淺析SHL10-2.45/400型鍋爐防焦箱裂紋的產生及防治

范方榮 堯小麗 余普洲 官偉

(內江市特種設備監督檢驗所,四川內江 641100)

淺析SHL10-2.45/400型鍋爐防焦箱裂紋的產生及防治

范方榮 堯小麗 余普洲 官偉

(內江市特種設備監督檢驗所,四川內江 641100)

通過一臺電站鍋爐防焦箱在使用過程中產生的裂紋事故,分析了問題產生的原因,提出了合理建議。

防焦箱 環形裂紋 熱應力

1 問題提出

2010年8月,我們在對我市威遠縣三維酒業有限公司一臺SHL20-2．45/400型發電鍋爐進行內部檢驗時,發現兩只防焦箱后頂部有多條環形裂紋,如圖1。

2 鍋爐概況

鍋爐型號:SHL20-2．45/400。制造單位:杭州鍋爐廠。設計參數:蒸發量:20t/h；過熱蒸汽出口壓力:2．45MPa；防焦箱規格:Φ219×10；防焦箱材質:20#。

3 產生環境裂紋的原因分析

3.1 熱疲勞

①內部檢驗中發現鍋爐防焦箱內結垢并不嚴重,約1mm左右,因而排除了防焦箱由于結垢嚴重,傳熱效果不良,其冷卻受到制約,導致防焦箱壁溫升高,并超過其許用溫度,致使防焦箱機械強度下降而產生裂紋。②內部檢驗后,計算下降管與上升管的總截面積比,在0．2～0．3范圍內,滿足鍋爐自然水循環的要求。③由圖1可知,防焦箱在1830mm范圍內,未設置水冷壁上升管,在這區間頂部形成一段循環“死水區”,加之防焦箱這段處于爐膛主燃燒區,防焦箱受到較強的熱輻射,內部水的溫度必然迅速升高而導致汽化,使防焦箱頂部壁溫升高。④內部檢驗中還發現,水冷壁管在防焦箱內伸出過長,影響了補給水的進入。

圖1

圖2 為防焦箱軸向溫度分布

3.2 溫差應力

①防焦箱壁溫和熱應力分析:根據熱應力分析和壁溫測試得到防焦箱的溫度分布如圖2、圖3所示；圖2為防焦箱軸向溫度分布,圖3為防焦箱周向溫度分布,最大溫度面向爐排一側,偏離防焦箱頂部15°,而內外壁溫差為15°左右。由于此防焦箱為Φ219×10管子,其外徑與內徑比K≈1．1,所以屬于薄壁結構,可以認為內外壁溫差(即徑向溫差)引起的熱應力較小,可以忽略不計。由圖2可知,防焦箱前無水冷壁上升管段和后無水冷壁上升管段與水冷壁管區存在一個軸向溫差,軸向溫差產生不同的徑向變形而導致熱應力。由圖3可知,防焦箱周向也存在不同的壁溫,周向溫差不僅造成防焦箱軸向伸長,更主要是造成防焦箱軸向彎曲,當然也會引起防焦箱很小的周向變形,一般不予考慮；由于防焦箱是焊接在水冷壁管和下降管上,故軸向伸長和軸向彎曲的約束較小,即可以認為是自由的而不會引起熱應力。綜上所述,防焦箱熱應力主要是軸向溫差所致。

②經了解,該爐在運行中啟、停頻繁,燃燒狀況波動較大,導致防焦箱產生交變熱應力。所以,防焦箱在運行期間反復經歷著以下幾個變化過程:鍋爐點火啟動→受高溫熱輻射→防焦箱后頂部“死水區”壁溫急劇上升→鍋爐停爐壓火→防焦箱后頂部“死水區”壁溫降低。由于這個過程不斷循環往復,加上溫差應力的作用,必然使防焦箱后頂部“死水區”在1830mm的范圍內產生環形裂紋。

圖3 為防焦箱周向溫度分布,其中tmax=450℃,ts=200℃

圖4

4 防冶措施

由以上分析可知,該鍋爐防焦箱后頂部產生裂紋的主要原因是由于鍋爐結構設計不合理,鍋爐安裝過程中水冷壁管伸出防焦箱過長,溫差應力,局部水循環不良引起的受熱部件冷卻不良所致。為從根本與消除事故隱患,建議鍋爐制造廠采取以下方法處理:如圖4所示,移動防焦箱后部4根水冷壁管的位置,且控制水冷壁管伸出防焦箱的長度。這樣改動后,由于有一部份飽和蒸汽通過這4根水冷壁管上升到鍋筒,從而使防焦箱后頂部“死水區”得到可靠冷卻,改善了水循環,避免了環形裂紋的產生。對于已產生的環形裂紋也由專業單位做了妥善的修理。鍋爐修理及改造后經外觀檢驗、無損檢測、水壓試驗合格后投入使用。經改造幾年后,運行及檢驗結果表明:鍋爐運行狀況良好,防焦箱不再產生裂紋事故。

[1]李之光等編寫.[M].鍋爐基礎知識.北京:勞動人事出版社,1983.

[2]林宗虎,張永照主編.鍋爐手冊[K].北京:機械工業出版社,1987.

Through the crack accident in a power plant boiler Scorch box. produced in the use process, analyzes the causes of the problem, put forward reasonable proposals.

Scorch box Annular crack thermal stress

范方榮(1963—),男,工程師,鍋爐、壓力容器、壓力管道檢驗師、無損檢測高級人員(PT-Ⅲ),研究方向:長期從事鍋爐、壓力容器、壓力管道檢驗。