潘林

（廣西玉林市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所，廣西 玉林 537000）

臥式快裝鍋爐具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、整裝出廠、運(yùn)輸安裝方便、蒸汽產(chǎn)生快、負(fù)荷調(diào)節(jié)靈活、爐墻密封性好、保溫效果極佳、熱效率高等集于一身的眾多優(yōu)點(diǎn)，性價(jià)比高，深受用戶歡迎，廣泛應(yīng)用于中小企業(yè)生產(chǎn)中，在我國工業(yè)鍋爐產(chǎn)品中占有量最大。隨著技術(shù)的不斷更新，爐型在設(shè)計(jì)、制造工藝上有所提高。但由于結(jié)構(gòu)所限，存在著一些較為顯現(xiàn)的缺陷，表現(xiàn)為鍋內(nèi)氧腐蝕、鍋筒底部鼓包和鍋爐管板裂紋等問題。最近筆者在檢驗(yàn)工作中，即發(fā)現(xiàn)一臺DZG型快裝鍋爐管板已產(chǎn)生裂紋，裂紋處于高溫?zé)煔馊肟谔幑芏思肮芸讌^(qū)，并向兩邊孔橋延伸，產(chǎn)生管板開裂事故隱患，現(xiàn)對此進(jìn)行理論分析，提出預(yù)防對策和改進(jìn)措施。

1 裂紋產(chǎn)生的原因分析

1.1 裂紋的性質(zhì)

某泡沫包裝箱廠的一臺臥式快裝鍋爐，型號為DZG2-1. 25-M·A。查閱該鍋爐出廠資料知，管板材質(zhì)為20 g，煙管為20＃，規(guī)格為Φ63.5 mm×3.5 mm，連接方式為焊接，鍋水循環(huán)方式為自然循環(huán)。鍋爐負(fù)荷較大，無鍋外水處理設(shè)備，采用向鍋內(nèi)加藥方式進(jìn)行水處理。自2001年運(yùn)行至今，經(jīng)內(nèi)部檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：

（l）鍋筒內(nèi)部結(jié)垢嚴(yán)重，水垢厚度1～3 mm，為碳酸鹽水垢；

（2）前后煙管端部伸出管板長10 mm；

（3）檢查發(fā)現(xiàn)高溫入口處，有13條煙管管端有數(shù)量不等的呈輻射狀由管端向孔橋延伸的裂紋，其中最長處為25 mm，寬0.5 mm，有延伸趨勢。

為確定裂紋性質(zhì)，將管子取出并把管孔區(qū)打磨平整進(jìn)行顯微金相分析。最長裂紋發(fā)生處管孔有較多輻射狀裂紋、孔橋上有龜裂。金相檢查發(fā)現(xiàn)，裂紋有分叉現(xiàn)象，為晶間裂紋，裂紋尾端圓鈍，裂紋內(nèi)部有腐蝕產(chǎn)物，球化嚴(yán)重。

1.2 苛性脆化

1.2.1 裂紋由苛性脆化引起

根據(jù)裂紋形貌和顯微金相分析結(jié)果，判斷裂紋由苛性脆化引起：

（1）鍋水一定含有較高濃度的游離堿，與鍋水接觸的鋼材中存在接近于其屈服點(diǎn)的拉伸應(yīng)力，便會產(chǎn)生晶間裂紋。

（2）一定有鍋水流入或穿過的接頭、接縫或裂紋。

（3）在這些接頭、接縫或裂紋中，鍋水被濃縮。

（4）鋼材上接觸化學(xué)物質(zhì)的地方，必須有局部集中應(yīng)力。

1.2.2 爐具具備苛性脆化條件

從運(yùn)行情況和制造工藝分析，該爐具備苛性脆化條件：

（1）煮爐除垢時(shí)加藥量嚴(yán)重超標(biāo)，爐水堿度極高，在高堿度下運(yùn)行時(shí)間過長，形成苛性脆化環(huán)境，使?fàn)t水中氫氧化鈉濃度在10％以上。

