摘要：對水火管鍋爐管板裂紋成因進行分析，并提出相應(yīng)的解決措施及預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞 管板 裂紋 對策

?鍋爐是一種直接受大焰加熱且具有爆炸危險的特種設(shè)備，其生產(chǎn) 好壞，運行管理如何直接關(guān)系到國家和人民生命財產(chǎn)安全，事關(guān)國民經(jīng)濟的健康發(fā)展和社會和諧、穩(wěn)定。在目前使用的鍋爐中臥式水火管鍋爐占有相當比例，筆者在十余年的檢驗工作中發(fā)現(xiàn)，臥式水火管鍋爐的損壞主要發(fā)生在高溫端管板，主要損壞形式為裂紋。如何作好此類鍋爐的運行管理和檢驗工作，是檢驗工作的重點。水火管鍋爐的管板裂紋現(xiàn)象，嚴重的影響了鍋爐在正常生產(chǎn)過程安全運行?，F(xiàn)結(jié)合檢驗實際及工作經(jīng)驗對裂紋生產(chǎn)的特征，性質(zhì)和原因進行分析，并提出相應(yīng)的解決預(yù)防措施。

（一）、后管板處的工作環(huán)境

?臥式水火管鍋爐二回和煙氣入口（即高溫端管板）管板的工作環(huán)境十分惡劣，此部位熱強度大，散熱條件差，溫度變化頻繁；鍋水中對鋼材性能有影響的雜質(zhì)濃度大。

（二）、后管板裂紋產(chǎn)生的原因

?1、后管板上的工作溫度差

?在影響后管板生產(chǎn)裂紋的諸多因素中，最關(guān)鍵的影響是管板上的工作溫度差，后管板經(jīng)歷復(fù)雜的煙氣換熱過程，它包括：輻射，對流和傳導(dǎo)。燃料在爐膛里燃燒生產(chǎn)的高溫煙氣在爐膛放出部分熱量后，溫度約在750-950℃之間，經(jīng)煙箱從后管板進入煙管，最后經(jīng)煙管道排入大氣。后管板內(nèi)壁水流阻力大，鍋爐水容易氣化而析出水垢，水垢進一步阻礙了鍋爐水與高溫煙氣間熱交換，致使管板工作溫度進一步上升。對我市在用鍋爐定期檢驗過程中發(fā)現(xiàn)；水處理工作比較好的鍋爐，內(nèi)壁很少附著水垢，管板傳熱效果比較理想，一般不存在的裂紋問題；而出現(xiàn)后管板裂紋的鍋爐，多數(shù)在鍋筒內(nèi)壁都附著較厚的水垢。而這樣的鍋爐的水處理工作往往很差，或者根本沒有采取任何水處理措施。

?在鍋爐后管板的管孔區(qū)存在著“進口效應(yīng)”。所謂“進口效應(yīng)”是指：當煙氣從煙箱進入煙管時，在入口處由于氣流受到很大的擾動，幾乎不存在熱邊界層，所以在管板的口管孔區(qū)其局部放熱系數(shù)遠遠大于煙氣在管內(nèi)達到穩(wěn)定流動狀態(tài)后的放熱系數(shù)。就二回程管板來說，煙管入口處的受熱情況則比較復(fù)雜。管孔周圍的管板除了接受輻射熱，還接受到煙管吸收的對流熱量，這部分熱量是通過管子和管板的鏈接部位傳給管板的，因此在管孔處，管板接收的熱量是輻射和對流兩部分疊加。而這部分對流換熱量由于“進口效應(yīng)”的存在則是非常顯著的。通過查閱《管板溫度計算》一書發(fā)現(xiàn)，在煙箱的煙氣溫度約為900℃左右，煙氣進入煙管的置量流速為11Kg／㎡·S，鍋內(nèi)工質(zhì)的飽和溫度為188℃，此時煙氣在煙管入口處的放熱系數(shù)是煙氣在管內(nèi)到穩(wěn)定流狀態(tài)時的放熱系數(shù)的約三倍；是輻射放熱系數(shù)的1.56倍。通過把管孔附近的輻射換熱系數(shù)和對流換熱系數(shù)進行數(shù)學(xué)處理和疊加得出管孔處管壁的實際熱負荷遠比整個管板其他部位的熱負荷要大得多。這種問題多次在檢驗工作中得到證實。

