鄭成法

金華市特種設備檢測中心

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SHL型鍋爐防焦箱裂紋的案例分析

鄭成法

金華市特種設備檢測中心

【摘 要】通過對鍋爐防焦箱裂紋產(chǎn)生原因分析，指出了該型鍋爐在設計制造、運行管理和檢驗檢測方面不足，并提出了改進的建議措施。

【關鍵詞】裂紋；防焦箱；熱疲勞

金華市某造紙廠一臺型號為SHL10-1.27-AII的鍋爐在運行期間，當班司爐工在觀察爐膛燃燒情況時，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。本文通過事故的檢查，重點分析了產(chǎn)生事故的原因，對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

查閱定期檢驗報告，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)化驗及鍋爐運行記錄，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展外貌其長度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。對未發(fā)生裂紋的附近筒體進行硬度、厚度測定，各項數(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)構簡介

SHL10-1.27型鍋爐有4個獨立水循環(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立兩個回路；后水冷壁和后集箱及下鍋筒引出的下降管組成一個回路。

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置在爐膛內(nèi)，直接受輻射熱，運行實踐證明，手孔設置在爐膛內(nèi)，凡是不絕熱的，在運行時都被燒壞，有的雖采取絕熱措施，但由于絕熱不可靠，在運行中仍然會燃壞，同時，在鍋爐點火時或運行中都不能檢查手孔蓋有無滲漏情況，因此這種結(jié)構型式不符合《鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》的有關規(guī)定。為了解決這個問題，制造單位將防焦箱前部加長，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

從鍋爐的設計看，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，使鋼材的抗拉強度減低。

從運行操作上看，鍋爐啟停頻繁或以較低負荷運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，有時負荷很低。這樣，正常運行時，水冷壁系統(tǒng)內(nèi)自然水循環(huán)處于正常狀態(tài)，對防焦集箱的金屬冷卻良好；當鍋爐處于壓火或低負荷狀態(tài)時，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)生熱應力。這種鍋爐負荷的不穩(wěn)定使水平段中部上方時而聚集蒸汽，時而蒸汽被帶走，熱應力反復作用，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)應力分布可知，承受內(nèi)壓力的圓筒體，無論是膜應力還是熱應力，都使內(nèi)壁的應力最大，因而裂紋源于內(nèi)壁。

總上分析，此臺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

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

使用單位在時間和資金上允許的話，可向原制造廠訂購相同集箱，對現(xiàn)有集箱進行更換。為了避免割除時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)場形成管子對接焊縫形式，保證焊接質(zhì)量。

2.4對鍋爐設計制造、使用管理和檢驗的建議

在設計、制造方面，應力求減少無管子制布置的集箱長度以及其他影響水循環(huán)的死角，也不應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)量能達到額定的出力，多余的集箱段似乎只起到儲水的作用，可省去不要。另外，可直接設計成外壁敷有隔熱層的集箱，有效地降低金屬壁的溫度，延長使用壽命。這樣一來，由于集箱吸熱的減少會使爐膛溫度有所升高，若這種溫度的變化使爐膛中結(jié)焦時，在設計上可增加水冷壁數(shù)量或加強水冷壁長度來解決。

鍋爐使用單位，運行時應盡量做到用汽均衡，使鍋爐維持在正常范圍內(nèi)，同時要認真做好停爐檢修與保養(yǎng)、水垢清除等工作。加強水質(zhì)化驗，定期排污，使水質(zhì)符合標準要求，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。

對于蒸發(fā)量較大且處于不平衡負荷下運行的鍋爐，其金屬本體存在著產(chǎn)生裂紋的潛在危險，特別對于裸露布置的集箱更是如此。檢驗檢測單位在法定的定期檢驗中僅用宏觀方法是不夠的，應對結(jié)構上不盡合理的承壓部件進行多種手段檢測，即在定期檢驗中對這類元部件應增加厚度、硬度、無損檢測抽查，必要時進行金相檢查，及時發(fā)現(xiàn)問題并得到處理，保證企業(yè)生產(chǎn)正常進行。