一台WNS10-1.25-Q燃气蒸汽锅炉回燃室前管板开裂原因分析

工业锅炉　２０１１年第６期（总第１３０期）　文章编号：１００４—８７７４（２０１１）０６－６０－０３　一台ＷＮＳ　１０—１．２５一Ｑ燃气蒸汽锅炉　回燃室前管板开裂原因分析　邓益忠　（江苏四方锅炉有限公司，徐州２２１１４２）　Ｃａｕｓｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｆｒｏｎｔ　Ｔｕｂｅ　Ｐｌａｔｅ　Ｃｒａｃｋ　ｏｎ　Ｒｅｖｅｒｓａｌ　Ｃｈａｍｂｅｒ　ｏｆ　Ｏｎｅ　ＷＮＳ　１０—１．２５一Ｑ　Ｓｔｅａｍ　Ｂｏｉｌｅｒ　ＤＥＮＧ　Ｙｉ—ｚｈｏｎｇ　（Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｓｉｆａｎｇ　Ｂｏｉｌｅｒ　Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｘｕｚｈｏｕ　２２１　１４２，Ｃｈｉｎａ）　摘要：通过对一台燃气蒸汽锅炉回燃室前管板与烟管管段裂纹事故的分析，提出了在锅　炉制造和运行中应注意的事项。　关键词：燃气蒸汽锅炉；回燃室；管板；预胀　中图分类号：ＴＫ２２９　文献标识码：Ｂ　０前言　某化工厂２００８年８月安装一台燃气蒸汽锅炉，　２０１１年３月因风机出现故障停炉检修，发现回燃室　前管板有漏水现象。　１锅炉基本情况　该锅炉型号为ＷＮＳ　１０—１．２５一Ｑ，于２００８年８　作者简介：邓益忠　（１９６４一），工程师，　现从事锅炉、压力容　器制造质量管理丁　作　月安装并同期投入使用。锅炉正常运行工作压力为　０．８　ＭＰａ，锅炉本体采用偏心回燃三回程湿背式结　构，锅筒及管板材料采用２０　ｇ，锅筒厚度为２０　ｍｍ，　前后管板厚度为２０　ｍｍ，回燃室前管板厚度为２０　ｍｍ，烟管采用２０号钢管（ＧＢ　３０８７），规格为６６３．５　×３．５　ｍｍ。本体结构如图１。　

１一烟管２一回燃室前管板　图１　ＷＮＳ　１０—１．２５一Ｑ锅炉本体结构图　２存在问题　２０１１年３月１５　Ｅｌ，当地特检院检验人员对此　锅炉进行内外部检验，发现存在以下缺陷：　（１）采用液体渗透检查办法，并借助于５倍放　收稿日期：２０１１－０６－２０　大镜观察，在烟气侧发现回燃室前管板烟管端部普　遍存在径向裂纹，大部分裂纹已经扩展至焊接接头　根部，在管板上部区域，管孔向外呈辐射状的穿透性　裂纹，多达７处，裂纹最长３０　ｍｍ，最短１５　ｌｎｎｌ，且有　明显的泄漏痕迹。　（２）回燃室前管板处烟管伸出管板长度较长，