?? 例如：在騰沖縣糧油加工廠KZL4-13型鍋爐檢驗中發(fā)現(xiàn)該鍋爐后管外壁有白色結(jié)晶物；宏觀檢驗未發(fā)現(xiàn)管板有明顯塑性變形現(xiàn)象；清除灰垢等表面附著物后磁粉探傷顯示高溫區(qū)管板上煙管管端及角焊縫上多處放射性裂紋，部分延伸至管板；管板測厚及硬度測定：平均厚度16mm。硬度值在140-152HB之間，符合16Mng材料機械性能允許值。金相分析結(jié)果管板金相組織為：鐵素體+片狀珠光體+少量分散粒狀珠光體，晶粒度6-7級；未發(fā)現(xiàn)明顯晶粒粗化現(xiàn)象。金相組織為正常狀態(tài)。內(nèi)部檢驗發(fā)現(xiàn)煙管及管板內(nèi)壁均附著5-25mm厚水垢，而水垢最厚之處正好是在煙管和管壁相接之處。也就是說此處的熱負荷最大，蒸發(fā)作用最為強烈，導(dǎo)致水垢增生。由于“進口效應(yīng)”導(dǎo)致了管板受熱的不均勻性，管板管端得不到及時、充分的冷卻，管端及管孔周圍，管孔之間（孔橋）在高溫和應(yīng)力作用下生產(chǎn)了裂紋缺陷。

2、由于鍋內(nèi)水循環(huán)不良引起的“過冷沸騰”也是導(dǎo)致管板裂紋的另一個主要原因。在煙管與管板的連接部位，如果在制造或修理過程中管子外壁與管孔壁間隙就有可能導(dǎo)致管板產(chǎn)生疲勞裂紋，煙管與管孔連接部位存在有間隙時，鍋爐在運行過程中，由于水的進入，就會有一個環(huán)形水膜在縫隙中形成。當水膜溫度上升產(chǎn)生氣泡，而氣泡不易從縫隙中跑出，使縫隙間的局部水循環(huán)惡化，從而造成局部金屬過熱。當過熱氣體從縫隙中噴出后，鍋水再次進入縫隙，從而使惡性循環(huán)得以進行。加之多數(shù)中小型鍋爐均是間斷運行，鍋爐受熱面反復(fù)經(jīng)受升溫和降溫的變化，用不了多久，管板金屬的強度就會降低，造成熱疲勞破壞，裂紋產(chǎn)生。

?? 如2005年在對保山糧貿(mào)公司一臺KZGO.5-5-A型鍋爐的檢驗中發(fā)現(xiàn)該爐前后管板管頭及煙管與管板角焊上有白色結(jié)晶物，清除附著物后磁粉探傷顯示前后管板煙管管端及角焊縫多處裂紋，多數(shù)延伸至管板。內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)該鍋爐內(nèi)水垢附著較少；對管板進行硬度、厚度測定及金相分析均未發(fā)現(xiàn)異常，煙管管頭伸出長度亦符合圖紙及標準要求。查看鍋爐修理、運行資料后發(fā)現(xiàn)：該爐在1996年曾經(jīng)因水處理不好鍋爐結(jié)垢嚴重，由于垢質(zhì)特殊難以化學(xué)清洗除垢，故采取了全部更換煙管的辦法。經(jīng)查修理工藝及記錄發(fā)現(xiàn)該鍋爐更換煙管時未采用先膨脹后焊的修理工藝。內(nèi)部檢驗發(fā)現(xiàn)煙管與管孔間有明顯間隙。因此判斷，裂紋的產(chǎn)生是由于管孔間隙存在而產(chǎn)生的熱疲勞破壞。類似的故事在騰沖縣林夏木制品廠KZL4-13型鍋爐上也有發(fā)現(xiàn)。該鍋爐煙管與管板原為膨脹連接，1999年因鍋爐缺水導(dǎo)致部分煙管脹口滲漏。用戶在未報任何部門同意的情況下。擅自找修理單位，補焊處理，脹改焊且未經(jīng)預(yù)脹處理，加之鍋爐水處理較差鍋內(nèi)結(jié)生水垢較厚。2003年4月我們在檢驗中發(fā)現(xiàn)該爐后管板多處裂紋產(chǎn)生，綜合分析結(jié)果我們認為這是一起由于熱疲勞和水垢“進口效應(yīng)”導(dǎo)致管板裂紋的典型案例。

3、苛性脆化引起管板開裂

苛性脆化是引鍋殼式鍋爐管板開裂的一個重要原因。由苛性脆化導(dǎo)致的裂紋后果非常嚴重，輕者使鍋爐不能使用，重者會引發(fā)鍋爐爆炸，造成嚴重的事故，產(chǎn)生苛性脆化的條件是由（1）鍋水中含有較高濃度的游離堿（一般為氫氧化鈉）；（2）鍋爐結(jié)構(gòu)上有造成鍋水局部濃縮的條件；如脹口縫隙處。（3）在金屬中有接近于它的屈服點的拉伸應(yīng)力，三個條件共同作用引起，在鍋爐的運行中人們?yōu)楸苊饪列源嗷a(chǎn)生而采取的主要措施就是控制鍋水相對堿度在某一數(shù)值內(nèi)。所謂相對堿度，就是鍋水中游離氫氧化鈉的量與溶解固形物的比值，即：