潘昌亮

（貴州省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)院，貴州 貴陽(yáng) 550000）

臥式內(nèi)燃熱水鍋爐在采暖領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，在實(shí)際運(yùn)行過程中，多次出現(xiàn)回燃室前管板管口開裂和管板裂紋現(xiàn)象，現(xiàn)以某兩個(gè)單位的WNS型臥式內(nèi)燃燃?xì)鉄崴仩t進(jìn)行分析。

1 鍋爐管口和管板裂紋概況

1.1 案例情況

（1）某單位5臺(tái)熱水鍋爐（型號(hào)：WNS7-1.0/130/70-Y（Q））為回燃式熱水鍋爐，于2010年3月制造，2011年1月投入運(yùn)行。鍋爐額定參數(shù)為壓力1.0MPa，溫度130℃，額定出力7MW，燃料種類為天燃?xì)狻Ｋ幚硇问綖殄佂馑幚怼?014年10月01#鍋爐回燃室前管板下部挖補(bǔ)、同年04#鍋爐回燃室前管板下部挖補(bǔ)和05#鍋爐更換部分煙管；2017年12月04#鍋爐更換部分煙管、同年03#鍋爐更換部分煙管；2018年01月01#鍋爐更換部分煙管；2019年11月03#鍋爐更換部分煙管、同年04#鍋爐更換部分煙管、01#鍋爐更換部分煙管及回燃室前管板左側(cè)1處裂紋、02#鍋爐更換部分煙管、05#鍋爐更換部分煙管[2]。

（2）某單位2臺(tái)熱水鍋爐（型號(hào)：WNS1.4-1.25-60/50-QT）為回燃式熱水鍋爐，于2012年11月制造，2013年1月投入運(yùn)行。鍋爐額定參數(shù)為壓力1.25MPa，溫度60℃，額定出力1.4MW，燃料種類為天燃?xì)?。水處理形式為鍋外水處理?016年3月發(fā)現(xiàn)01#和02#鍋爐回燃室前管板與煙管連接部位水側(cè)水垢厚1～3㎜，并堆積大量軟垢，回燃室前管板與煙管管座煙氣側(cè)作整體滲透檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)煙管與管板連接部位有多處裂紋缺陷。

1.2 滲透檢測(cè)

（1）于2017年2月對(duì)04#鍋爐（型號(hào)：WNS7-1.0/130/70-Y（Q））回燃室前管板煙管角焊縫進(jìn)行滲透檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)普遍存在徑向裂紋，大部分裂紋已經(jīng)擴(kuò)展至焊接接頭根部，且部分存在管橋裂紋，共存在32處，裂紋最長(zhǎng)40mm，且有明顯的泄漏痕跡，具體存在裂紋的有：1-3、1-4、2-2、3-3、3-4、4-4～6、5-1、5-3～4、6-1～2、6-6～8、7-1、7-6～8、8-1、8-7～8、9-2、9-12～14、10-1、10-15、10-16、11-14，注：位置標(biāo)注為面對(duì)回燃室前管板，1-1表示左往右第1排第一根煙管角焊縫，以此類推，共計(jì)125根煙管角焊縫PT檢測(cè)（見圖1）。

圖1 鍋筒回燃室前管板煙管角焊縫滲透檢測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)

（2）于2016年3月對(duì)01#和02#鍋爐（型號(hào)：WNS1.4-1.25-60/50-QT）回燃室前管板煙管角焊縫進(jìn)行滲透檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)普遍存在徑向裂紋，大部分裂紋已經(jīng)擴(kuò)展至焊接接頭根部，且部分存在管橋裂紋，共存在19處，裂紋最長(zhǎng)30mm，且有明顯的泄漏痕跡，經(jīng)檢測(cè)01#鍋爐存在：1#缺陷為煙管從外向內(nèi)數(shù)第二圈右側(cè)從下向上第5個(gè)管座，2#缺陷為煙管從外向內(nèi)數(shù)第二圈右側(cè)從下向上第6個(gè)管座，3#缺陷為煙管從外向內(nèi)數(shù)第二圈右側(cè)從下向上第7個(gè)管座，4#缺陷為煙管從外向內(nèi)數(shù)第三圈右側(cè)從下向上第3個(gè)管座，5#缺陷為煙管從外向內(nèi)數(shù)第二圈右側(cè)從下向上第11個(gè)管座；02#鍋爐存在：1#缺陷為煙管從外向內(nèi)數(shù)第一圈右側(cè)從下向上第19個(gè)管座，2#～7#缺陷為煙管從外向內(nèi)數(shù)第二圈右側(cè)從下向上第10～15個(gè)管座，8#～12#缺陷為煙管從外向內(nèi)數(shù)第三圈右側(cè)從下向上第6～10個(gè)管座，13#～14#缺陷為煙管從外向內(nèi)數(shù)第四圈右側(cè)從下向上第3～4個(gè)管座。

