WNS型燃?xì)忮仩t高溫區(qū)煙管管端裂紋成因及預(yù)防措施

張永寧

摘要：wNs型燃?xì)忮仩t高溫區(qū)煙管管端開裂是該類型鍋爐一種典型的失效形式，文章從實(shí)際檢驗(yàn)案例分析了wNs型燃?xì)忮仩t高溫區(qū)煙管管端裂紋的成因，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝、使用管理等方面總結(jié)了預(yù)防wNs?型燃?xì)忮仩t高溫區(qū)煙管管端開裂的措施。

關(guān)鍵詞：wNs?型燃?xì)忮仩t：高溫區(qū)：煙管：裂紋：成因：預(yù)防措施

近年來，隨著國(guó)家大氣污染防治的持續(xù)推進(jìn)，對(duì)鍋爐排放的環(huán)保要求也越來越高，燃煤鍋爐已經(jīng)退出歷史舞臺(tái)，wNs?型燃?xì)忮仩t得到廣泛應(yīng)用，?為城市帶來了清潔和便利。但是，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝以及使用管理?等方面的原因，該類型鍋爐在使用過程中會(huì)發(fā)生各種各樣的失效形式，其中高溫區(qū)煙管管端開裂現(xiàn)象頻發(fā)，嚴(yán)重影響鍋爐的安全運(yùn)行。本文就?wNs?型燃?xì)忮仩t高溫區(qū)煙管管端裂紋成因及預(yù)防措施進(jìn)行探討。

1.WNS?型燃?xì)忮仩t簡(jiǎn)介

wNs?型燃?xì)忮仩t多為臥式內(nèi)燃三回程濕背式火管鍋爐，燃?xì)庥扇紵魉腿瞬ㄐ螤t膽進(jìn)行擴(kuò)散燃燒，燃燒所產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠跔t膽和回燃室進(jìn)行對(duì)流和輻射換熱后，進(jìn)人第二回程高溫區(qū)煙管繼續(xù)換熱，再經(jīng)過前煙箱折轉(zhuǎn)?180o進(jìn)人第三回程煙管進(jìn)行充分的對(duì)流換熱?[1]，最后經(jīng)后煙箱及煙囪排人大氣。該類型鍋爐采用全對(duì)接焊縫濕背式結(jié)構(gòu)，爐膽末端和二回程的起端與浸在爐水中的回燃室相連，回燃室也可以進(jìn)行熱交換，高效利用受熱面，并且不存在耐火材料的更換問題，且鍋爐后管板也不受煙氣的直接沖刷。爐膽采用波形爐膽，吸熱強(qiáng)，熱伸縮性能良好，鍋爐前后均有觀火孔可觀察燃燒情況，同時(shí)配置低水位連鎖保護(hù)裝置、點(diǎn)火程序控制和熄火保護(hù)功能，確保鍋爐安全可靠運(yùn)行。

2.檢驗(yàn)案例情況

對(duì)徐州某樁業(yè)公司一臺(tái)?10t?燃?xì)忮仩t進(jìn)行內(nèi)部檢驗(yàn)，該鍋爐型號(hào)wNsL10-1.6-YO（L），2018?年?05?月投人使用，額定出口壓力?1.6MPa，額定出口溫度?204℃，檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)鍋筒內(nèi)結(jié)垢嚴(yán)重，覆蓋率達(dá)?90%?以上，最大厚度約?5mm，進(jìn)人回燃室發(fā)現(xiàn)后管板有滲漏痕跡，在滲漏部位經(jīng)磁粉檢測(cè)發(fā)現(xiàn)?12?根煙管管端開裂，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量煙管管端超出角焊縫的長(zhǎng)度在?1.5mm?以內(nèi)，且角焊縫成型質(zhì)量較好，表面未見氣孔、夾渣、咬邊等缺陷。

3.裂紋成因的分析

3.1鍋爐結(jié)構(gòu)原因：此類型鍋爐在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上該區(qū)域承受高溫?zé)煔獾臎_刷，爐膛出口煙氣溫度約?900o?C—1100℃左右，高溫?zé)煔鈴臓t膛進(jìn)人回燃室，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，使該區(qū)域成為高熱負(fù)荷區(qū)，是?單純穩(wěn)定流狀態(tài)下熱負(fù)荷的?3?倍以上，并且?20#?鋼的相變臨界點(diǎn)溫度為855℃?[2]，因此必須采取有效的冷卻措施降低材料的工作溫度。同時(shí)，煙管和管板在制造時(shí)采用單面焊結(jié)構(gòu)，角焊縫、管孔布置密集等結(jié)構(gòu)不連續(xù)容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，是裂紋產(chǎn)生的重要影響因素。