（2）管板與煙管間采用角焊縫連接，該爐制造焊接前后未進(jìn)行脹接，管板與煙管間存在縫隙，鍋水進(jìn)入縫隙，特別是高溫?zé)煔馊肟冢瑺t水在此高度濃縮。

（3）受熱面結(jié)垢嚴(yán)重，水垢傳熱系數(shù)較鋼板低數(shù)十倍，高溫?zé)煔鉀_刷管板后不能迅速將熱量傳遞給鍋水，該部位金屬溫度升高，金屬抗拉強(qiáng)度下降，在正常壓力下，該部位金屬經(jīng)受接近于其屈服點(diǎn)的拉伸應(yīng)力，形成苛性脆化的第三個(gè)條件。

1.3 管板高溫區(qū)熱負(fù)荷較高

管板高溫區(qū)熱負(fù)荷較高，易在管板與水接觸面產(chǎn)生一層氣膜，該處由于水流速較低，不能將氣膜及時(shí)帶走，使氣膜下的金屬得不到冷卻，導(dǎo)致金相組織球化，金屬產(chǎn)生熱疲勞，加速了裂紋擴(kuò)展：

（1）管板近管區(qū)域水循環(huán)不良，導(dǎo)致近管處產(chǎn)生“過冷沸騰”，易產(chǎn)生熱裂紋。

（2）管板上的管孔與管子間存在間隙，處于高溫區(qū)的部分管子，在鍋爐運(yùn)行時(shí)，間隙中的爐水受熱蒸發(fā)形成2個(gè)近圓環(huán)，使管板產(chǎn)生疲勞裂紋。

（3）管板與管子連接處采用焊接，2、3回程在后管板溫差500～700℃，受拉應(yīng)力、彎應(yīng)力、溫差應(yīng)力疊加，鍋爐頻繁起停，使管板與管子角焊縫局部產(chǎn)生裂紋。

（4）管板高溫區(qū)的熱負(fù)荷最高，由于“進(jìn)口效益”和管端冷卻不良，使管端過熱產(chǎn)生裂紋并延伸至管板。

（5）煙管伸出管板較長，冷卻不良，管端產(chǎn)生過熱裂紋并延伸至管板。

（6）水質(zhì)不合格，管板管區(qū)水側(cè)結(jié)垢，導(dǎo)致管板過熱產(chǎn)生裂紋。

1.4 局部材料機(jī)械性能下降

鍋爐運(yùn)行多年，當(dāng)管板出現(xiàn)裂紋時(shí)，管板金屬組織發(fā)生變化，材料機(jī)械性能下降，對開裂20 g管板進(jìn)行化學(xué)成分和金相分析發(fā)現(xiàn)：管板化學(xué)成分符合20 g鋼板國家標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，管板一旦出現(xiàn)裂紋，局部機(jī)械性能下降。

1.5 爐型結(jié)構(gòu)的問題

產(chǎn)生裂紋是由爐型結(jié)構(gòu)所致。很明顯，此種型式鍋爐鍋筒內(nèi)壁流速最低，據(jù)有關(guān)熱力計(jì)算推薦值為低于0.01m/s，鍋筒內(nèi)的水流速相當(dāng)?shù)?，不能帶走熱量，造成鍋筒?nèi)形成循環(huán)死區(qū)，壁溫升高，材料抗拉強(qiáng)度值大幅度下降，金屬產(chǎn)生熱疲勞裂紋。

2 管板裂紋的一般處理方法

（1）如果管板裂紋不是很嚴(yán)重，直接在裂紋處補(bǔ)焊，將裂紋修復(fù)即可；如本臺鍋爐，經(jīng)磁粉檢測確定產(chǎn)生裂紋的管區(qū)范圍后，取下煙管，將管孔及孔橋打磨光潔，再進(jìn)行磁粉檢測，確定裂紋位置，同時(shí)用角磨機(jī)打磨，按照檢測打磨再檢測的步驟重復(fù)操作，直至裂紋消除。下一步就是補(bǔ)焊，由熟練焊工擔(dān)當(dāng)，焊后外觀檢查合格后進(jìn)行磁粉檢測，未發(fā)現(xiàn)裂紋，最后組裝煙管。先脹后焊，焊后再進(jìn)行一次磁粉檢測及水壓試驗(yàn)均合格。運(yùn)行一段時(shí)間后重新檢驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)異常情況，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）如果管板裂紋較嚴(yán)重，可直接換管板。

