謝禎?rùn)?quán)(福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院寧德分院,福建寧德352000)

工業(yè)鍋爐后管板裂紋分析及預(yù)防

謝禎?rùn)?quán)(福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院寧德分院,福建寧德352000)

承壓蒸汽鍋爐作為重要的特種設(shè)備，在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的作用。由于鍋爐具有在高溫、高壓條件下運(yùn)行的特點(diǎn)，一旦發(fā)生事故，會(huì)造成嚴(yán)重人身傷亡及重大財(cái)產(chǎn)損失。本文就以某食品廠的蒸汽鍋爐后管板裂紋缺陷的產(chǎn)生進(jìn)行了分析，探究了其預(yù)防的要點(diǎn)，這樣才能保證鍋爐的安全運(yùn)行,防止事故的發(fā)生，減少人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。

工業(yè)鍋爐；裂紋；分析；預(yù)防

1 設(shè)備使用狀態(tài)描述

1.1 設(shè)備簡(jiǎn)介

某食品廠于2007年購(gòu)買(mǎi)一臺(tái)型號(hào)為DZG1.0-0.8-M鍋爐，該臺(tái)鍋爐于2007年6月安裝投用，主要作用是用于粉絲烘干，燃料采用煙煤，每天煤耗約需1噸，每年使用期為8月至11月，共四個(gè)月，每天使用時(shí)間為白天12小時(shí)，鍋爐給水采用村莊飲用自來(lái)水。

1.2 鍋爐歷次檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)與該缺陷有關(guān)的問(wèn)題

爐膛保溫爐墻部分破損；爐門(mén)上部磚墻倒塌；下降管、左右集箱見(jiàn)火；鍋爐水位線下結(jié)水垢0.5～1mm；爐門(mén)上部磚墻倒塌；左前下降管見(jiàn)火；鍋爐水位線以下結(jié)水垢0.5～1mm；鍋爐后管板外凸變形，最大變形量15mm，變形處發(fā)現(xiàn)密集型裂紋。

2 缺陷位置、尺寸、外觀狀態(tài)描述及缺陷圖片

2.1 缺陷位置

缺陷位于鍋筒后管板高溫區(qū)（鍋筒內(nèi)汽相空間），鍋筒頂部向下測(cè)量約300mm處，管板裂紋位置見(jiàn)圖1。

圖1 管板裂紋位置

2.2 缺陷尺寸

鍋爐后管板外凸變形尺寸約300mm×260 mm，最大變形量15mm，變形處發(fā)現(xiàn)密集裂紋。

2.3 外觀狀態(tài)描述

變形處產(chǎn)生的密集裂紋，裂紋最長(zhǎng)56 mm，最深5.3mm，如圖2。

圖2 變形處產(chǎn)生的密集裂紋

3 檢驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果分析

鍋爐內(nèi)部檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：爐門(mén)上部磚墻倒塌，左前下降管見(jiàn)火，鍋爐水位線以下結(jié)水垢0.5～1mm，鍋爐后管板外凸變形，最大變形量15mm，變形處發(fā)現(xiàn)密集型裂紋，所下結(jié)論為“鍋爐后管板變形處發(fā)現(xiàn)密集型裂紋，鍋爐停止運(yùn)行，需要由有資質(zhì)單位修理合格，經(jīng)監(jiān)督檢驗(yàn)合格后鍋爐方可投入使用”。為了進(jìn)一步查明缺陷產(chǎn)生原因，需對(duì)該缺陷進(jìn)行硬度、金相、滲透檢測(cè)。

4 缺陷成因分析

4.1 環(huán)境問(wèn)題

經(jīng)采用里氏硬度計(jì)進(jìn)行硬度測(cè)定，后管板變形部位內(nèi)側(cè)平均里氏硬度仍有401（達(dá)到20g材質(zhì)的硬度值），而后管板變形部位外側(cè)平均里氏硬度只有381（未達(dá)到20g材質(zhì)的硬度值）。說(shuō)明外側(cè)的管板材料在長(zhǎng)期高溫?zé)煔獾淖饔孟聫?qiáng)度略有下降。

同時(shí)，經(jīng)進(jìn)一步檢查和與鍋爐操作人員溝通交流，鍋爐后管板煙箱側(cè)高溫區(qū)隔斷絕熱墻部分損壞，致使鍋爐最高水位以上的絕熱區(qū)域內(nèi)有部份管板材料長(zhǎng)期處于高溫?zé)煔獾沫h(huán)境中（經(jīng)測(cè)定高溫?zé)煔鉁囟燃s700℃左右）。這與上述硬度值測(cè)定的結(jié)果一致，也是造成管板變形的主要原因。