2 裂紋產(chǎn)生的原因分析

2.1 煙管與管板間存有間隙

按臥式內(nèi)燃鍋爐的制造技術(shù)，煙管外壁與管孔內(nèi)壁間通常存在0.5～0.85mm的間隙，鍋爐制造時(shí)焊接前應(yīng)先進(jìn)行脹接，而部分鍋爐制造廠未進(jìn)行預(yù)脹，管孔與煙管間存在較大間隙。運(yùn)行時(shí)，鍋水滲入間隙形成環(huán)形水膜，鍋水受熱達(dá)到飽和溫度形成氣泡，間隙內(nèi)水循環(huán)較差，氣泡逐漸變大形成氣膜，氣膜被加熱到一定程度后噴出間隙，鍋水隨之又填滿間隙，使管端及管孔壁受到急劇冷卻，致使管孔壁與管端傳熱惡化，在反復(fù)不斷的熱交變應(yīng)力作用下，煙管管端靠近焊縫處產(chǎn)生熱疲勞裂紋，上述裂紋鍋爐通常都有厚度1～3mm以上的結(jié)垢現(xiàn)象，結(jié)垢后進(jìn)一步惡化了回燃室前管板和煙管管端的冷卻條件[3]，如果鍋爐水循環(huán)不好，管板處的熱量不能及時(shí)被水帶走，管板就容易產(chǎn)生高溫疲勞裂紋。

2.2 煙管管端伸出焊縫長(zhǎng)度過大

根據(jù)《鍋殼鍋爐受壓元件強(qiáng)度計(jì)算》（GB/T 16508—1996）及有關(guān)鍋爐制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，當(dāng)用于煙溫大于600℃的部位時(shí)，管端超出焊縫的長(zhǎng)度不應(yīng)大于1.5mm，而實(shí)際生產(chǎn)制造過程中，煙管管端超出焊縫長(zhǎng)度大部分在2～5mm，高溫?zé)煔鈴臓t膛進(jìn)入回燃室，使管板成為高溫區(qū)，由于“人口效應(yīng)”的影響，煙管端部和管孔周圍的管板接受的熱量是輻射和對(duì)流兩部分熱量的疊加，這就使煙管端部和管孔處管板成為高熱負(fù)荷區(qū)。一般進(jìn)口煙溫可高達(dá)1200℃左右，而20#鋼的相變溫度臨界點(diǎn)為855℃，必須靠有效的冷卻使鍋爐煙管、管板的工作溫度不超過286℃[4]。由于煙管管端離鍋水最遠(yuǎn)，煙管管端超出焊縫長(zhǎng)度過長(zhǎng)，造成管端無法得到有效冷卻，金屬璧溫升高，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度急劇降低，致使管端長(zhǎng)期處于過熱狀態(tài)，金屬內(nèi)部組織發(fā)生變化，從而產(chǎn)生熱應(yīng)力裂紋[5]。

2.3 鍋爐回水未處理

水質(zhì)管理不當(dāng)或排污不及時(shí)會(huì)導(dǎo)致鍋水水質(zhì)超標(biāo)。上述案例鍋爐均為供暖系統(tǒng)設(shè)備，回水均未經(jīng)過任何處理措施直接進(jìn)入鍋爐，在使用過程中極易將管網(wǎng)、散熱器內(nèi)部形成的銹蝕產(chǎn)物帶入鍋爐，并在鍋爐內(nèi)沉淀積累，在內(nèi)部檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)鍋爐大量結(jié)垢，特別是回燃室前管板處結(jié)垢明顯，局部厚達(dá)5～10mm，這些水垢才是管板裂紋的真正罪魁禍?zhǔn)??；厝际仪肮馨鍍?nèi)側(cè)結(jié)垢嚴(yán)重，引起傳熱惡化，管板溫度進(jìn)一步上升，使管板與煙管承受了很大的溫差應(yīng)力，水垢的導(dǎo)熱系數(shù)較鋼板低數(shù)十倍，使高溫?zé)煔鉀_刷管板不能迅速將熱量傳遞給鍋水，該部位金屬溫度升高，金屬抗拉強(qiáng)度下降。在正常壓力下，該部位金屬經(jīng)受接近于它的屈服點(diǎn)的拉伸力產(chǎn)生裂紋。

3 預(yù)防措施

（1）強(qiáng)化水質(zhì)管理。加強(qiáng)水循環(huán)，嚴(yán)格控制水質(zhì)，合理配置水處理藥劑，使水質(zhì)符合《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》（GB/T 1576—2018）標(biāo)準(zhǔn)的要求，有效降低水垢的形成。及時(shí)監(jiān)控水垢情況，一旦發(fā)現(xiàn)結(jié)垢嚴(yán)重，及時(shí)徹底清除水垢，提高鍋爐效率。

（2）改善制造工藝。管板煙管孔內(nèi)壁側(cè)開坡口，將煙管與管板進(jìn)行貼脹，消除煙管與管板的間隙，使煙管管端伸出管板量盡量短，并使管端與角焊縫平齊，最大限度減少煙管管端的伸出量。

（3）調(diào)整鍋爐的火焰燃燒長(zhǎng)度。在保證鍋爐出力條件下，火焰應(yīng)盡可能短?？刹捎妙A(yù)混合或半預(yù)混合式燃燒來縮小火焰長(zhǎng)度，增大爐膽熱強(qiáng)度，這樣可使回燃室的溫度相對(duì)較低，降低煙管管端溫度。