范方榮 堯小麗 余普洲 官偉

(內(nèi)江市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗所,四川內(nèi)江 641100)

淺析SHL10-2.45/400型鍋爐防焦箱裂紋的產(chǎn)生及防治

范方榮 堯小麗 余普洲 官偉

(內(nèi)江市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗所,四川內(nèi)江 641100)

通過一臺電站鍋爐防焦箱在使用過程中產(chǎn)生的裂紋事故,分析了問題產(chǎn)生的原因,提出了合理建議。

防焦箱 環(huán)形裂紋 熱應(yīng)力

1 問題提出

2010年8月,我們在對我市威遠縣三維酒業(yè)有限公司一臺SHL20-2．45/400型發(fā)電鍋爐進行內(nèi)部檢驗時,發(fā)現(xiàn)兩只防焦箱后頂部有多條環(huán)形裂紋,如圖1。

2 鍋爐概況

鍋爐型號:SHL20-2．45/400。制造單位:杭州鍋爐廠。設(shè)計參數(shù):蒸發(fā)量:20t/h；過熱蒸汽出口壓力:2．45MPa；防焦箱規(guī)格:Φ219×10；防焦箱材質(zhì):20#。

3 產(chǎn)生環(huán)境裂紋的原因分析

3.1 熱疲勞

①內(nèi)部檢驗中發(fā)現(xiàn)鍋爐防焦箱內(nèi)結(jié)垢并不嚴(yán)重,約1mm左右,因而排除了防焦箱由于結(jié)垢嚴(yán)重,傳熱效果不良,其冷卻受到制約,導(dǎo)致防焦箱壁溫升高,并超過其許用溫度,致使防焦箱機械強度下降而產(chǎn)生裂紋。②內(nèi)部檢驗后,計算下降管與上升管的總截面積比,在0．2～0．3范圍內(nèi),滿足鍋爐自然水循環(huán)的要求。③由圖1可知,防焦箱在1830mm范圍內(nèi),未設(shè)置水冷壁上升管,在這區(qū)間頂部形成一段循環(huán)“死水區(qū)”,加之防焦箱這段處于爐膛主燃燒區(qū),防焦箱受到較強的熱輻射,內(nèi)部水的溫度必然迅速升高而導(dǎo)致汽化,使防焦箱頂部壁溫升高。④內(nèi)部檢驗中還發(fā)現(xiàn),水冷壁管在防焦箱內(nèi)伸出過長,影響了補給水的進入。

圖1

圖2 為防焦箱軸向溫度分布

3.2 溫差應(yīng)力

①防焦箱壁溫和熱應(yīng)力分析:根據(jù)熱應(yīng)力分析和壁溫測試得到防焦箱的溫度分布如圖2、圖3所示；圖2為防焦箱軸向溫度分布,圖3為防焦箱周向溫度分布,最大溫度面向爐排一側(cè),偏離防焦箱頂部15°,而內(nèi)外壁溫差為15°左右。由于此防焦箱為Φ219×10管子,其外徑與內(nèi)徑比K≈1．1,所以屬于薄壁結(jié)構(gòu),可以認為內(nèi)外壁溫差(即徑向溫差)引起的熱應(yīng)力較小,可以忽略不計。由圖2可知,防焦箱前無水冷壁上升管段和后無水冷壁上升管段與水冷壁管區(qū)存在一個軸向溫差,軸向溫差產(chǎn)生不同的徑向變形而導(dǎo)致熱應(yīng)力。由圖3可知,防焦箱周向也存在不同的壁溫,周向溫差不僅造成防焦箱軸向伸長,更主要是造成防焦箱軸向彎曲,當(dāng)然也會引起防焦箱很小的周向變形,一般不予考慮；由于防焦箱是焊接在水冷壁管和下降管上,故軸向伸長和軸向彎曲的約束較小,即可以認為是自由的而不會引起熱應(yīng)力。綜上所述,防焦箱熱應(yīng)力主要是軸向溫差所致。

②經(jīng)了解,該爐在運行中啟、停頻繁,燃燒狀況波動較大,導(dǎo)致防焦箱產(chǎn)生交變熱應(yīng)力。所以,防焦箱在運行期間反復(fù)經(jīng)歷著以下幾個變化過程:鍋爐點火啟動→受高溫?zé)彷椛洹澜瓜浜箜敳俊八浪畢^(qū)”壁溫急劇上升→鍋爐停爐壓火→防焦箱后頂部“死水區(qū)”壁溫降低。由于這個過程不斷循環(huán)往復(fù),加上溫差應(yīng)力的作用,必然使防焦箱后頂部“死水區(qū)”在1830mm的范圍內(nèi)產(chǎn)生環(huán)形裂紋。

圖3 為防焦箱周向溫度分布,其中tmax=450℃,ts=200℃

圖4

4 防冶措施

由以上分析可知,該鍋爐防焦箱后頂部產(chǎn)生裂紋的主要原因是由于鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理,鍋爐安裝過程中水冷壁管伸出防焦箱過長,溫差應(yīng)力,局部水循環(huán)不良引起的受熱部件冷卻不良所致。為從根本與消除事故隱患,建議鍋爐制造廠采取以下方法處理:如圖4所示,移動防焦箱后部4根水冷壁管的位置,且控制水冷壁管伸出防焦箱的長度。這樣改動后,由于有一部份飽和蒸汽通過這4根水冷壁管上升到鍋筒,從而使防焦箱后頂部“死水區(qū)”得到可靠冷卻,改善了水循環(huán),避免了環(huán)形裂紋的產(chǎn)生。對于已產(chǎn)生的環(huán)形裂紋也由專業(yè)單位做了妥善的修理。鍋爐修理及改造后經(jīng)外觀檢驗、無損檢測、水壓試驗合格后投入使用。經(jīng)改造幾年后,運行及檢驗結(jié)果表明:鍋爐運行狀況良好,防焦箱不再產(chǎn)生裂紋事故。

[1]李之光等編寫.[M].鍋爐基礎(chǔ)知識.北京:勞動人事出版社,1983.

[2]林宗虎,張永照主編.鍋爐手冊[K].北京:機械工業(yè)出版社,1987.

Through the crack accident in a power plant boiler Scorch box. produced in the use process, analyzes the causes of the problem, put forward reasonable proposals.

Scorch box Annular crack thermal stress

范方榮(1963—),男,工程師,鍋爐、壓力容器、壓力管道檢驗師、無損檢測高級人員(PT-Ⅲ),研究方向:長期從事鍋爐、壓力容器、壓力管道檢驗。