一起锅壳式热水锅炉内前管板裂纹事故的分析

第 2期 2 0 1 4年 3月 锅炉制造 B0I L ER MANUF ACTURI NG No 2 Ma r 2 01 4 文章编号： C N 2 31 2 4 9 ( 2 0 1 4 ) 0 20 0 4 0 0 2 一 起锅壳式热水锅炉 内前管板裂纹事故的分析 邢丽， 王均杰 ( 郑州职业技术学院， 河南 郑州4 5 0 1 2 1 ) 摘要： 通过对一起锅壳式热水锅炉内前管板裂纹事故的分析， 查找原因并提出改进建议。 关键词： 热水锅炉 ； 内前管板； 裂纹分析 中图分类号 ： T K 2 2 9 文献标识码 ： B Ana l y s i s o n a n Ac c i d e n t o f Cr a c k i n t h e Fo r m e r I n n e r Tu b e S he e t o f a Ho twa t e r Bo i l e r X i n g L i ， W a n g J u n j i e ( Z h e n g z h o u T e c h n i c a l C o l l e g e ， Z h e n g z h o u 4 5 0 1 2 1 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Ac c o r d i n g t o t h e a c c i d e n t a n a l y s i s o f c r a c k i n t h e f o r me r i n ne r t u b e s h e e t o f a h o twa t e r b o i l e r s u p p l y i n g t he r e a s o n a n d i mp r o v e d s u g g e s t i o n s Ke y wor ds： h o twa t e r b o i l e r ；f o r me r i n n e r t u be s h e e t ；c r a c k a n a l y s i s 0 引 言 郑州某 单位 一 台 WN S 2 80 7 9 5 7 0一Y ( Q) 型热 水 锅炉 ， 已安 全使 用两 个 采 暖期。在 2 0 1 1年 4月 5日1 0点 2 0分左右 ， 司炉工突然发 现烟囱大量冒白烟， 锅炉压力降低， 前后烟箱泄水 管大量排水 ， 不久后燃烧器 自动熄火保护 ， 随停炉 检查 。 条水线来源于内前管板中部高温烟气冲刷处， 部 分烟管端部产生裂缝 ， 烟管与管板处焊缝也有明 显裂纹 ； 管板表面发现 5条裂纹 ， 其 中3条裂纹较 明显 ， 这 3条中有 2条裂纹纵贯于管板孔桥 ， 裂纹 长度大约为 53 0 m m左右 。放 水后 ， 打开锅炉 上部人孔 ， 发现锅筒 内水垢较少 ， 但在内前管板烟 管孔桥中部 区域存在较大面积水垢 ， 3条 明显 裂 纹部位水垢均在 4 8 m m之间。 1 事故检查情况 2 锅炉结构简介 在锅炉现场 ， 打开前 、 后烟箱门， 发现锅炉前、 后管板表面上有明显的大量冷凝水痕迹 ， 烟管内 壁也有水线痕迹， 第二回程烟管水线尤为明显。 再打开后观察孔， 发现燃尽室内有少量积水， 内前 管板上有明显 的三条水线 。仔细检查发现 ： 这三 收稿 日期： 2 0 1 3一l 1 2 6 作者简介： 邢 丽( 1 9 7 2一) ， 女， 本科 ， 讲 师。 该锅炉采用卧式 内燃 三回程湿背型式 ， 锅炉 本体采用下置炉胆， 烟管左右对称布置， 结构紧 凑； 第一回程采用波形炉胆， 二、 三回程采用螺纹 烟管和光管， 采用程序化全自动控制， 并具有多重 安全保护装置 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 邢丽 ， 等： 一起锅壳式热水锅炉内前管板裂纹事故的分析 41 3 事故原因分析 生的 交 变应 力比 管板 其他 部位 更大。 