【摘 要】本文針對永安車間三臺SHL20—13—A型鍋爐對流管束管口部位產(chǎn)生損傷，從損傷部位的外觀檢查、安裝及運行狀況進行分析，得出管口損傷的原因，提出防范措施。

【關(guān)鍵詞】鍋爐；對流管束；運行狀況；水質(zhì)狀況；水流沖刷；應(yīng)力集中部位易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕

0 前言

鍋爐對流管束又稱對流排管，位于上、下鍋筒之間，一般由Φ51—Φ60壁厚為3-4mm的鍋爐鋼管組成，是水管鍋爐的主要受熱面。

鍋爐對流管束的安裝分為脹接和焊接兩種方式。無論脹接管或焊接管，其脹口和焊口部位都是薄弱環(huán)節(jié)，容易遭到腐蝕和其他應(yīng)力的作用而產(chǎn)生損壞或變形。一旦對流管的脹口或焊口部位損壞或變薄。從而影響鍋爐安全運行。

1 概況

供熱公司永安車間六臺鍋爐型號均為SHL20—13—A型，雙鍋筒橫置式鏈條爐排，汽改水鍋爐，額定功率為14MW，額定工作壓力為1.3MPa，額定出水溫度/回水溫度為130℃/80℃，上鍋筒直徑為1400mm，筒體壁厚16mm，下鍋筒直徑為900mm，簡體壁厚16mm，鍋筒材質(zhì)均為20G，對流管束管徑為Φ60×3，對流管束材質(zhì)為20#，對流管束連接方式為脹接。其中，3#4#5#鍋爐于1987年安裝，1988年投入運行，截至2011年4月已累計運行99360小時，運行23年間沒有發(fā)生過爆管及其他鍋爐本體受壓部件損壞事故。2011年4月底，在進行鍋爐本體檢修過程中，發(fā)現(xiàn)3#4#5#鍋爐上鍋筒中部偏后位置的對流管束，有個別管子管口附近有不同程度的損傷缺口，如下圖照片所示：

4#爐上鍋筒對流管束管口 5#爐上鍋筒對流管束管口

2 對流管束產(chǎn)生裂紋的部位及原因分析

2.1 鍋爐對流管束

對流管是鍋爐的對流受熱面，它布置在爐膛出口和尾部受熱面之間，直接與高溫?zé)煔膺M行對流換熱。對流管束又稱對流排管，位于上下鍋筒之間，一般由Φ51—Φ60壁厚為3-4mm的鍋爐鋼管組成，是水管鍋爐的主要受熱面。通常由于煙氣溫度高傳熱較多，管內(nèi)汽水混合物的密度小，成為上升管，反之煙氣溫度低傳熱較少，成為下降管。

2.2 永安3#4#5#鍋爐對流管束產(chǎn)生損傷的部位和特征

發(fā)生管口損傷的管子均分布在上鍋筒的中部，上鍋筒中心線偏后的部位。均為對流管束中的下降管。發(fā)生損傷的管子管口明顯變薄，損傷部位形狀如鋸齒狀缺口，管口損傷的管子周圍組織無變形，無明顯的氧腐蝕坑。其中管子損傷數(shù)量：5#爐管口損傷5根，管口壁變薄15根，4#爐管口損傷4根，管口壁變薄19根，3#爐管暫無損傷，管口壁變薄21根。每臺鍋爐管口損傷和管口壁變薄的管子數(shù)量約占對流管總數(shù)量的5%左右。

2.3 永安3#4#5#鍋爐運行狀況和水質(zhì)狀況

2.3.1 3#4#5#鍋爐運行狀況

永安車間3#4#5#鍋爐自1988年投產(chǎn)以來，已累計運行99360小時，運行23年間所有運行參數(shù)均正常，沒有發(fā)生過爆管及其他鍋爐本體受壓部件損壞事故。

2.3.2 3#4#5#鍋爐水質(zhì)狀況

鍋爐房給水處理采用逆流再生鈉離子交換器和解析除氧器，調(diào)節(jié)pH值采用鍋外給水加藥（Na2CO3）法。在運行期間，鍋爐給水始終保持硬度值<6.0mmol/L，含氧量<1.0mg/L，pH值在9—10之間。鍋爐給水指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 永安3#4#5#鍋爐對流管束產(chǎn)生損壞的原因分析

2.4.1 通常損壞原因主要是：脹口滲漏和裂紋、腐蝕、焊口穿孔、管子變形、彎曲、塌陷、鼓包和爆破、長期水力沖刷、水中雜質(zhì)造成的機械應(yīng)力磨損和應(yīng)力腐蝕等因素。

2.4.2 對損傷的管子檢查（外觀檢查）

管子外表面無異常，損壞位置均位于脹口上管邊的喇叭口處，管口和鍋筒內(nèi)表面光滑，損傷的管子附近的鍋筒壁無明顯氧化痕跡，損傷的管子內(nèi)壁無明顯氧化痕跡，無腐蝕斑點，損傷部位呈鋸齒狀缺口，損傷處管口壁明顯變薄，最薄處僅0.5mm，（管子原壁厚3mm），但離管口越遠管壁越厚，逐步接近正常。