3 預(yù)防與對策

3.1 制造廠家應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行鍋爐制造技術(shù)條件及相關(guān)要求

對定型生產(chǎn)該爐型的制造廠家，應(yīng)具有將圖紙轉(zhuǎn)化為工藝制造的能力，嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)程和鍋爐制造技術(shù)條件及相關(guān)要求：

（1）管板管孔應(yīng)采用機(jī)械加工，管孔應(yīng)控制在中Φ（64.5 ±0.74）mm，工藝采用先脹后焊。脹管應(yīng)在管端密封焊接前進(jìn)行，焊后再加脹。以減少管孔與管子間的間隙，避免鍋筒的鍋水流入管孔區(qū)內(nèi)，不斷濃縮、蒸發(fā)形成高濃度的苛性鈉（NaOH）溶液。

（2）嚴(yán)格控制管子伸出管孔端長度。管子伸出管孔長度，應(yīng)為管子的焊角高度加1.5 mm，如Φ 63.5 mm的管子，管子伸出管孔端長度6.5 mm，防止管子伸出管孔端過長，產(chǎn)生裂紋并延伸至管板孔橋。

3.2 對運(yùn)行的鍋爐應(yīng)進(jìn)行改造

（1）降低煙氣入口處煙氣溫度，在爐膛后1/3處靠近爐膛煙氣入口處橫向布置1～2組對流管束，對流管直徑應(yīng)大于Φ38 mm，降低煙氣入口處的煙氣溫度，通過熱力計(jì)算，降到700～750℃。

（2）改進(jìn)給水裝置，改變進(jìn)水方向及加強(qiáng)排污，強(qiáng)化鍋筒管板區(qū)鍋水的擾動，改善處于循環(huán)死區(qū)的區(qū)域，使鍋內(nèi)的水有一定流動性，強(qiáng)化循環(huán)冷卻，使管板壁溫不至于過高。

（3）在鍋筒內(nèi)壁4根Φ133 mm下降管孔，加限制流量的限流裝置，使鍋內(nèi)的水有一定流動性。

3.3 加強(qiáng)運(yùn)行管理及維護(hù)保養(yǎng)

鍋爐水質(zhì)處理一定要按《鍋爐水處理監(jiān)督管理規(guī)則》要求進(jìn)行，要配備水處理人員，每班至少排污一次，應(yīng)有防止系統(tǒng)丟水措施，預(yù)防水垢生成；鍋爐運(yùn)行要執(zhí)行《鍋爐房管理規(guī)則》；爐化學(xué)清洗應(yīng)有鍋爐清洗方案和可靠工藝，由專業(yè)單位承擔(dān)。

4 結(jié)束語

通過以上分析探討，鍋爐管板裂紋產(chǎn)生的主要原因，可以歸結(jié)為：管板結(jié)垢；過冷沸騰；苛性脆化；水循環(huán)不良。避免管板產(chǎn)生裂紋方法有：煙管采取先脹后焊的方式，減少管板與煙管之間的縫隙，減少過冷沸騰；加強(qiáng)鍋爐的保養(yǎng)工作，減少鍋爐結(jié)垢，減少管板結(jié)垢因受熱不均產(chǎn)生的熱應(yīng)力；改善鍋爐水循環(huán)，減少傳熱死角；合理配置水處理溶劑，減少因NaOH過量帶來的苛性脆化。這些經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，對所有鍋爐的安全運(yùn)行，具有普遍的參考價(jià)值。

[1]勞部發(fā)[1996]276號，蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[2]國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局鍋爐壓力容器監(jiān)察局，鍋爐定期檢驗(yàn)規(guī)則[S]. 1999.

[3]中華人民共和國國務(wù)院第549號，特種設(shè)安全技術(shù)監(jiān)察條例[S]. 2009.

[4]JB/T4730-2005，承壓設(shè)備無損檢測[S].

[5]GB/T13298-1991，金屬顯微組織檢驗(yàn)方法[S].