| 卧式锅壳锅炉管板高温段裂纹分析、预防及改进措施 |
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【摘 要】本文分析和论述了卧式锅壳锅炉管板高温段裂纹形成、产生原因、预防措施和锅炉改造的几种方案，对锅炉维修改造和改型设计有指导作用。
【关键词】卧式锅壳锅炉 管板高温段裂纹
卧式锅壳锅炉占地面积小，易运输安装，为低压锅炉，广泛用于工业生产、生活采暖，占我国工业锅炉产品首位。随着技术的不断更新，炉型在设计、结构上显现缺陷，表现为锅内氧腐蚀、锅筒底部鼓包和锅炉管板高温段裂纹问题。裂纹处于高温烟气入口处管孔区，并向两边孔桥延伸，产生管板开裂事故隐患。对此提出预防对策和改进措施。
一、以例分析产生裂纹的原因
某单位一台DZW4-1.25改热水炉运行三年，主要参数是锅炉管板材质20g，烟管20＃Φ63.5×3.5，循环方式为强制循环，采用下进上出式的循环方式，用途为生活采暖，锅炉启停频繁，无炉外水处理设备，热力系统较多，锅炉补水量较大，运行采用炉内加药方法。
通过锅炉内部检验：（l）锅筒内部结垢严重，水垢厚度3mm－5mm，为碳酸盐水垢。（2）锅炉氧腐蚀较重，锅筒内壁、烟管、前后管板氧腐蚀2.5mm-3.0mm。（3）烟管伸出管板端部长20mm。（4）检查发现管板高温入口处管孔区有2条穿透裂纹，一条裂纹向两边孔桥区延伸穿过两管孔孔桥，裂纹长70mm，宽lmm，另一条已贯通管孔孔桥区，有向内延伸趋势。
为确定裂纹性质，将管孔区打磨平整进行显微金相分析，己斜穿第2、3排管孔有较多辐射状裂纹、孔桥上有龟裂，金相检查发现裂纹有分叉现象为晶间裂纹，裂纹尾端圆钝，裂纹内部有腐蚀产物，球化严重。
原因分析一：
1.根据裂纹形貌和显微金相分析结果，判断裂纹有待性脆化引起。（1）锅水一定含有某些物质，特别是氢氧化物，当其被浓缩的同时，又与有应力的钢材接触，会产生晶间裂纹。（2）一定有锅水流入或穿过的接头、接缝或裂纹。（3）在这些接头、接缝或裂纹中，锅水被浓缩。（4）钢材上接触化学物质的地方，必须有局部总应力。
2.从运行情况和制造工艺分析，该炉具备待性脆化条件：（1）煮炉除垢加药量严重超标，炉水碱度极高，在高碱度下运行时间过长，形成待性脆化环境，使炉水中氢氧化浓度在10%以上。
（2）管板与烟管间采用角焊缝连接，该炉制造焊接前后未进行胀接，管板与烟管间存在缝隙，锅水进入缝隙，特别是高温烟气入口，炉水在此高度浓缩。
（3）受热面结垢严重，水垢传热系数较钢板低数十倍，使高温烟气冲刷后管板不能迅速将热量传递给锅水，该部位金属温度升高，金属抗拉强度下降。在正常压力下，该部位金属经受接近于它的屈服点的拉伸力，形成待性脆化的第四个条件。
原因分析二：
后管板高温区热负荷较高，易在管板与水接触面产生一层气膜，该处由于水流速低，不能将气膜及时带走，使气膜下的金属得不到冷却，导致金相组织球化，金属产生热疲劳，加速了裂纹扩展。
（1）后管板近管区域水循环不良，导致近管外产生“过冷沸腾”，易产生热裂纹。
（2）管板上的管孔与管子间存在间隙，处于高温区的部分管子，焊前焊后不进行胀管，在锅炉运行后，间隙中的炉水受热蒸发形成两个近圆环，使管板产生疲劳裂纹。
（3）管板与管子连接处采用焊接，2、3回程在后管板温差500℃－700℃，受拉应力、弯应力、温差应力叠加，热水锅炉频繁起停，使管板与管子角焊缝局部产生裂纹。
（4）后管板高温区的热负荷最高，由于“进口效益”和管端冷却不良，使管端过热产生裂纹并延伸至管板。
（5）烟管伸出管板较长，冷却不良，管端产生过热裂纹并延伸至管板。
（6）水质不合格，后管板管区水侧结垢，导致管板过热产生裂纹。 原因分析三：
锅炉运行多年，当管板出现裂纹时，管板金属组织发生变化，材料机械性能下降，对开裂20g管板进行化学成分和金相分析发现：管板化学成分符合20g钢板国家标装运标准要求。因此，管板一旦出现裂纹，局部机械性能下降。
原因分析四：
产生裂纹是由炉型结构所致，该炉热力计算推荐值为上升管的流速在炉膛内≥0.8M/S，对流段≥0.5M/S，下降管的流速在炉膛内≥1.4M/S，对流段≥1.0M/S，锅筒内壁流速低于0.01M/S，锅筒内的水流速相当低，不能带走热量，造成锅筒内形成循环死区，壁温升高，材料抗拉强度值大幅度下降，金属产生热疲劳裂纹。
二、预防与对策
l.对定型生产该炉型制造厂家应具有将图纸转化为工艺制造的能力，严格执行规程和锅炉制造技术条件及相关要求。
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