分析法通则》GB/T11344-2005《接触式超声波脉冲回波法测厚》DL/T674—1999《火电厂用20号钢珠光体球化评级标准》检测用主要设备：欧波同405M卧式金相显微镜，编号：JS0055设备自检合格Spectro定量光谱仪编号：JS0106设备检定合格钢直尺（0～15

4、0mm）编号：JS0086设备检定合格MX－5测厚仪编号：JS002设备检定合格（一）结构分析经查阅扩容改造资料及现场检查发现，该锅炉2004年改造时将全部对流管加长了2.5m，但是并没有重新进行膨胀计算，也未采取任何处理措施；而且最前一排对流管（凝渣管）间砌有异形砖隔烟墙并与炉膛后墙浇筑连接固定。因此锅炉膨胀收缩时的变形量较改造前有所增加，炉墙又在很大程度上限制了对流管和下锅筒的自由变形。（二）宏观分析管子均断裂于胀接过渡位置，裂纹沿环向延伸约1/3~1/2圈，管内外表面无明显腐蚀痕迹，详见图3。宏观检查及体视显微观察发现，除主裂纹及次生的

5、几条小裂纹外，管子外壁其余部位未见其他裂纹。断口部位由外壁至内的大部分区域表面氧化严重呈灰黑色，靠内圈约1/10壁厚区域内表面光亮为最后断裂区，部分区域存在锈蚀痕迹，详见图4。图3胀接管环向裂纹图4体视显微镜下断口形貌（三）金相分析取管样断口断面管壁及裂纹尖端位置进行金相检验，裂纹尖端部位金相表明裂纹从外壁开始，呈沿晶和穿晶混合向内壁发展；断口附近区域及裂纹尖端部位金相组织均为正常的铁素体＋珠光体。见图5、6。图5图6（四）化学元素分析利用Spectro定量光谱仪，按《钢铁及合金光电发射光谱分析法通则》对该管样品进元素分析，分析结果表明该样品

6、所检元素含量符合GB5310-1999对20G成分含量的要求。样品元素含量：C0.24％，Si0.23％，Mn0.55％，S0.024％，P0.017％备注：GB5310-1999中对20G元素含量的规定为：C0.17~0.24％，Si0.17~0.37％，Mn0.35~0.65％，S、P≤0.030％（五）断口显微形貌分析利用扫描电子显微镜对试样断口断面进行分析，结果表明断口大部分表面氧化严重（图7），靠内壁的最后断裂区（图4中白色区域）呈等轴和拉长的韧窝形态，与20G受拉应力断裂特征一致（图8）。图7图8（六）应力分析根据设计资料及运行条

7、件，用有限元分析软件ALGOR对断裂对流管处进行建模分析。首先，通过SolidWorks建立对流管与下锅筒胀接实体简化模型（不考虑锅体周围对流管孔影响及锅筒形变量），而后利用ALGOR对实体模型网格化后加载温度（400℃）及下锅筒自由膨胀等边界条件，模拟锅筒在对流管作用下向上运动时的应力水平。1、CAD模型建立：根据JB/T9619-1999《工业锅炉胀接技术条件》中胀接工艺建立管－板胀接实体模型，详细见图9。图9管－板胀接简易模型2、管设计材质为20G，由于软件材料库无相应牌号，分析采用材料与之相似的AISI1020钢；温度参数取400℃。

8、模型规模为：表面单元数3659，节点数5314。有限元计算结果见图10所示，应力分布按颜色由蓝到红依次增大。根据设计资料，该管胀口距第一个弯头位置为300mm。计算