浅谈快装锅炉后管板裂纹形成原因及预防措施

1、浅谈快装锅炉后管板裂纹形成原因及预防措施 内蒙古大兴安岭林区在用锅炉有近千台，其中绝大部分系上世 纪 80 年代末、 90 年代初生产的快装锅炉。快装锅炉的高温端管板在 运行中容易产生裂纹 19962005 年林区共发生后管板开裂事故 90余 起。随着林区锅炉的老龄化，今后还会有更多的锅炉后管板产生裂 纹。本文对后管板裂纹产生的原因、性质进行了分析，并提出了相 应的解决措施。 1. 后烟室中管板与烟管的工作环境 后烟室管板上管孔处的温度最高，高温烟气经后烟从后管板进 入烟管。一方面管板承受高温辐射，另一方面，烟气以一定流速进 入烟管后，烟管入口存在“进口效应”。在入口处由于气体受到很 大扰动，

2、几乎不存在热边界层，其局部换热很强，热负荷最大，同 时烟管和管板之间有较大的热阻，导致管板上烟管入口处温度非常 高。所以，锅炉后烟室中管板与烟管所处的工作环境是十分恶劣的。 如因设计、改造、使用管理不当很容易造成管板开裂事故。 2. 后管板裂纹产生的原因 (1) 后管板温度差大。后管板入口烟温高，热负荷最大，而炉水 温度低，在管板内外侧形成很大的温差，使管板内外侧、管与板结 合面的各个方向产生很大的不均匀热应力，这样就加速了管板的疲 劳损伤。 由于锅炉运行时后管板烟管入口处存在“进口效应”，使管孔 处管板及角焊缝的实际热负荷远比整个管板其他部位的热负荷要大 的多，这样就引起管板上不同部位受热、

3、受力的不均匀性，诱发了 管孔周围以及管板之间的裂纹缺陷的产生。 (2) 由于锅内后管板靠近管板区域水循环不良，而此处烟温高， 热负荷大，导致管板内部局部炉水产生汽化，形成过冷沸腾，使管 板局部过热而失效。 (3) 补水方式不正确。目前蒸汽炉改热水炉后，常用的补水办 法是，将进水管 (即回水管 ) 的锅内分水管直接向后管板冲击方式和 将进水管改为从两侧集箱后部进水方式。前一种在炉内形成自然循 环，后一种属炉内强制循环。在这两种补水方式中靠近后管板部位 水流速都极低，后管板的水工况差，造成了后管板部位的锅水都基 本处于停滞状态。这两种方式在锅炉满负荷运行时，都需要补充相 当数量的冷水冲向后管板由于

4、冷热温差过大，热应力增加很容易引 起后管板内外温区的烟管焊缝及孔桥裂纹的生成和扩展。 (4) 管板上的管孔与管子之间存在间隙，易使管板产生疲劳裂纹。 烟管与管板的连接，无论采用焊接或是用胀接，管壁与管孔间都存 在一定的间隙。间隙中的水不可能有良好的水循环，因此产生的蒸 汽热起初会停留在间隙内，当继续加热压力升高，蒸汽冲出间隙， 这时水又进入间隙。这样间隙两壁就经受了一次急剧的冷热交变过 程。这种过程反复不断，就形成热交变应力，最后导致管板的热疲 劳裂纹。 (5) 修理工艺不正确。如果锅炉更换烟管时烟管与管板之间未 进行预胀消除间隙，或在部分焊口或胀口开裂后，补焊时未进行热 处理，焊接残余应力较

5、大，也容易导致管板疲劳裂纹。 (6) 苛性脆化引起后管板开裂。由于锅炉未进行水处理，一些单 位除垢时采用碱性除垢剂煮炉，加药量严重超标且时间长，除垢剂 主要成分是NaOH及Na3PO4致使炉水中氢氧化物浓度在 10以上, 造成炉水碱度过高。 (7) 水处理不好，结垢严重。这导致了管板和烟管外壁温度升 高。定期检验中发现，发生管板裂纹的热水锅炉，都无水处理设 备或者水处理设备形同虚设水质达不到要求。另外，锅炉不进行 排污，循环水中含有大量的铁离子，导致了垢下酸性腐蚀。 (8) 改变了燃烧方式。为了提高出力，增大鼓风，使锅炉正压燃 烧，炉膛温度增高，也使管板及烟管进口处的温度剧增，在高温下， 管孔

6、的弹性变形、管端的永久变形遭到破坏，就会发生开裂。在热 负荷高峰期，采取在左右拨火门或观察孔频繁添加燃料来调整炉膛 燃烧。造成管板、烟管的冷热剧变，在热交变应力的作用下导致管 板开裂。 (9) 间歇供热、开停循环泵频繁、系统大量失水及补入低温的 补给水，使系统中较低温度的循环水直接冲刷到后管板，产生较大 的交变应力而导致失效。 3. 避免后管板开裂的措施 为了防止后管板裂纹的发生，可采取以下措施 (1) 改进热水锅炉后补水工艺。方法一：采用给水分配器，在分 配器上均匀开孔，使冷水进入锅筒后均匀分布，避免直接冲刷后管 板。方法二：在后管板中心线附近设一组吸水管，和后集箱在一 起通过后棚管使后管板

7、区域形成单独的水循环。这两种方法均能 改善锅筒后部的水工况，防止了“死水区”的形成，使后管板高温 部位得到可靠的冷却。 (2) 锅炉修理改造时，应制定修复方案并经锅炉压力容器安全 监察部门审查：烟管与管板连接处开 U 形坡口，并严格控制烟管伸 出后管板高温区的长度焊后将焊缝修磨圆滑；应采取先胀接、消除 间隙后再进行焊接的修理工艺。 (3) 杜绝正压燃烧以及在两侧拨火孔和观察孔添加燃料的操作方 式。 (4) 加强锅炉运行期间的水质管理工作，并使锅水维持一定的相 对碱度防止苛性脆化。 (5) 采用“管板保温”的技术措施在高温后管板烟侧加隔热 层并在烟管端部加装防热套管，可以解决管板上管孔处热负荷过