王進

（南京市鍋爐壓力容器監(jiān)督檢驗所，江蘇 南京 210002）

我市1臺SH10-25/400型水管鍋爐的左防焦箱下降管口和防焦箱之間，距爐墻60毫米處發(fā)生裂穿漏水（具體位置和尺寸見圖1），被迫停爐檢修，停爐后在裂紋處取樣作金相分析，試驗結(jié)果，晶粒度為5至6級。

該爐是季節(jié)性生產(chǎn)，經(jīng)檢查，防焦箱壁沒有產(chǎn)生腐蝕，厚度與原使用壁厚相同，內(nèi)部無水垢，亦未發(fā)現(xiàn)嚴重的局部腐蝕現(xiàn)象，現(xiàn)對裂紋產(chǎn)生的原因作如下分析。

圖2防焦箱前端部分的結(jié)構(gòu)示意圖。從圖中可以看出，下降管入口處到防焦箱前端有900毫米，除370毫米嵌入前墻外，余下的530毫米暴露在爐膛里面，在這個區(qū)段內(nèi)防焦箱是水平布置的，沒有上升管，從下降管供給防焦箱的水直接向后流動上升到上集箱再流回鍋筒，不可能流向集箱前部，造成在900毫米內(nèi)鍋水基本不流動，形成水循環(huán)中的一個所謂的“死角”，這部分鍋水就成了所謂的“死水”。在高溫作用下分層如圖3所示，水的汽化層之所以形成圖3那樣的形狀，主要是由于各部分受熱程度不同和距下降管入口尺寸的大小密切關(guān)系。同時，蒸汽層的厚度又隨著負荷的變化而變化，當鍋爐負荷正常（一般在70-100%）時，這段防焦箱幾乎不產(chǎn)生汽化，防焦箱的運行仍然是可靠的。當鍋爐工況惡化（負荷過小或過大，或爐膛在較大正壓下運行）時，該段防焦箱內(nèi)形成明顯的汽水分層，工況惡化程度越大，產(chǎn)生的蒸汽就越多，蒸汽層就越厚。爐膛內(nèi)燃料燃燒放出的熱量不斷地輻射方式為主的傳給防焦箱。由于防焦箱內(nèi)上部是蒸汽，蒸汽的導(dǎo)熱系數(shù)比水小得多，同時，蒸汽在這段防焦箱內(nèi)不產(chǎn)生流動，由于蒸汽傳熱差，熱量傳給防焦箱后，防焦箱內(nèi)惡化的程度變化，當負荷趨于正常時，鍋水又會逐步充滿整個防焦箱，由于水的導(dǎo)熱系數(shù)比蒸汽大得多，熱量被迅速吸收，壁溫很快下降，這個過程經(jīng)過多次重復(fù)，防焦箱壁就會因熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力而產(chǎn)生疲勞裂紋，反復(fù)多次就會形成穿透性裂紋。這就是常常發(fā)生在蒸汽鍋爐上的低周疲勞裂紋。

鍋爐爐膛的熱強度也是引起SHL型鍋爐防焦箱產(chǎn)生裂紋的一個重要原因。國內(nèi)燃煤鍋爐的熱力計算都是在一定的爐膛內(nèi)基本上不產(chǎn)生汽化，即不會形成汽水分層，當爐膛在正壓燃燒的情況下，爐膛溫度勢必提高。爐膛內(nèi)溫度一般在900℃以上，傳熱是以輻射為其主要方式，而輻射力（煙氣單位面積在單位時間內(nèi)對外輻射的能量）和煙氣絕對溫度的四次方成正比［絕對溫度與攝氏溫度的關(guān)系：

T°=t℃+273.15(°k)］即

E=C(T/100)4X4.1848 千焦/米2·時

式中 E-輻射力 千焦/米2·時；

T-煙氣的絕對溫度[°k]；

C-煙氣的輻射系數(shù)千焦/米2·時；

從上式中可以看到，爐膛溫度上升，煙氣輻射力急劇增加，因防焦箱內(nèi)部水循環(huán)的“死角”因接收的熱量增多，汽水分層加劇，促使壁濁升高，為裂紋的生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。

