WNS型热水锅炉管板裂纹原因分析及其设计优化
WNS型锅壳式锅炉烟管管端_管孔裂纹漏水现象的分析_席代国
示。
25% 以上的瞬时蒸汽流量达 23 ～ 27 t / h。
③裂口呈轻微碳化状 \氧化色彩。
③锅炉配套燃烧机为威索 G70 /2，其自动比调
④发生开裂的管端只有一道裂纹，皆位于管子 功率最大可达 10 500 kW，也就是说，燃烧机的超负
上方 12 点位置附近（ 如图 8） 。
荷能力较强。
⑤裂纹沿径向扩展至焊缝中间位置，尚没有延
要防止这类事故发生，制造厂在加工管孔时应 控制好管孔孔径和表面光洁度，胀管时满足消除管 孔与管壁缝隙的条件。 2． 5 因超温过热引起的烟管管端裂纹漏水
引起这种管端裂纹漏水的原因比较多，但无论 什么原因，裂纹的部位都是从管端开始，且都是发生
图2
引起管端超温过热的主要原因大致有如下四 种： a、管端伸出焊缝过长或管壁管孔间隙过大； b、管 壁、管板水垢较厚； c、锅炉超负荷运行； d、燃烧器火 焰长度过长，火焰高温区靠近回燃室。
以上裂纹漏水的主要原因是锅炉长途运输的颠 簸，管子产生低周震荡致使管子发生脆性裂纹，这种 事故可以通过结构上的设计解决。 2． 4 因热疲劳和苛性脆化而引起的烟管管端裂纹 漏水
从笔者掌握的资料来看，这种裂纹漏水现象相 对比较少。文献［1］介绍了因热疲劳和苛性脆化而 引起的烟管管端裂纹漏水现象，并分析了相应原因。
这种事故在新装锅炉和在用锅炉都有发生。这 种漏水的特征是漏水管端数量很少或是单个管端， 而且漏水的部位没有规律，事故的发生一般是因焊 缝未熔合或焊缝有夹渣、咬边所致。 2． 3 因长途运输引起管端裂纹漏水
这种事故发生在新装锅炉水压试验注水时管端 就漏水，漏水的管端数量较多。这类事故多发生在
·事故与分析·
1 WNS 型锅壳式锅炉管端、管孔裂纹漏水 类型
烟火管式锅炉管板裂纹成因分析及防治
烟火管式锅炉管板裂纹成因分析及防治【摘要】烟火管式锅炉在使用过程中出现烟管管口开裂和管板裂纹，是锅炉运行工作的一个危险信号，如果继续运行，轻则会使锅炉报废，重则可能引起安全事故。
因此，当发现这种现象时，必须立即停炉，对锅炉及运行状况综合分析，采取有效的处理措施。
【关键词】管板；裂纹；成因分析；处理措施前言烟火管式锅炉在采暖领域广泛应用，在实际运行过程中，该型锅炉多次出现后管板高温区烟管管口开裂和管板裂纹现象，轻者造成锅炉损坏，重则酿成安全事故。
为彻底消除该安全隐患，现以具有代表性的一台WNS型燃气锅炉进行分析。
WNS型燃气锅炉结构笔者所在地区的两台WNS型4.2MW热水锅炉安装于2004年，二回程烟管结构，2009—2010年采暖期结束后，在进行常规检查时，发现管板受热面结垢严重。
后管板高温区发现数根烟管管口开裂并泄露。
同时烟管裂纹由焊缝向管板延伸，管板经钢刷打磨后出现肉眼可见裂纹，但管板孔桥无贯通。
锅炉管板为16Mn材料，厚度为16 mm，锅炉烟管为全焊接结构。
1、原因分析1.1供暖系统采用锅炉直供。
在使用过程中极易将管网、散热器内部形成的锈蚀带入锅炉，并在锅炉内沉淀积累。
2008年，该地对采暖管网进行过全部更新改造，更新后因管网冲洗不到位而将管网施工过程中的残余泥沙和铁锈带入锅炉。
这些锈蚀和泥沙会和锅炉水垢一同附着在锅筒壁上，影响锅炉传热，导致烟管中烟温过高。
1.2水质管理不当导致炉水水质超标或排污不及时导致炉水水质超标。
在内部检验时发现锅炉大量结垢，后管板水垢明显。
水垢的导热系数较钢板低数十倍，使高温烟气冲刷后管板不能迅速将热量传递给炉水，该部位金属温度升高，金属抗拉强度下降。
在正常压力下，该部位金属经受接近于它的屈服点的拉伸力产生裂纹。
1.3烟管预胀没有达到预期目的。
高温区烟管在焊接前，要求进行预胀以消除间隙。