根据事故情况及锅炉结构 特点分析 ， 我们认 为是由于过冷沸腾引起交变热应力破坏所造成一 起锅炉 内前管板裂纹事故 。 众所周知 ， 对于 WN S系列锅炉 ， 工作条件最 恶劣的部位是回燃室内前管板装配烟管处。高温 烟气在 回燃室处 回转 1 8 0 。 进入第二回程 ， 而螺纹 烟管与内前管板连接处正是高温烟气第二回程的 入 口处 ， 此处传热系数是管板其它部位的 3倍左 右 ， 如果此处水循环不畅 ， 传热急聚恶化 ， 很 容易 发生过烧及裂纹事故。 查阅锅炉结构发现 ， 内前管板与烟管装 配时 没有采用先胀后焊 的消除间隙方法进行制作 ， 而 仅仅简单采取了焊接制作， 烟管与管板的管孔存 在较大的间隙 ， 间隙处锅水水循环不畅 ， 形成“ 死 水 区” ， 通过高温烟气的不断冲刷 ， 此处锅水不断 浓缩 ， 盐浓度升高形成水垢 ， 水垢导热系数仅为钢 材的 1 3 01 5 0 ， 会使受热面金属壁温升高而过 热 ， 使其机械强度显著下降 ， 从而使内前管板的工 作条件进一步恶化。 根据锅炉的热力计算 资料可知 ， 该 台锅炉 内 前管板处烟气温度高达 9 5 0 c I 二 ， 向火侧管板 面积 热负荷很高； 而在内前管板向水侧一面， 共密布了 7 8根螺纹烟管 ， 内前管板 中部的锅水在烟管空 隙 中流动 ， 其流动必将受到烟管的阻碍 ， 容易形成死 水区， 水循环状况不良， 影响传热， 使内前管板近 壁面处锅水产生过热现象 ， 进而 出现“ 过冷沸腾 ” 现象。管板在高温与低温交替作用下产生交变应 力 ， 由于管板 中部烟温较高 ， 此处产生的应力值远 远超过管板其他部位。一旦超 出材料许用应力 ， 就会产生裂纹。另外 ， 根据传热学原理 中的边界 层理论， 在内前管板壁面上存在一个层流底层， 使 靠近 内前管板的锅水易产生“ 过冷沸腾 ” ； 而在烟 管和内前管板连接部位， 由于外掠管束流动的影 响 ， 使边界层增厚 ， 再加上烟管与内前管板的装配 间隙， 使得该处水循环状 况更为恶劣 ， 更 易产生 “ 过冷沸腾” ， 因而使管板靠近间隙处过冷沸腾产 4 结论及建议 因为锅炉 内前管板局部水循 环不 良， 同时受 到高温烟气冲刷 ， 造成 内前管板局部发生过冷沸 腾， 在过冷沸腾作用下产生一种交变的热应力 ， 从 而导致管端和管板裂纹。建议如下： ( 1 ) 设法降低 内前管板 的人 口烟温 ， 应适 当 增加波形炉胆 的长度 ， 把 内前管板 的人 口烟温控 制在 8 0 0 o C 9 0 0 o C范围内 ， 最好是 8 0 0 o C 左右。 ( 2 ) 提高产品制造质量。必须采用先胀后焊 的消除间隙的制造工 艺， 内前管板烟管开孑 L 应严 格按照 J B T 1 6 2 2 1 9 9 3 ( 锅炉胀接管孔尺寸和管 端伸 出长度 标准， 并严格按照 G B T 1 6 5 0 8 1 9 9 6 ( 锅壳锅炉受压元件强度计算 中烟管焊接 规定进行制造 ， 确保制造质量 。 ( 3 ) 试验表 明， 只要 内前 管板 区域 的水速大 于 0 1 m s ， 就可避免“ 过冷沸腾” 。因此 ， 进行锅 炉设计时 ， 适当增加 内前管板部位 的供水并加强 扰动， 提高流速， 改善水循环工况。如： 可使给水 分配管适当靠近内前管板 ， 并在近 内前管板处增 大开孔尺寸 和数量 ， 增加流速 ， 加强扰动， 破坏边 界层， 改善水循环工况， 避免过冷沸腾的发生。 参考文献 1 王小平， 吴恭平， 赵吉鹏， 等 WN S型热水锅炉管板 裂纹原因分析及其设计优化 J 工业锅炉， 2 0 0 9 2 王保兴， 闫晓涛 热水锅炉管板裂纹原因分析及处 理 J 应用能源技术 ， 2 0 0 2 3 谢育卿 热水锅炉运行的常见问题及预防 A 山 西省科学技术情报学会学术年会论文集 C 2 0 0 4 4 李秋仁， 李贞荣 ， 吴海兵， 等 五起锅壳式燃气热水 锅炉烟