SHL型锅炉防焦箱裂纹的案例分析

郑成法

金华市特种设备检测中心



SHL型锅炉防焦箱裂纹的案例分析

郑成法

金华市特种设备检测中心

【摘 要】通过对锅炉防焦箱裂纹产生原因分析，指出了该型锅炉在设计制造、运行管理和检验检测方面不足，并提出了改进的建议措施。

【关键词】裂纹；防焦箱；热疲劳

金华市某造纸厂一台型号为SHL10-1.27-AII的锅炉在运行期间，当班司炉工在观察炉膛燃烧情况时，意外发现右侧靠炉前人孔处的防焦箱筒体有汽水冒出，即作停炉处理。本文通过事故的检查，重点分析了产生事故的原因，对SHL型其他有防焦箱的锅炉防止产生热疲劳，提出了整改措施。

1　情况检查

查阅定期检验报告，上下锅筒水位线以下主要受压元件结垢0.5mm左右，金属表面轻度氧腐蚀；查阅水质化验及锅炉运行记录，未见异常；宏观检查发现，右侧防焦箱在距离前手孔端部850mm处有5条细小裂纹其中一条已贯穿；裂纹区发生防焦箱上部，面向炉排一侧，贯穿裂纹两端呈周向扩展外貌其长度20mm，宽度30丝左右，裂纹区轴向截面与防焦箱中心水平面夹角约70°，如图1。对未发生裂纹的附近筒体进行硬度、厚度测定，各项数据均未发现异常。

2　事故产生原因分析

2.1防焦箱结构简介

SHL10-1.27型锅炉有4个独立水循环回路：前水冷壁和前集箱及上锅筒与前集箱连接的下降管组成一个回路；侧水冷壁和防焦箱及下锅筒与防焦箱连接的下降管组成独立两个回路；后水冷壁和后集箱及下锅筒引出的下降管组成一个回路。

图1　裂纹轴向截面与防焦箱中心水平面夹角

SHL10-1.27型锅炉左、右防焦箱用Ф159×8，20/GB 3087无缝钢管制成；在中部偏前位置有9根Ф60×3，节距为120mm的水冷壁管；Ф83的下降管在防焦箱前部有1根，后部有2根，如图2。如果锅炉左、右防焦箱前端的手孔设置在炉膛内，直接受辐射热，运行实践证明，手孔设置在炉膛内，凡是不绝热的，在运行时都被烧坏，有的虽采取绝热措施，但由于绝热不可靠，在运行中仍然会燃坏，同时，在锅炉点火时或运行中都不能检查手孔盖有无渗漏情况，因此这种结构型式不符合《锅炉安全技术监察规程》的有关规定。为了解决这个问题，制造单位将防焦箱前部加长，使前端手孔部位伸出前炉墙外。

图2　防焦箱示意图

2.2裂纹形成原因分析

从锅炉的设计看，防焦箱前端下降管与上升管存在着1377mm的受热水平段。锅炉左右水冷壁系统的集箱置于炉排面两侧以防焦渣，为保证链条炉的着火便利，前拱及前拱区两侧墙均不布置受热面，而防焦集箱任放置到最前端，裸露布置，直接受炉膛火焰及辐射加热，在水循环不畅的条件下，使钢材的抗拉强度减低。

从运行操作上看，锅炉启停频繁或以较低负荷运行也是造成裂缝的原因。锅炉使用单位生产用气量不均衡，有时负荷很低。这样，正常运行时，水冷壁系统内自然水循环处于正常状态，对防焦集箱的金属冷却良好；当锅炉处于压火或低负荷状态时，自然水循环停止或循环流速极低，在炉膛及炉排上燃料加热下，集箱的水平段上部因汽化造成的蒸汽聚集或在水平段发生了汽水分层，集箱上部金属因冷却不良而造成超温并产生热应力。这种锅炉负荷的不稳定使水平段中部上方时而聚集蒸汽，时而蒸汽被带走，热应力反复作用，使集箱的材料受到了交变载荷的作用，引起了材料的热疲劳并开裂。根据应力分布可知，承受内压力的圆筒体，无论是膜应力还是热应力，都使内壁的应力最大，因而裂纹源于内壁。

总上分析，此台锅炉防焦箱前部水平段裂纹的形成原因主要是热疲劳。

2.3裂纹缺陷处理

对发现裂纹的集箱段进行全面检测，测定出缺陷存在的范围，去除缺陷段，剩下两管段进行对接焊接，并按规定进行检查；同时因长度变短，留下的空位用耐火砖砌筑。

使用单位在时间和资金上允许的话，可向原制造厂订购相同集箱，对现有集箱进行更换。为了避免割除时原有水冷壁管变短使集箱位置上升，可要求制造厂提供带有接管座的集箱，以便在现场形成管子对接焊缝形式，保证焊接质量。

2.4对锅炉设计制造、使用管理和检验的建议

在设计、制造方面，应力求减少无管子制布置的集箱长度以及其他影响水循环的死角，也不应把这种单纯的集箱布置在辐射热量较大的炉拱附近。若锅炉的蒸发量能达到额定的出力，多余的集箱段似乎只起到储水的作用，可省去不要。另外，可直接设计成外壁敷有隔热层的集箱，有效地降低金属壁的温度，延长使用寿命。这样一来，由于集箱吸热的减少会使炉膛温度有所升高，若这种温度的变化使炉膛中结焦时，在设计上可增加水冷壁数量或加强水冷壁长度来解决。

锅炉使用单位，运行时应尽量做到用汽均衡，使锅炉维持在正常范围内，同时要认真做好停炉检修与保养、水垢清除等工作。加强水质化验，定期排污，使水质符合标准要求，避免水垢形成恶化金属工作环境增大裂纹发生的倾向。

对于蒸发量较大且处于不平衡负荷下运行的锅炉，其金属本体存在着产生裂纹的潜在危险，特别对于裸露布置的集箱更是如此。检验检测单位在法定的定期检验中仅用宏观方法是不够的，应对结构上不尽合理的承压部件进行多种手段检测，即在定期检验中对这类元部件应增加厚度、硬度、无损检测抽查，必要时进行金相检查，及时发现问题并得到处理，保证企业生产正常进行。