發(fā)生損傷或壁厚變薄的管子均分布在上鍋筒的中部。除此以外，上鍋筒其余部位的管子，下鍋筒的所有管子管口均未發(fā)生相關(guān)的損傷和變薄現(xiàn)象，鍋筒內(nèi)壁有零星的氧腐蝕斑點，深度約0.5mm—0.7mm左右（鍋筒原壁厚16mm）

2.4.3 對流管束管口損傷的原因分析

1）長期水力沖刷易造成管口磨損

由于鍋爐在運行期間，鍋爐給水采用上鍋筒水流由上鍋筒中后部從下降管流入下鍋筒，特別是對流管束靠近中后部的部位，鍋爐水流沖刷也會對管口產(chǎn)生一定的應(yīng)力作用，長時間的沖刷，也會對管子造成一定的損傷。在此段管子中水流速較高，受到的沖刷力較強，這個部位受到局部腐蝕形成薄弱區(qū)，并在此區(qū)域上局部應(yīng)力增長到產(chǎn)生初始的腐蝕?？紤]到3#4#5#鍋爐已運行23年，長時間的水力沖刷也是可能造成這一結(jié)果的。

2）在應(yīng)力集中部位易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕

鍋爐給水經(jīng)過加藥處理后往往會有一定量的堿，雖然在正常情況下，鍋水中的堿濃度會被調(diào)節(jié)到使它對鋼不產(chǎn)生腐蝕，但是在局部地方常常會因氫氧化鈉的富集而使水的堿濃度增大。特別是在應(yīng)力集中部位易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕問題。應(yīng)力腐蝕是在特定的腐蝕介質(zhì)和外應(yīng)力共同作用下產(chǎn)生的。鍋爐對流管束由于脹接部位及附近區(qū)域金屬內(nèi)部殘余應(yīng)力的存在，且鍋爐運行中負荷變化大，溫度變化梯度大，接近鍋筒部位的管子受多種應(yīng)力的同時作用，形成應(yīng)力集中區(qū)域。在腐蝕凹坑上的局部應(yīng)力，隨著電化學(xué)過程的進一步發(fā)展，使凹坑底部受應(yīng)力最大的區(qū)域為腐蝕電池的陽極，因而首先是電化學(xué)破壞，形成許多條小腐蝕裂紋。在最初的裂紋側(cè)部是一層保護膜，它構(gòu)成腐蝕電池的陰極，裂紋尖端是腐蝕電池的陽極，在最大應(yīng)力作用下，裂紋尖端前面的區(qū)域是金屬局部應(yīng)力最大的地方，即是裂紋擴展的區(qū)域。由于裂紋尖端存在高度集中的局部應(yīng)力，而且腐蝕電池又是大面積的陰極與小面積的陽極組合，因而裂紋進一步擴展，裂紋更快長大。在高速水流沖刷應(yīng)力作用下斷裂，導(dǎo)致對流管束管口開裂。對流管束管口處損傷是典型的應(yīng)力腐蝕裂紋。

2.4.4 根據(jù)以上分析可以初步斷定，永安3#4#5#鍋爐對流管束產(chǎn)生損傷的原因是

位于上鍋筒中后部的下降管管口處高速水流沖刷和在應(yīng)力集中部位產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕共同作用造成的損傷。

3 修理方案

上述損傷的修理方法，一般按下列情況進行處理。

3.1 由于損傷部位集中在脹口的管口邊沿，管口有裂紋且管口已減薄，故無法進行補脹?？梢钥紤]改為焊接，脹口已裂紋較大或損壞或腐蝕嚴(yán)重的管子應(yīng)更換。

3.2 管口損傷的管子，如果損口到達脹口部位，原則上都應(yīng)更換。但如損傷只發(fā)生在管口上部，沒有達到脹口部位時，亦可不必更換，加強監(jiān)檢，繼續(xù)使用。

3.3 鍋檢部門進行年檢，3#4#5#鍋爐對流管束管口的損傷部位尚未達到脹口位置，損傷數(shù)量較少，可以繼續(xù)使用，不建議采用焊接修復(fù)，但必須每年進行試壓無滲漏后再使用。

4 防止發(fā)生類似事故的基本措施

4.1 加強鍋爐水質(zhì)管理，盡量減少由水垢、氧腐蝕和給水中化學(xué)殘留物對鍋爐本體受壓元件造成的各類腐蝕；

4.2 盡量合理控制每臺鍋爐流量，減少因水流沖刷和和在應(yīng)力集中部位產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕而對爐管造成損傷，使鍋爐達到安全運行；

4.3 加強鍋爐檢修、檢驗管理，在鍋爐檢驗方面，應(yīng)提出檢驗、使用方案和應(yīng)急防范措施。

[責(zé)任編輯：丁艷]