电站锅炉安装使用阶段致裂因素和致裂机制

滕翔宇 邵帅

【摘  要】锅炉是电站的重要基础设备之一。近年来伴随变电站建设规模和数量的持续增加，裂纹问题的出现在影响变电站使用效益的同时，也导致了一系列安全事故的发生，给国家和社会的整体发展造成了极为不利的影响。鉴于此，论文主要分析了锅炉裂纹的致裂因素，并对其在安装使用阶段的致裂机制进行了系统化探讨。

【关键词】电站锅炉;安装使用;致裂因素;致裂机制

【Abstract】Boiler is one of the important basic equipment of power station. In recent years， with the continuous increase of the scale and quantity of substation construction， crack problems has not only affected the use efficiency of substation， but also led to a series of safety accidents， which has a very negative impact on the overall development of the country and society. In view of this， this paper mainly analyzes the cracking factors of boiler cracks， and systematically discusses the cracking mechanism in its installation and operation stage.

【Keywords】utility boiler; installation and operation; cracking factor; cracking mechanism

1 电站锅炉致裂因素分析

2 电站锅炉安装使用阶段致裂因素和致裂机制剖析

2.1 交变热应力致热疲劳裂纹

经大量调研数据分析可知，在当前电站锅炉使用过程中，热疲劳裂纹的产生率极高，而导致这种问题出现的主要原因，是由于锅炉在加热和冷却循环作用下，锅炉材料遭到了严重破坏，进而导致裂纹问题的出现。目前来看，热疲劳问题产生的必要条件是环境温度循环变化，具体而言主要包括如下几方面。

2.1.1 低周热疲劳致裂

通过电镜扫描可知，在当前城乡一体化建设进程不断加快的新市场经济常态下，锅炉裂纹问题的出现是影响电站使用效益的重要因素，而其中部分电厂锅炉燃烧区水冷壁管有明显的裂纹，在侧管壁表面呈现出横向裂纹，长此以往表现出热疲劳裂纹特征的同时，锅炉使用效益也受到了一定影响。据调查，低周热疲劳裂纹出现的主要原因是因为水冷壁管向火侧在运行中受到了外界的较大温差，进而在内压作用下外壁温度升高、管壁破裂，最终导致了裂纹的出现。

2.1.2 壁温波动产生交变热应力

在安装使用过程中，锅炉裂纹的产生除了低周热疲劳致裂外，壁温波动产生交變热应力也是裂纹产生的重要原因之一，尤其在当前新市场经济常态下，随着锅炉使用量的持续增加，裂纹问题的发生因素更是存在显著差异，与低周热疲劳致裂不同的是，壁温波动产生交变热应力导致的裂纹在表现方面，主要表现为在火侧内壁有大量垂直于管轴线的横向裂纹，裂纹产生的主要原因是火侧内壁存在较大的交变轴向拉应力。

目前，国内水冷壁热疲劳裂纹的产生多出现在直流锅炉，而在控制循环锅炉中这种裂纹问题的发生率极低，经大量调研数据分析可知，不稳定的管内传热恶化造成的壁温波动是目前导致水冷却壁横向裂纹产生的根本原因。在电站锅炉使用过程中，由于管内壁局部会产生汽泡，当大量汽泡附着在管壁上后，水与管壁的接触就被隔绝，长此以往管壁温度在直线上升的同时，企业的整体发展也势必受到一定影响。与此同时，再加上汽泡的不稳定性，管壁的温度会出现波动，长期的温度波动进而导致横向裂纹的出现。

2.1.3 大温差热应力

通过对锅炉裂纹进行系统化剖析可知，目前常见的裂纹除了横向裂纹外，周向裂纹的出现率也极高，而导致这种裂纹出现的主要原因，是由于大温差热应力的存在。在电热锅炉使用过程中，由于火侧壁温度显著高于炉膛吹灰蒸汽温度，较大温差问题的存在导致温度较低的吹灰蒸汽进入炉管，进而导致较大热应力问题的产生，长此以往导致热疲劳裂纹的出现。