　·事故分析·　一台ＷＮＳ　１０一１．２５一Ｑ燃气蒸汽锅炉回燃室前管板开裂原因分析　６１　均在９—１０　ｍｍ之间，去掉４　ｍｍ焊角高度，即烟管　超出其管板连接焊缝的长度达５～６　ｍｍ。　（３）打开锅筒人孔，进人锅筒内（即水侧）检　查，烟管外侧、回燃室前管板覆盖１—２　ｍｍ的水垢，　并且无法剥离。锅筒底部堆积渣垢厚度达１　２０　ｍｍ，　经化学分析，渣垢主要化学成分为碳酸盐水垢和硫　酸盐水垢。　（４）在锅筒内还发现，烟管与回燃室前管板有　间隙，说明此锅炉在制造时，焊接前未采取消除间隙　的措施。　３原因分析　（１）制造厂未按设计图样、标准要求，对烟管超　出其管板连接焊缝的长度进行控制。ＪＢ／Ｔ　１６１９—　２００２（（锅壳锅炉本体制造技术条件》３．５．７．６规定：　“对于６００　ｃＩＣ以上的烟气接触的管板，焊接连接的　烟管和拉撑管应采取消除间隙的措施，且管子超出　其与管板连接焊缝的长度应符合下列规定：（ａ）当　烟温大于６００　ｏＣ时，不应大于１．５　ｍｍ；（ｂ）当烟温　不大于６００℃时，不应大于５　ｍｍ”。经查此台锅炉　《热力计算书》，回燃室处烟气温度在９２０℃，此处　管板与管子的焊接结构设计如图２，而实际情况是，　管子超出其与管板连接焊缝长度大都在４—５　ｍｍ　之间，即不符合图样及标准规定。由于管端“入口”　效应的影响，管孔周围的管板和烟管端部接受的热　量是辐射和对流两部分热量的重叠，根据ＢＳ　２７９０：　１９８６附录ｃ《管板温度计算》中的实例分析：在转烟　室的温度为９００℃，烟气进入烟管的重量流速为１１　ｋｇ／（ｒｎ　·ｓ），锅内工质饱和温度为１８８℃时，烟管　人口处的放热系数是稳定流放热系数的２．９倍，是　辐射放热系数的１．５６倍。可见，管孔处管板的实际　热负荷是整个管板热负荷最大之处。烟管伸出管板　较长时，管端得不到可靠及时的冷却，使管端开裂，　致使裂纹在较短的时间内扩展到焊缝表面，随后延　伸到管板上，发生渗漏，甚至使孔桥断裂。　（２）技术图样和工艺文件上明确要求烟管与管　板焊接前必须预胀，而实际制造过程中，此项工序被　忽略。从图３可以看出，烟管外壁与管孔壁间存在　一定的间隙，装配间隙为０．５～０．９　ｍｍ。由于烟管　与回燃室前管板在焊接前没有按要求对烟管进行预　胀，而是直接进行未开坡口的焊接，致使该连接部位　在管板厚度方向上形成一条环向缝隙，间隙深度可　达管板厚度，即２０　ｍｍ。在锅炉运行过程中，锅水渗　人间隙中形成环形水膜。从前面的分析情况可知，　回燃室前管板管孑Ｌ处所受的热负荷最高，环形水膜　被加热产生汽泡，由于汽泡不可能自由地游离出问　隙，因而水膜逐渐变成汽膜，致使管孔壁和管端传热　恶化加剧。汽膜喷出间隙，锅水再一次渗人形成水　膜，周而复始，由此产生的温度交变应力作用于管板　与烟管的连接焊缝，首先在焊缝处出现裂纹渗漏，并　不断延伸延长，最终造成管板裂纹、烟管管端裂纹。　

图２　

图３烟管与管板装配不意图　（３）虽然锅炉软水箱中水质符合ＧＢ／Ｔ　１５７６　《工业锅炉水质》的要求，但锅炉在运行过程中，未　按规定进行定期排污，没有将锅内形成的水渣及时　排出，致使锅内锅水浓度升高，导致受热面结垢。回　燃室前管板温度显著升高，而强度明显下降，在该部　位交变应力的作用下，从而产生疲劳裂纹。　根据以上分析，回燃室前管板与烟管端部产生　裂纹漏水是制造厂未按图样、标准和工艺文件的要　求进行制造、用户未按要求排污造成结垢导致传热　不良的结果。　４修复方案及保障措施　（１）对受热面水垢进行化学清洗。清洗前制订　化学清洗工艺，清洗中严格监督，确保水垢清除彻　底，清洗后，由当地特检院进行检验验收。

