莫志生 彭浩斌

摘要：本文通過對一起WNS4-1.0-Y型鍋爐的后管板管口裂紋事故處理，剖析鍋爐管口管板裂紋成因，研究破裂失效機理，進而提出相應的預防措施和改進方法。

關鍵詞：鍋爐管板 煙管 裂紋 裂紋事故 失效機理

鍋爐為生產(chǎn)、生活提供熱量、動力，應用廣泛。其中臥式內(nèi)燃三回程使用廣泛。

運行中，WNS型號的鍋爐較發(fā)生管板開裂是最常見的失效形式。下文將通過分析一臺WNS型鍋爐后管板開裂事故的原因，研究這類型鍋爐煙管、管板破裂失效機理，探討有效的預防措施和改進辦法。

1 事故概述

本案例中鍋爐使用0#柴油，按照上式進行校核時，爐膛出口溫度為950℃。同時，煙氣折返時在入口處形成很大的擾動，管口位置的放熱系數(shù)遠大于其他部位的煙氣系數(shù)，產(chǎn)生較大的溫差應力，交變熱負荷加大。

另一方面，圖1可見，煙管管口伸出鍋爐本體，管口到鍋水之間的傳熱距離長，容易超溫工作；但停爐時，管口降溫速度快于管子。所有這些條件綜合起來，這個位置的管板、管口容易產(chǎn)生裂紋。

除了受熱條件惡劣外，導致管板開裂還有以下原因：

①制造質(zhì)量不合格

未消除管子與管孔的間隙（見圖1中的δ）。

為便于裝配，管板加工時，開孔內(nèi)徑一般比管子外徑大1mm，如焊接前不合格脹管，裝配完畢后，管子與管孔內(nèi)壁間留有0.5mm的間隙。該間隙的存在對鍋爐的運行產(chǎn)生不良影響，導致管孔過熱。運行時候間隙中的水被加熱成水蒸氣但不易從縫隙中溢出，造成該處過熱。另外間隙中產(chǎn)生的水蒸氣即使逸出，爐水及時補充。但過程中該處反復逸出、冷卻產(chǎn)生熱疲勞裂紋。另外由于爐水一般保持一定的堿度。在間隙中鍋水流動不暢被不斷濃縮，超過鍋爐安全運行允許的限值，該處容易發(fā)生苛性脆化。

此外，角焊縫如果在焊接中有缺陷，管口末端外伸過長造成管口部分長期超溫，或長期承受交變熱應力容易發(fā)展成為裂紋。

②運行不當

鍋爐運行時水處理不合格，鍋水堿度高，更易造成苛性脆化。此外頻繁啟停鍋爐令管口承受交變熱應力加大或停爐時驟然打開煙室門，管板和管口承受更大的降溫溫差應力；啟動時吹掃時間不足，在爐膛中發(fā)生爆燃沖擊管板；爐膛里面堆積煙灰和灰垢減弱熱交換，使得第二回程入口煙溫超過設計值。

3 預防辦法

針對上述裂紋產(chǎn)生的原因，可采取如下的措施加以預防：

①正確選擇爐膛出口溫度，在后管板煙氣第二回程入口裝設隔熱蒸餾裝置，一方面隔絕高溫煙氣直接與管板接觸，有效降低管板溫度，避免過冷沸騰，減少鍋爐內(nèi)局部鍋水濃縮和結(jié)生水垢的危害；另一方面也避免了高溫旋流煙氣對管子端部的磨損，再有是保證角焊縫質(zhì)量消除焊縫缺陷、在焊前預脹管，消除管子與管孔間間隙，有條件的焊后應進一步施脹，即采用“脹→焊→脹”工藝，以消除焊接應力?！跺仛ゅ仩t本體制造技術條件》（JB/T1619-2002）規(guī)定：“對于與600°C以上煙氣接觸的管板，焊接連接的煙管和拉撐管應采取消除間隙的措施”。制造時控制管子伸出角焊縫的長度。參照《鍋殼鍋爐本體制造技術條件》（JB/T1619-2002）的規(guī)定：“a.當煙溫大于600°C時，不應大于1.5mm；b.當煙溫不大于600°C時，不應大于5mm?！?/p>

②鍋爐運行中加強鍋爐水質(zhì)監(jiān)控，正確排污，確保鍋爐水質(zhì)達標、避免頻繁啟停鍋爐，停爐時緩慢冷卻、定期清灰垢、啟動時保證吹掃時間避免爆燃。

③定期檢測，發(fā)現(xiàn)問題及早處理。

按規(guī)定，鍋爐應每兩年進行一次內(nèi)部檢驗。對投用時間過長，鍋爐水處理不好，有維修記錄的鍋爐，應相應縮短定檢周期，如發(fā)現(xiàn)管板、管口有微小裂紋的，可以及早進行處理。

4 本例管口、管板裂紋的處理

從上述的分析可知，本例中鍋爐管板的金相組織并沒有劣化，鍋爐內(nèi)部水垢并不嚴重，經(jīng)檢查，管口端部超出角焊縫頂部超過1.5mm，由此判斷該裂紋產(chǎn)生的原因為鍋爐在工作中，管口長期超溫，發(fā)生熱裂紋，然后向管板、管壁擴散開裂。

在處理方面，采取了更換發(fā)生裂紋的管子，修補管板裂紋的處理。鑒于該鍋爐95年投入使用至今接近20年，使用單位制定了每半年自行進行一次內(nèi)部檢驗的使用制度。

5 總結(jié)

管口、管板在運行中產(chǎn)生裂紋，是WNS型鍋爐常見的失效形式，輕者導致停爐，重者造成人員傷亡。裂紋產(chǎn)生的原因很多，有設計失誤、制造質(zhì)量不過關方面的，也有使用不規(guī)范、水處理工作不到位等，實際工作中可采取相應的措施加以預防。

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