另外，材料的基本許用應(yīng)力隨溫度升高而降低，當防焦箱溫升高時，會產(chǎn)生裂紋，因防焦箱允許承受壓力是按結(jié)構(gòu)尺寸和一定溫度下所能承受壓力是按結(jié)構(gòu)尺寸和一定溫度下材料的許用應(yīng)力決定的。溫度增高，材料的基本許用應(yīng)力下降，防焦箱所能承受的壓力降低。若仍然保持鍋爐的壓力，則防焦箱的壁濁增加而箱壁應(yīng)力就會超過材料的屈服強度，就有可能產(chǎn)生塑性變形。例如，某廠鍋爐的設(shè)計壓力是2.45Mpa，飽和水的溫度是224.99℃，按有關(guān)標準的規(guī)定（這里暫不考慮過熱器的壓力降和安全閥動作壓力的影響），防焦箱的設(shè)計壁溫為飽和水的溫度+80℃，即224.99+80℃=304.99℃。在此溫度下，20號（即該爐防焦箱所用材料）鋼的基本許用壓力是11.85公斤力/毫米2。根據(jù)防焦箱的外觀檢查和金相試驗判定，防焦箱裂紋處的壁溫已超過450℃。若以450℃計，防焦箱的基本許用應(yīng)力下降為6公斤力/毫米2，比正常工況下降低近1倍，這對許可工作壓力的影響是極具嚴重的。

上面是從理論上分析了產(chǎn)生裂縫是由于防焦箱內(nèi)的“死角”造成水循環(huán)不良，壁溫升高，一定時間以后壁溫降低，這種忽冷忽熱導(dǎo)致了裂紋的產(chǎn)生。從實際情況看，也可以看到相同的結(jié)論。

第一，裂紋是橫向裂紋，除三條裂紋穿外，其余均是多條發(fā)狀裂紋，而橫向裂紋是熱應(yīng)力疲勞裂紋的一個極其重要的特征。

第二，防焦箱壁外側(cè)呈暗紅色，內(nèi)壁法蘭，這是又一個重要特征。裂紋區(qū)的晶粒沒有粗化，其溫度沒有超過相變溫度，但是鋼管壁法蘭必須在400℃以上，證明工作溫度是在400℃到相變溫度之間。如上所述，防焦箱內(nèi)如果沒有產(chǎn)生汽水分層，其壁溫是不可能達到法蘭溫度的。

為了發(fā)展SH型鍋爐運行的可靠性，根據(jù)不同情況建議采取以下不同的措施。

第一，鍋爐制造商廠對設(shè)計進行修改，有兩種方案可供參考，一是將下降管入口由現(xiàn)在的位置向前墻方向移動，使其入口置于前墻附近（或嵌入爐墻內(nèi)，或在爐墻外接入），由下降管供給的水在防焦箱受熱部分能產(chǎn)生流動，防止汽水分層；二是在現(xiàn)設(shè)計的防焦箱前面（指下降管入口和前墻之間加裝適量的上升管，也能起到防止汽水分層的作用。有的使用單位考慮將現(xiàn)有的上升管移一部分（即上集箱管子不增加，將防焦箱上升管移4-5根靠近前墻，也能起到同樣的作用。

第二，鍋爐運行采取措施控制負荷急劇波動，超負荷或低負荷的時間不能超過有關(guān)規(guī)定的要求，以免鍋內(nèi)過程惡化。同時，保持爐膛負壓燃燒，防止防焦箱因負荷重而產(chǎn)生汽車分層。

第三，運行中鍋爐，如果沒有足夠的時間停爐改造，可用耐火磚（或耐火泥）將防焦箱前面“死角”部分覆蓋起來，避免直接接受爐膛的輻射熱，從而減少了汽水分層的可能性。

[1]李韓生.鍋爐防焦箱的改造[J].冶金動力，1988-08-15.