　６２　工业锅炉　２０１１年第６期（总第１３０期）　（２）因回燃室前管板、管孔向外呈辐射状的裂　纹多达７处，并分布在管板上部，已不允许对裂纹进　行挖补补焊，为此更换此回燃室前管板及第二回程　全部烟管。　①更换后的烟管伸出管板的长度，严格按照图　样、标准要求进行控制，并且焊接前预胀，消除间隙，　然后再焊接。　②为提高焊缝强度，对回燃室前管板管孔全部　开３×４５。的坡口。　③在更换后的回燃室前管板烟侧加隔热层，避　免管板高温，防止管板（管端）过热开裂。　（３）用户制订规章制度，按章操作。由持证的　水质化验人员对水质进行定期监测，使锅炉、锅水符　合ＧＢ／Ｔ　１５７６（（２１２业锅炉水质》标准的要求。　５　结束语　通过这次事故分析可知，锅炉的安全运行与锅　炉制造、使用密不可分，只有严格控制制造质量，切　实加强使用管理，才能有效地避免事故的发生，保证　锅炉安全经济的运行。　（１）锅炉各个制造环节中，要严格控制质量，保　证按图样、标准、工艺的要求进行；　（２）在锅炉使用管理上，应定期对水质进行监　测，做好锅炉的排污工作，并在发现问题后，立即进　行整改，消除事故的隐患，使锅炉的水质保持在达标　范围内。瞄　参考文献　［１］江苏省机械工业锅炉科技情报网．工业锅炉实用手册　［Ｍ］．江苏：江苏科学技术出版社，１９９１．　［２］范维海．新型锅壳式蒸汽锅炉管板裂纹漏水原因分析　［Ｊ］．工业锅炉，２００８（２）：５０—５１．　投稿须知　由于本刊已人编《中国学术期刊（光盘版）》，文章编排格式均需严格按ＣＡＪ—ｃＤ　Ｂ／ＴＩ一１９９８《中国学术期刊　（光盘版）检索与评价数据规范》要求执行。但因不少作者不了解有关要求，许多来稿编排格式不符要求或缺少有关　英文内容，为减少返工，提高工作效率，现就论文编写格式及有关要求一并说明如下：　１．论文编写格式及要求按国家出版物（学术期刊）标准要求，学术期刊的论文编写格式及类目包括：（１）论文题　名；（２）作者姓名、单位和通讯地址，并附第一作者１寸证件照１张；（３）摘要（２００字左右）；（４）关键词（３～５个词），　以上（１）一（４）项用中、英文分别誊写；（５）正文；（６）第１作者简介：姓名，性别、职称、学位、研究方向或专业工作内　容。　２．论文字数的规定本刊系工业锅炉有关技术的综合性刊物，读者对象面广量大，不能为某一专栏提供过多的版　面，因此投稿字数请不要超过５０００字（含图），重要论文可适当增加，但不要超过７０００字（含图）。　３．文后的参考文献按出版标准规定编写，并在论文相应内容中标注。文后参考文献编写规定：（１）著作图书：作　者．书名［Ｍ］．出版次．出版地：出版者，出版年；（２）期刊：作者．文章名［Ｊ］．期刊名，年，卷（期）；起止页；（３）论文集或　报告：作者．题名［ｃ或Ｄ］．出版地：出版者，出版年：起止页；（４）标准：标准编号，标准名称［ｓ］．　４．不录用译稿由于涉及知识产权的版权问题，本刊不刊登译文。对于学术水准高，参考价值大，深受读者欢迎　的国外科技论文，希望作者采用编译或综述方式来编写和投稿，并以国外文献作主要参考文献，本刊可录用。　５．来稿以计算机打印稿为准对稿中易混淆的大小写、外文字母、数学、各符号以及上下角标，尤其在正文及插图　中出现如“０”一Ｉ“１”（阿拉伯数字），“０”、“Ｉ”（英文字母）；“×”（乘号），“ｘ”（英文字母）等，必要时均应铅笔标明区　别清楚。　本刊投稿邮箱：ｓｈｇｙｇｌ＠１２６．ｅｏｍ来稿请注明作者详细的联系地址、电话、Ｅ－ｍａｉｌ，主题栏注明“投稿”字样。如　果作者论文系基金资助项目，也请同时注明，凡符合刊用标准的基金资助项目论文，本刊将优先录用。以上望有关作　者协助执行。　另外，作者向本刊所投稿件一经录用，则该论文的著作权使用费（包括印刷版、光盘版和网络版等各种使用方式　的费用）视为自动转让给本刊。本刊已被国内有关数据库收录，支付作者的稿费已包含著作权使用费。如作者不同　意论文被收录，请在投稿时向本刊声明。　欢迎广大读者积极为本刊撰写稿件，并经常提出宝贵意见。我们将不断提高期刊质量，更好地为工业锅炉行业　的技术发展和广大读者服务。　

《工业锅炉》编辑部