摘要：對(duì)水火管鍋爐管板裂紋成因進(jìn)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(duì)策

?鍋爐是一種直接受大焰加熱且具有爆炸危險(xiǎn)的特種設(shè)備，其生產(chǎn) 好壞，運(yùn)行管理如何直接關(guān)系到國家和人民生命財(cái)產(chǎn)安全，事關(guān)國民經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展和社會(huì)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(dāng)比例，筆者在十余年的檢驗(yàn)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(yùn)行管理和檢驗(yàn)工作，是檢驗(yàn)工作的重點(diǎn)。水火管鍋爐的管板裂紋現(xiàn)象，嚴(yán)重的影響了鍋爐在正常生產(chǎn)過程安全運(yùn)行?，F(xiàn)結(jié)合檢驗(yàn)實(shí)際及工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)裂紋生產(chǎn)的特征，性質(zhì)和原因進(jìn)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(qiáng)度大，散熱條件差，溫度變化頻繁；鍋水中對(duì)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(duì)流和傳導(dǎo)。燃料在爐膛里燃燒生產(chǎn)的高溫?zé)煔庠跔t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(jìn)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(jìn)一步阻礙了鍋爐水與高溫?zé)煔忾g熱交換，致使管板工作溫度進(jìn)一步上升。對(duì)我市在用鍋爐定期檢驗(yàn)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(jìn)口效應(yīng)”。所謂“進(jìn)口效應(yīng)”是指：當(dāng)煙氣從煙箱進(jìn)入煙管時(shí)，在入口處由于氣流受到很大的擾動(dòng)，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(yuǎn)遠(yuǎn)大于煙氣在管內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定流動(dòng)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(duì)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(duì)流兩部分疊加。而這部分對(duì)流換熱量由于“進(jìn)口效應(yīng)”的存在則是非常顯著的。通過查閱《管板溫度計(jì)算》一書發(fā)現(xiàn)，在煙箱的煙氣溫度約為900℃左右，煙氣進(jìn)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(shí)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(shí)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(duì)流換熱系數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理和疊加得出管孔處管壁的實(shí)際熱負(fù)荷遠(yuǎn)比整個(gè)管板其他部位的熱負(fù)荷要大得多。這種問題多次在檢驗(yàn)工作中得到證實(shí)。

?? 例如：在騰沖縣糧油加工廠KZL4-13型鍋爐檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)該鍋爐后管外壁有白色結(jié)晶物；宏觀檢驗(yàn)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(jī)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(jí)；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(yàn)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(fù)荷最大，蒸發(fā)作用最為強(qiáng)烈，導(dǎo)致水垢增生。由于“進(jìn)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(shí)、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(gè)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(shí)，鍋爐在運(yùn)行過程中，由于水的進(jìn)入，就會(huì)有一個(gè)環(huán)形水膜在縫隙中形成。當(dāng)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(dāng)過熱氣體從縫隙中噴出后，鍋水再次進(jìn)入縫隙，從而使惡性循環(huán)得以進(jìn)行。加之多數(shù)中小型鍋爐均是間斷運(yùn)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(qiáng)度就會(huì)降低，造成熱疲勞破壞，裂紋產(chǎn)生。

?? 如2005年在對(duì)保山糧貿(mào)公司一臺(tái)KZGO.5-5-A型鍋爐的檢驗(yàn)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(duì)管板進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)要求。查看鍋爐修理、運(yùn)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(yán)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(shí)未采用先膨脹后焊的修理工藝。內(nèi)部檢驗(yàn)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(bào)任何部門同意的情況下。擅自找修理單位，補(bǔ)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?cè)跈z驗(yàn)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(rèn)為這是一起由于熱疲勞和水垢“進(jìn)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(gè)重要原因。由苛性脆化導(dǎo)致的裂紋后果非常嚴(yán)重，輕者使鍋爐不能使用，重者會(huì)引發(fā)鍋爐爆炸，造成嚴(yán)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(diǎn)的拉伸應(yīng)力，三個(gè)條件共同作用引起，在鍋爐的運(yùn)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(duì)堿度在某一數(shù)值內(nèi)。所謂相對(duì)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：