4.2 鍋爐操作不規(guī)范

鍋筒內(nèi)水位經(jīng)常超過(guò)最高水位（從水垢情況可以判斷出常處于滿水位），造成處于高溫狀態(tài)下的后管板內(nèi)側(cè)金屬材料，經(jīng)常被鍋水（其水溫約為150℃左右）激冷產(chǎn)生收縮，從而致使管板內(nèi)側(cè)產(chǎn)生疲勞裂紋。

4.3 設(shè)計(jì)問(wèn)題

從密集裂紋的外觀檢查結(jié)果來(lái)看，裂紋產(chǎn)生的方向與管板強(qiáng)度設(shè)計(jì)的有效支撐點(diǎn)及面積有關(guān)，即裂紋位于兩根有效拉撐桿的中間位置向外延伸。說(shuō)明變形和裂紋部位長(zhǎng)期承受在高溫?zé)煔饧皟?nèi)壓力作用下，沿兩根有效拉撐桿的中間位置向外拉伸變形；當(dāng)鍋筒內(nèi)滿水時(shí)，使這部份材料又受到劇冷收縮及兩根有效拉撐桿的作用下，沿兩根有效拉撐桿的中間位置向內(nèi)收縮變形，致使這部份金屬材料在長(zhǎng)期交變熱應(yīng)力的作用下產(chǎn)生了疲勞損傷。

4.4 材料問(wèn)題

從測(cè)厚結(jié)果分析，鍋爐后管板在產(chǎn)生裂紋缺陷部位金屬材料最大減薄量為0.3～0.4mm，可以確定是由金屬材料產(chǎn)生塑性變形引起的減薄。

壁厚測(cè)定情況儀器名稱TT120型超聲波測(cè)厚儀儀器精度±0.1mm 機(jī)油部位名稱材質(zhì)實(shí)測(cè)點(diǎn)數(shù)20 g公稱厚度mm 12 Ra 1.6μm表面狀況8后管板內(nèi)側(cè)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)耦合劑實(shí)測(cè)最小壁厚mm 11.6 GB/T11344-2008《無(wú)損檢測(cè)接觸式超聲波脈沖回波法測(cè)厚》測(cè)厚點(diǎn)部位圖：測(cè)厚記錄（厚度單位：㎜）測(cè)點(diǎn)編測(cè)點(diǎn)厚度11.6 11.7測(cè)點(diǎn)厚度11.6 11.7測(cè)點(diǎn)編測(cè)點(diǎn)編測(cè)點(diǎn)編測(cè)點(diǎn)編號(hào)B H號(hào)A G測(cè)點(diǎn)厚度11.7測(cè)點(diǎn)編號(hào)C號(hào)D測(cè)點(diǎn)厚度11.7號(hào)E測(cè)點(diǎn)厚度11.8號(hào)F測(cè)點(diǎn)厚度11.8檢測(cè)結(jié)果：最大變形處有減薄.

從金相檢查結(jié)果分析，鍋爐后管板在產(chǎn)生裂紋缺陷部位金屬材料金相組織基本未發(fā)生變化。

金相分析情況儀器型號(hào)腐蝕方法XF—8005 4%硝酸酒精溶液侵蝕分析項(xiàng)目顯微組織拋光方法是否復(fù)型否執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械拋光GB/T13299-1991《鋼的顯微組織評(píng)定方法》

取樣分析部位示意圖：金相照片（注明放大倍數(shù)）：分析結(jié)果：低倍金相組織未發(fā)生明顯變化（鐵素體+珠光體）。

5 缺陷預(yù)防和監(jiān)控措施

應(yīng)嚴(yán)格按照鍋爐操作規(guī)程、鍋爐設(shè)計(jì)使用說(shuō)明書(shū)及相關(guān)鍋爐安全技術(shù)規(guī)范的要求對(duì)鍋爐進(jìn)行操作。應(yīng)當(dāng)堅(jiān)決杜絕鍋爐給水超過(guò)最高水位線的滿水運(yùn)行現(xiàn)象。在鍋爐日常操作、維護(hù)保養(yǎng)、檢查過(guò)程中，對(duì)鍋爐各保溫絕熱、高低溫區(qū)隔斷墻等隔熱保溫設(shè)計(jì)要進(jìn)行重點(diǎn)檢查和及時(shí)維保修復(fù)，絕對(duì)不允許鍋爐在隔熱保溫?fù)p壞的狀況下帶病運(yùn)行。

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謝禎?rùn)?quán)（1983-）.男，福建省寧德市人，民族:漢職稱：工程師，學(xué)歷：大學(xué)本科。從事承壓類(lèi)特種設(shè)備檢驗(yàn)。