2.2 应力腐蚀致裂

2.2.1 应力腐蚀和腐蚀疲劳

根据大量调研数据分析可知，在当前电站锅炉使用过程中，腐蚀致裂也是常见的裂纹产生原因，而就目前来看，常见的腐蚀问题主要有应力腐蚀和腐蚀疲劳共同作用。通过对锅炉进行全面检查可知，部分锅炉的裂纹产生区域主要在高应力区域，当锅炉外壁存在一定的残存应力后，纵向残余应力较大，导致侧壁受到了强烈冲击，长此以往导致了裂纹的出现，进而对企业整体发展造成极为不利的影响。目前来看，环焊缝处的裂纹主要是横向裂纹，而这种裂纹出现的原因是多种多样的，一方面是因为在使用过程中除氧塔内壁下部短节较短，处于热影响区，裂纹垂直环焊缝，除氧器裂纹和除氧塔内壁裂纹的不一致导致了应力问题的产生，再加上除氧水箱内部有腐蚀作用，在两者的共同作用下导致锅炉出现裂纹。

2.2.2 应力腐蚀和材料老化

随着近年来城乡一体化建设进程的不断加快，电热锅炉使用量的持续增加，虽然推动了产业的进一步发展，但与此同时裂纹问题的存在在影响产业经济效益的同时，也给人们的生命财产安全埋下了巨大隐患。通过对爆管断口的宏观和微观检查可了解到，管破裂的主要原因是应力腐蚀和材料老化的双重作用。在多元化市场竞争环境下，企业的规模化发展在推动国民经济进一步发展的同时，市场竞争也愈演愈烈，部分企业为降低企业运营成本，未能及时更换锅炉的构成元件，部分原件在长期使用中受到不同应力的作用，表面出现了破裂，而裸露在外的金属又在腐蚀介质（蒸汽、水）的条件作用下因电化学作用而出现凹坑问题，进而导致裂纹问题的形成。除此之外，在管道长期使用后，强度会下降、脆性会增加，而金相组织不可避免地会出现弱化问题，进而导致管道脆裂。

2.2.3 敏化材料致晶间应力腐蚀

在电站锅炉使用过程中，为了确保敏化材料焊后性能，通常而言需对其进行高温（700℃左右）处理，长此以往在这种高温作用下导致敏化材料钢敏化，最终在降低低晶界附近区域耐腐蚀性的同时，增加了裂纹问题的发生率。与此同时，敏化材料致晶间应力腐蚀导致的裂纹问题，其发生率相对较高。因此，对于企业可持续发展目标的实现而言，是极为不利的。

2.3 锅炉频繁启停或负荷运转致裂

2.3.1 热冷变换过快

在对锅炉进行内部检查过程中发现，部分锅炉右侧面减温器内壁和过热器管接头处存在多处放射状裂纹，而经大量调研数据分析可知，导致上述裂纹出现的主要原因在于锅炉频繁启停或负荷运转。具体而言，在锅炉运转过程中，由于启停的频率过高亦或是运转负荷过大，长此以往导致受压元件在短时间内会承受较大的压力，从而导致热应力加大，最终引发裂纹问题，对企业整体发展造成极为不利的影响。由于减温水调节阀调节较为滞后，在使用过程中温水调节和主上水调节之间相互干扰，造成减温水调节无法及时对锅炉蒸汽温度进行调控，由此在导致侧面水滴凝结问题产生的同时，受热面也会出现骤然收缩的问题，进而在影响锅炉稳定性运行的同时，企业的整体发展也受到了一定影響。

2.3.2 启停频繁导致致晶间应力腐蚀开裂

对锅炉启停进行深入剖析可知，当某锅炉的启停次数过高时，水分容易凝结、浓缩，此时再加之停炉期间基层产业机构和相关部门工作人员未采取相应的保养措施，长此以往导致锅炉在高浓度Cl-和SO42-下产生局部腐蚀问题，最终导致裂纹问题的产生。经大量调研数据分析可知，在电热锅炉使用过程中，Cl-会破坏不锈钢表面膜，导致点蚀成为裂源，而SO42-又会加速敏化晶界速度，导致沿晶应力的出现，在长期作用下导致内表面出现环向裂纹，对企业整体发展造成极为不利的影响。

3 结语

总而言之，在当前市场经济新常态下，锅炉作为电站的重要基础设备，裂纹问题的存在在影响电站整体作业质量和效率的同时，对企业可持续发展也造成了极为不利的影响，而通过对192例锅炉裂纹致裂因素和机制进行系统化剖析可知，在安装和使用过程中导致裂纹问题出现的原因是多种多样的。因此，为了推动产业的可持续发展，做好电热锅炉的保养工作是十分必要的。

【参考文献】

【1】谷建.浅谈循环流化床锅炉点火节油的技术改造方案[J].科技风，2019（20）：90.