3.2鍋爐制造質(zhì)量原因：現(xiàn)有制造技術(shù)背景下，煙管外壁和管孔壁不?可避免存在一定間隙，鍋爐運(yùn)行時(shí)，爐水滲人間隙形成環(huán)形水膜，造成此處局部熱負(fù)荷過高，爐水受熱汽化形成氣膜，導(dǎo)致管孔壁與管端傳熱不均?勻，造成管端局部過熱。間隙處爐水汽化后噴出，溫度相對(duì)低的爐水隨即?又填滿間隙，使管壁和管孔壁急劇冷卻，如此反復(fù)在交變熱應(yīng)力作用下，?煙管管端易產(chǎn)生熱疲勞裂紋。此外，因爐水呈堿性，間隙內(nèi)的爐水高濃度濃縮，出現(xiàn)高濃度的?Na0H?溶液，加上交變的溫差應(yīng)力，已具備了發(fā)生苛性脆化的條件?[3]。

3.3使用管理不當(dāng)原因：該鍋爐間斷運(yùn)行，啟停頻繁，由于燃?xì)忮仩t熱容積小，爐水降溫較快，鍋爐啟停頻繁時(shí)，回燃室溫度由運(yùn)行時(shí)的1000℃左右迅速降到停爐時(shí)的?200℃左右，高達(dá)?800℃的溫差，受熱面反復(fù)經(jīng)受加熱和冷卻的交變熱負(fù)荷作用，易使管孔角焊縫應(yīng)力集中部位出現(xiàn)?熱疲勞，產(chǎn)生熱疲勞裂紋。檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)鍋筒內(nèi)結(jié)垢嚴(yán)重，覆蓋率達(dá)?90%?以上，最大厚度約?5mm，水質(zhì)化驗(yàn)分析結(jié)果鍋爐給水硬度?0.68mmol/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值≤?0.03mmol/L，導(dǎo)致鍋爐結(jié)垢嚴(yán)重。水垢的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)比金屬低，水垢的存在導(dǎo)致管板與煙管熱量傳導(dǎo)不均勻，材料過熱，沖擊韌性下降，同時(shí)產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力，在應(yīng)力集中部位產(chǎn)生熱疲勞裂紋。另外，爐水從水垢的縫隙處滲人，在水垢與受熱面之間急劇蒸發(fā)，在水垢層下，?爐水被濃縮到很高的濃度，極易產(chǎn)生垢下腐蝕。

4.預(yù)防措施

基于上述引起煙管管端開裂原因的分析，為有效防止高溫區(qū)煙管管端開裂，可采取以下措施：

4.1從鍋爐設(shè)計(jì)角度考慮，為避免煙管管端過熱，降低回燃室管板熱負(fù)荷，在管板煙氣側(cè)加裝耐火隔熱層?[2]，以阻斷高溫?zé)煔獾闹苯記_刷，減少"人口效應(yīng)"的影響;煙管管端可以設(shè)計(jì)加裝耐熱短管，防止其因過熱疲勞開裂。

4.2從鍋爐制造角度考慮，煙管與管板的連接方式采用全焊透結(jié)構(gòu)，?以消除采用脹接方式存在的間隙問題，可借鑒德國(guó)菲斯曼公司的設(shè)計(jì)，采用"背水環(huán)"結(jié)構(gòu)型式?[2]，雙面開?U?型坡口，鈍邊為?1.5mm，內(nèi)側(cè)不焊，外側(cè)焊接，焊后進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，該結(jié)構(gòu)降低了焊接殘余應(yīng)力，完全消除了間隙，焊縫強(qiáng)度有保證。另外，在制造時(shí)嚴(yán)格控制煙管管端伸出長(zhǎng)度，防止煙管管端得不到充分冷卻而出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。

4.3從使用管理角度考慮，做好水質(zhì)化驗(yàn)，嚴(yán)格控制水質(zhì)硬度，及時(shí)監(jiān)測(cè)受熱面水垢情況，一旦發(fā)現(xiàn)結(jié)垢，應(yīng)立即采取機(jī)械除垢、化學(xué)清洗等措施清除水垢?[4];采用合理的鍋爐運(yùn)行方式，杜絕鍋爐頻繁啟停，燃燒器火焰長(zhǎng)度調(diào)整在合理范圍內(nèi)，要保證燃料在爐內(nèi)完全燃燒，且回燃室煙氣?溫度不超過設(shè)計(jì)值;提高司爐工業(yè)務(wù)操作水平能力，加強(qiáng)日常巡視，提高工作責(zé)任心，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并處理消除安全隱患，確保鍋爐安全運(yùn)行。

5.結(jié)束語

鍋爐是我國(guó)重要的熱能轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中?wNs?型鍋爐因其結(jié)構(gòu)緊湊、熱效率高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)被廣泛采用。但是，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝、使用管理等方面的原因，該類型鍋爐經(jīng)常發(fā)生高溫區(qū)煙管管端開裂安全隱?患。本文從實(shí)際案例出發(fā)，分析了開裂的原因并提出了預(yù)防措施，特別是在鍋爐運(yùn)行過程中的使用管理工作尤其重要，完善的使用管理制度不僅可?以延長(zhǎng)鍋爐使用壽命，更能取得較大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行具有重要意義。

參考文獻(xiàn)?;

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