鄭成法

金華市特種設(shè)備檢測(cè)中心

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SHL型鍋爐防焦箱裂紋的案例分析

鄭成法

金華市特種設(shè)備檢測(cè)中心

【摘 要】通過(guò)對(duì)鍋爐防焦箱裂紋產(chǎn)生原因分析，指出了該型鍋爐在設(shè)計(jì)制造、運(yùn)行管理和檢驗(yàn)檢測(cè)方面不足，并提出了改進(jìn)的建議措施。

【關(guān)鍵詞】裂紋；防焦箱；熱疲勞

金華市某造紙廠一臺(tái)型號(hào)為SHL10-1.27-AII的鍋爐在運(yùn)行期間，當(dāng)班司爐工在觀察爐膛燃燒情況時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)右側(cè)靠爐前人孔處的防焦箱筒體有汽水冒出，即作停爐處理。本文通過(guò)事故的檢查，重點(diǎn)分析了產(chǎn)生事故的原因，對(duì)SHL型其他有防焦箱的鍋爐防止產(chǎn)生熱疲勞，提出了整改措施。

1　情況檢查

查閱定期檢驗(yàn)報(bào)告，上下鍋筒水位線以下主要受壓元件結(jié)垢0.5mm左右，金屬表面輕度氧腐蝕；查閱水質(zhì)化驗(yàn)及鍋爐運(yùn)行記錄，未見異常；宏觀檢查發(fā)現(xiàn)，右側(cè)防焦箱在距離前手孔端部850mm處有5條細(xì)小裂紋其中一條已貫穿；裂紋區(qū)發(fā)生防焦箱上部，面向爐排一側(cè)，貫穿裂紋兩端呈周向擴(kuò)展外貌其長(zhǎng)度20mm，寬度30絲左右，裂紋區(qū)軸向截面與防焦箱中心水平面夾角約70°，如圖1。對(duì)未發(fā)生裂紋的附近筒體進(jìn)行硬度、厚度測(cè)定，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均未發(fā)現(xiàn)異常。

2　事故產(chǎn)生原因分析

2.1防焦箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

SHL10-1.27型鍋爐有4個(gè)獨(dú)立水循環(huán)回路：前水冷壁和前集箱及上鍋筒與前集箱連接的下降管組成一個(gè)回路；側(cè)水冷壁和防焦箱及下鍋筒與防焦箱連接的下降管組成獨(dú)立兩個(gè)回路；后水冷壁和后集箱及下鍋筒引出的下降管組成一個(gè)回路。

圖1　裂紋軸向截面與防焦箱中心水平面夾角

SHL10-1.27型鍋爐左、右防焦箱用Ф159×8，20/GB 3087無(wú)縫鋼管制成；在中部偏前位置有9根Ф60×3，節(jié)距為120mm的水冷壁管；Ф83的下降管在防焦箱前部有1根，后部有2根，如圖2。如果鍋爐左、右防焦箱前端的手孔設(shè)置在爐膛內(nèi)，直接受輻射熱，運(yùn)行實(shí)踐證明，手孔設(shè)置在爐膛內(nèi)，凡是不絕熱的，在運(yùn)行時(shí)都被燒壞，有的雖采取絕熱措施，但由于絕熱不可靠，在運(yùn)行中仍然會(huì)燃?jí)?，同時(shí)，在鍋爐點(diǎn)火時(shí)或運(yùn)行中都不能檢查手孔蓋有無(wú)滲漏情況，因此這種結(jié)構(gòu)型式不符合《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定。為了解決這個(gè)問(wèn)題，制造單位將防焦箱前部加長(zhǎng)，使前端手孔部位伸出前爐墻外。

圖2　防焦箱示意圖

2.2裂紋形成原因分析

從鍋爐的設(shè)計(jì)看，防焦箱前端下降管與上升管存在著1377mm的受熱水平段。鍋爐左右水冷壁系統(tǒng)的集箱置于爐排面兩側(cè)以防焦渣，為保證鏈條爐的著火便利，前拱及前拱區(qū)兩側(cè)墻均不布置受熱面，而防焦集箱任放置到最前端，裸露布置，直接受爐膛火焰及輻射加熱，在水循環(huán)不暢的條件下，使鋼材的抗拉強(qiáng)度減低。

