浅析热水锅炉管端裂纹的产生原因及预防的有效措施

1、    浅析热水锅炉管端裂纹的产生原因及预防的有效措施    贾春亮在锅壳式燃油燃气热水锅炉的内部检验中，发现烟管的高温烟气入口管端产生裂纹，导致烟管泄漏是这种炉型最常见的失效形式。本文结合锅炉运行工况试图对烟管管端产生裂纹的原因进行分析，并提出一些防范管端产生裂纹的有效措施。一、 管理裂纹的形态和缺陷部位的金相组织通过对泄漏锅炉烟管管端裂纹渗透检测，发现常见的管端裂纹形态有：轴向裂纹、径向裂纹、周向裂纹和混合型裂纹。烟管内壁的轴向裂纹长短不一，较短的轴向裂纹距离管端约有几毫米，较长的轴向裂纹已裂至角焊缝表面，形成几毫米长度不等的放射状裂纹； 周向裂纹一

2、般是沿角焊缝根部的未熔合区开裂的；混合型裂纹是上述三种裂纹形态的组合，一般是在形成周向裂纹后，再出现轴向和径向裂纹，可以说是周向裂纹的进一步发展。管孔周围一般没有裂纹，少数情况管孔周围能发现放射状裂纹，管孔周围的放射状裂纹有的在管端径向裂纹的延伸方向上。二、烟管管端裂纹产生的原因烟管裂纹一般是从距管端一定距离的烟管外壁发展而成的，这与管端因冷却不好过热而引起的裂纹不同，同时烟管还有周向裂纹，说明裂纹源不可能在管口端面。引起裂纹的机理非常复杂，结合锅炉运行工况分析，裂纹的产生主要受到以上几种因素的影响。1.管端角焊缝部位热应力大燃油燃气锅炉的燃烧强度大，烟气进入回燃室的温度一般在900左右，回燃

3、室管板温度相对较低，所以管板要吸收来自高温烟气的辐射热。同时，烟气以一定速度进入烟管后，以对流传热的方式将热量传给烟管。就整个管板而言，其接受的热辐射是比较均匀的，但管孔周围的管板，除了接受辐射热，还接受烟管吸收的对流换热量，这部分热量是通过烟管和管板的连接部位传给管板的，在管孔处管板接受的热量是辐射和对流两部分热量的叠加。在管子入口处，由于烟气流动受到很大扰动，几乎不存在热边界层，其局部放热系数远远大于烟气在管内达到稳定流动后的放热系数，这就是所谓的“入口效应”。“入口效应”使烟管和管板受热产生很大的不均匀性，管端烟气入口处热负荷最大，会因为受热膨胀不均，在角焊缝连接部位产生很大的热应力。2

4、.烟管与管板角焊缝应力集中在制造或修理过程中，因管孔未开坡口，或技术规范中明确要求的焊前预胀消除间隙的工序被忽略，或焊工作业人员未完全遵照焊接工艺施焊，则焊后焊缝根部可能有未焊透、未熔合等缺陷，减少焊缝的有效承载面积，造成局部应力集中，而且存在很大的焊接残余应力。三、预防管端裂纹产生的有效措施通过以上对烟管管端裂纹产生原因的分析，可以采取以下有效措施预防管端裂纹的产生。1.烟管与管板装配连接工艺的改进。在制造或修理时，焊接前有预胀要求时，应在工艺规范中明确规定，预胀的胀管率不小于1%，保证烟管与管孔壁完全贴合。无论是制造厂生产，还是现场修理，烟管与管板焊接时，都应该严格执行已制定的工艺规范，焊

5、接前一定要预先烘干焊条，焊接时保证周边环境温度符合规范要求。为减小“入口效应”的影响，可将烟管高温端入口适度扩大，再衬入耐热套管，如图1所示。为了减小管板所受的辐射热负荷，降低高温烟区管板和管孔角焊缝的壁温，还可以在回燃室管板外壁敷上适当厚度的隔热层。2.加强锅炉的水质管理工作。使用单位应在锅炉房配备至少一名持证的专职水处理化验人员，并做好水质的化验记录工作。严格执行gb/t1576工业锅炉水质标准的要求，保证锅水各项指标在规定范围内，使锅内能够达到良好的防腐阻垢效果。配置专人监管水处理工作，同时，还可以指导司炉操作人员科学的排污，既避免过度排污造成能源、资源的浪费，又避免排污不足造成锅内结垢

6、。额定功率大于等于7.0mw的承压热水锅炉，给水应进行除氧，其它锅炉给水应尽量除氧，对于没有给水除氧设备的热水锅炉系统，应考虑软水中使用亚硫酸钠作为除氧剂或添加有机除氧药剂。亚硫酸钠是白色或无色晶体，易溶于水，是较强的还原剂，能与水中溶解氧发生如下氧化还原反应：2na2so3+o2=2na2so4每除去1g氧，约需8g无水亚硫酸钠，常温常压下，水中含氧量约为8.8mg/l，理论计算无水亞硫酸钠用量为69.3mg/l。在日常应用中应根据实际补水量来确定加药量，留有富余量10%20%即可。应对敞口使用的软化水箱，加装可以浮动的轻质材料盖板或薄膜与空气隔绝，在浮动盖板或薄膜上留出加药口（不用时封闭）

7、，或在给水管路系统中增设加药装置和加药泵，用以添加亚硫酸钠或其它有机除氧药剂。特别是系统补水量大，补水量多时更应如此改造，可使给水的含氧量保持较低的水平。3.杜绝系统的跑、冒、滴、漏、控制补给水量。使用单位应当合理安排对系统的管道、阀门、法兰进行检修，对发现渗漏的部位进行修理或更换，及时采取措施解决系统的跑、冒、滴、漏等问题。对热水锅炉，可以往锅水里添加栲胶或腐阻垢的效果，又能充当染料使系统水着色，减少用户的用水现象。控制补给水量可以减少锅炉房水、电用量，避免钠离子交换器频繁再生，减少因调节锅水品质而添加的药量，防止过量氧气和二氧化碳进入锅炉，减少补给水带入锅内的硬度物质，能够减缓锅炉的腐蚀、结垢速率，降低锅炉运行成本，延长锅炉使用寿命。4.改进锅炉自动控制方式。推荐燃油燃气热水锅炉采用比例调节模式控制锅炉运行，避免锅炉频繁启停。这种控制方式大大减少了锅炉的启停次数，可以减缓交变应力对受压部件，尤其是烟管与管板角焊缝处的破坏作用，避免发生低周应力疲劳。同时，可以减少水垢脱落、堆积造成局部区域的水循环不良，降低闭塞区内腐蚀性热疲劳发生的可能性。但是，小火燃烧容易造成炉内积碳现象发生，因此，要做好燃烧器的风量配比调节工作，并在每年停炉检修期间做好积碳清理和停炉维护保