工業鍋爐后管板裂紋分析及預防

謝禎權(福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院寧德分院,福建寧德352000)

工業鍋爐后管板裂紋分析及預防

謝禎權(福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院寧德分院,福建寧德352000)

承壓蒸汽鍋爐作為重要的特種設備，在我國工業生產中發揮了重要的作用。由于鍋爐具有在高溫、高壓條件下運行的特點，一旦發生事故，會造成嚴重人身傷亡及重大財產損失。本文就以某食品廠的蒸汽鍋爐后管板裂紋缺陷的產生進行了分析，探究了其預防的要點，這樣才能保證鍋爐的安全運行,防止事故的發生，減少人員傷亡及財產損失。

工業鍋爐；裂紋；分析；預防

1 設備使用狀態描述

1.1 設備簡介

某食品廠于2007年購買一臺型號為DZG1.0-0.8-M鍋爐，該臺鍋爐于2007年6月安裝投用，主要作用是用于粉絲烘干，燃料采用煙煤，每天煤耗約需1噸，每年使用期為8月至11月，共四個月，每天使用時間為白天12小時，鍋爐給水采用村莊飲用自來水。

1.2 鍋爐歷次檢驗發現與該缺陷有關的問題

爐膛保溫爐墻部分破損；爐門上部磚墻倒塌；下降管、左右集箱見火；鍋爐水位線下結水垢0.5～1mm；爐門上部磚墻倒塌；左前下降管見火；鍋爐水位線以下結水垢0.5～1mm；鍋爐后管板外凸變形，最大變形量15mm，變形處發現密集型裂紋。

2 缺陷位置、尺寸、外觀狀態描述及缺陷圖片

2.1 缺陷位置

缺陷位于鍋筒后管板高溫區（鍋筒內汽相空間），鍋筒頂部向下測量約300mm處，管板裂紋位置見圖1。

圖1 管板裂紋位置

2.2 缺陷尺寸

鍋爐后管板外凸變形尺寸約300mm×260 mm，最大變形量15mm，變形處發現密集裂紋。

2.3 外觀狀態描述

變形處產生的密集裂紋，裂紋最長56 mm，最深5.3mm，如圖2。

圖2 變形處產生的密集裂紋

3 檢驗檢測結果分析

鍋爐內部檢驗發現：爐門上部磚墻倒塌，左前下降管見火，鍋爐水位線以下結水垢0.5～1mm，鍋爐后管板外凸變形，最大變形量15mm，變形處發現密集型裂紋，所下結論為“鍋爐后管板變形處發現密集型裂紋，鍋爐停止運行，需要由有資質單位修理合格，經監督檢驗合格后鍋爐方可投入使用”。為了進一步查明缺陷產生原因，需對該缺陷進行硬度、金相、滲透檢測。

4 缺陷成因分析

4.1 環境問題

經采用里氏硬度計進行硬度測定，后管板變形部位內側平均里氏硬度仍有401（達到20g材質的硬度值），而后管板變形部位外側平均里氏硬度只有381（未達到20g材質的硬度值）。說明外側的管板材料在長期高溫煙氣的作用下強度略有下降。

同時，經進一步檢查和與鍋爐操作人員溝通交流，鍋爐后管板煙箱側高溫區隔斷絕熱墻部分損壞，致使鍋爐最高水位以上的絕熱區域內有部份管板材料長期處于高溫煙氣的環境中（經測定高溫煙氣溫度約700℃左右）。這與上述硬度值測定的結果一致，也是造成管板變形的主要原因。

4.2 鍋爐操作不規范

鍋筒內水位經常超過最高水位（從水垢情況可以判斷出常處于滿水位），造成處于高溫狀態下的后管板內側金屬材料，經常被鍋水（其水溫約為150℃左右）激冷產生收縮，從而致使管板內側產生疲勞裂紋。

4.3 設計問題

從密集裂紋的外觀檢查結果來看，裂紋產生的方向與管板強度設計的有效支撐點及面積有關，即裂紋位于兩根有效拉撐桿的中間位置向外延伸。說明變形和裂紋部位長期承受在高溫煙氣及內壓力作用下，沿兩根有效拉撐桿的中間位置向外拉伸變形；當鍋筒內滿水時，使這部份材料又受到劇冷收縮及兩根有效拉撐桿的作用下，沿兩根有效拉撐桿的中間位置向內收縮變形，致使這部份金屬材料在長期交變熱應力的作用下產生了疲勞損傷。

4.4 材料問題

從測厚結果分析，鍋爐后管板在產生裂紋缺陷部位金屬材料最大減薄量為0.3～0.4mm，可以確定是由金屬材料產生塑性變形引起的減薄。

壁厚測定情況儀器名稱TT120型超聲波測厚儀儀器精度±0.1mm 機油部位名稱材質實測點數20 g公稱厚度mm 12 Ra 1.6μm表面狀況8后管板內側檢測標準耦合劑實測最小壁厚mm 11.6 GB/T11344-2008《無損檢測接觸式超聲波脈沖回波法測厚》測厚點部位圖：測厚記錄（厚度單位：㎜）測點編測點厚度11.6 11.7測點厚度11.6 11.7測點編測點編測點編測點編號B H號A G測點厚度11.7測點編號C號D測點厚度11.7號E測點厚度11.8號F測點厚度11.8檢測結果：最大變形處有減薄.

從金相檢查結果分析，鍋爐后管板在產生裂紋缺陷部位金屬材料金相組織基本未發生變化。

金相分析情況儀器型號腐蝕方法XF—8005 4%硝酸酒精溶液侵蝕分析項目顯微組織拋光方法是否復型否執行標準機械拋光GB/T13299-1991《鋼的顯微組織評定方法》

取樣分析部位示意圖：金相照片（注明放大倍數）：分析結果：低倍金相組織未發生明顯變化（鐵素體+珠光體）。

5 缺陷預防和監控措施

應嚴格按照鍋爐操作規程、鍋爐設計使用說明書及相關鍋爐安全技術規范的要求對鍋爐進行操作。應當堅決杜絕鍋爐給水超過最高水位線的滿水運行現象。在鍋爐日常操作、維護保養、檢查過程中，對鍋爐各保溫絕熱、高低溫區隔斷墻等隔熱保溫設計要進行重點檢查和及時維保修復，絕對不允許鍋爐在隔熱保溫損壞的狀況下帶病運行。

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謝禎權（1983-）.男，福建省寧德市人，民族:漢職稱：工程師，學歷：大學本科。從事承壓類特種設備檢驗。