從運(yùn)行操作上看，鍋爐啟停頻繁或以較低負(fù)荷運(yùn)行也是造成裂縫的原因。鍋爐使用單位生產(chǎn)用氣量不均衡，有時(shí)負(fù)荷很低。這樣，正常運(yùn)行時(shí)，水冷壁系統(tǒng)內(nèi)自然水循環(huán)處于正常狀態(tài)，對(duì)防焦集箱的金屬冷卻良好；當(dāng)鍋爐處于壓火或低負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，自然水循環(huán)停止或循環(huán)流速極低，在爐膛及爐排上燃料加熱下，集箱的水平段上部因汽化造成的蒸汽聚集或在水平段發(fā)生了汽水分層，集箱上部金屬因冷卻不良而造成超溫并產(chǎn)生熱應(yīng)力。這種鍋爐負(fù)荷的不穩(wěn)定使水平段中部上方時(shí)而聚集蒸汽，時(shí)而蒸汽被帶走，熱應(yīng)力反復(fù)作用，使集箱的材料受到了交變載荷的作用，引起了材料的熱疲勞并開裂。根據(jù)應(yīng)力分布可知，承受內(nèi)壓力的圓筒體，無(wú)論是膜應(yīng)力還是熱應(yīng)力，都使內(nèi)壁的應(yīng)力最大，因而裂紋源于內(nèi)壁。

總上分析，此臺(tái)鍋爐防焦箱前部水平段裂紋的形成原因主要是熱疲勞。

2.3裂紋缺陷處理

對(duì)發(fā)現(xiàn)裂紋的集箱段進(jìn)行全面檢測(cè)，測(cè)定出缺陷存在的范圍，去除缺陷段，剩下兩管段進(jìn)行對(duì)接焊接，并按規(guī)定進(jìn)行檢查；同時(shí)因長(zhǎng)度變短，留下的空位用耐火磚砌筑。

使用單位在時(shí)間和資金上允許的話，可向原制造廠訂購(gòu)相同集箱，對(duì)現(xiàn)有集箱進(jìn)行更換。為了避免割除時(shí)原有水冷壁管變短使集箱位置上升，可要求制造廠提供帶有接管座的集箱，以便在現(xiàn)場(chǎng)形成管子對(duì)接焊縫形式，保證焊接質(zhì)量。

2.4對(duì)鍋爐設(shè)計(jì)制造、使用管理和檢驗(yàn)的建議

在設(shè)計(jì)、制造方面，應(yīng)力求減少無(wú)管子制布置的集箱長(zhǎng)度以及其他影響水循環(huán)的死角，也不應(yīng)把這種單純的集箱布置在輻射熱量較大的爐拱附近。若鍋爐的蒸發(fā)量能達(dá)到額定的出力，多余的集箱段似乎只起到儲(chǔ)水的作用，可省去不要。另外，可直接設(shè)計(jì)成外壁敷有隔熱層的集箱，有效地降低金屬壁的溫度，延長(zhǎng)使用壽命。這樣一來(lái)，由于集箱吸熱的減少會(huì)使?fàn)t膛溫度有所升高，若這種溫度的變化使?fàn)t膛中結(jié)焦時(shí)，在設(shè)計(jì)上可增加水冷壁數(shù)量或加強(qiáng)水冷壁長(zhǎng)度來(lái)解決。

鍋爐使用單位，運(yùn)行時(shí)應(yīng)盡量做到用汽均衡，使鍋爐維持在正常范圍內(nèi)，同時(shí)要認(rèn)真做好停爐檢修與保養(yǎng)、水垢清除等工作。加強(qiáng)水質(zhì)化驗(yàn)，定期排污，使水質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，避免水垢形成惡化金屬工作環(huán)境增大裂紋發(fā)生的傾向。

對(duì)于蒸發(fā)量較大且處于不平衡負(fù)荷下運(yùn)行的鍋爐，其金屬本體存在著產(chǎn)生裂紋的潛在危險(xiǎn)，特別對(duì)于裸露布置的集箱更是如此。檢驗(yàn)檢測(cè)單位在法定的定期檢驗(yàn)中僅用宏觀方法是不夠的，應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)上不盡合理的承壓部件進(jìn)行多種手段檢測(cè)，即在定期檢驗(yàn)中對(duì)這類元部件應(yīng)增加厚度、硬度、無(wú)損檢測(cè)抽查，必要時(shí)進(jìn)行金相檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并得到處理，保證企業(yè)生產(chǎn)正常進(jìn)行。