根据制造厂资料，该锅炉烟管有相关的预胀工艺记录。
但根据现场割下情况看，部份烟管预胀没有达到预期目的，烟管壁与管板间存在间隙。
卧式锅壳锅炉管板高温段裂纹分析预防及改良方法
卧式锅壳锅炉管板高温段裂纹分析预防及改良方法卧式锅壳锅炉是一种常见的热工设备，用于将水加热为蒸汽，供应给工业生产的各个环节。
由于工作温度较高，容易导致管板产生裂纹，影响设备的正常运行。
因此，对于卧式锅壳锅炉管板高温段裂纹的分析、预防和改良方法至关重要。
首先，对于管板高温段裂纹的分析，我们需要深入了解裂纹产生的原因。
管板高温段由于受热过程中温度变化较大，会造成管板的热膨胀和冷缩不均匀，从而形成应力集中。
同时，管板在工作中还承受着相应的压力和冲击，这也会增加应力集中的程度。
这些应力集中的地方容易发生裂纹，并随着时间的推移逐渐扩展。
因此，分析裂纹形成的原因可以帮助我们更好地预防和改良。
其次，对于管板高温段裂纹的预防，有一些关键措施可以采取。
首先是设计合理的结构，尽量减小应力集中的程度。
可以采用圆角设计来减小孔洞和接触面的应力集中。
其次是材料选择，选用具有较好抗应力和抗疲劳性能的材料。
还要注意合理的工艺流程，避免过度加载和热冷循环的频率过高。
同时，对于卧式锅壳锅炉的维护保养也非常重要，及时清理管道，避免管道堵塞和腐蚀，以保证正常的工作条件。
最后，对于管板高温段裂纹的改良方法，可以考虑以下几个方面。
一是通过加装补强件，以增加管板的强度和刚度。
补强件可以采用焊接或螺栓连接方式，以适应不同应力集中位置的需要。
二是通过改变管板的结构，例如增加管道的连接点数或密集程度，以分散应力集中。
三是在裂纹的易发部位增加应力分散强化层，以提高其抗裂纹传播的能力。
其中，焊接是常用的改良方法，可以通过预应力焊接或焊接接头优化设计来改善管板的性能。
综上所述，对于卧式锅壳锅炉管板高温段裂纹的分析、预防和改良方法，我们需要深入了解裂纹形成的原因，采取合适的预防措施，并通过改良方法提高管板的强度和抗疲劳性能。
只有全面考虑以上因素，才能确保卧式锅壳锅炉的安全运行。
热水锅炉前管板裂纹分析及预防对策
焊缝 质量缺 陷 ， 往使 得该 连接 强度 较低 ， 为事 往 成
故易 发部位 。
膜 逐 渐变成 汽 膜 ， 使 管孔 壁 和管 端 传 热 恶 化加 致 剧 。汽膜 喷 出间隙 ， 锅水 再一 次渗 入形 成水 膜 ， 周
而复 始 ， 由此产 生 的温 度交 变应 力 作 用 于 管板 与
０ 引 言
某单位 新安装一 台 Ｄ Ｉ ２—１０ １５７ Ａ ＺＡ． ．／ １／ ０一 Ⅱ
管 焊缝 裂纹 多 ， 管 管端 裂 纹 少 。孔桥 裂 纹 多 为 烟
贯 穿性 裂纹 ， 贯穿性 裂纹 均呈 纵 向分 布 。
３ 短时期 内产 生裂 纹 ， 炉 从 投 入运 行 到管 ） 锅 板 发 生泄 漏 ， 间 短 。这 台锅 炉运 行 不 足 １个 采 时 暖期 。
ａｅ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ， ｎ ｏ ｎ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｓ ａ ｅ ｐ ｏ ｉｅ ｒ ｉｃ ｓ ｅ ａ ｄ ｃ ｕ ｔｒ ａ ｕ ｅ ｒ ｒ ｖｄ ｄ． Ｋｅ ｒ ｓ： ｏ ｙ ｗｏ ｄ ｈ ｔ—ｗａ ｅ ｏ ｌｒ ； ｐｅ ｃ ａ ｋ ｎ ｒｏ ｔｔ ｅ ｓ ｅ ｔｃ ａ ｋ ｎ ｔｒｂ ｉｅ ｐｉ ｒ ｃ ｉ ｇ；ｆ ｎ ｕｂ ｈ ｅ ｒ ｃ ｉ ｇ
桥 多处 出现 裂纹 渗漏 。
４ 裂纹 长 度 大 。经 过 清 理 烟 灰 、 磨 后 ， ） 打 采
用 磁粉 着色探 伤 确认 为 管 板 穿 透性 裂 纹 ， 纹 长 裂 度 ３～１ ｍ， ０ ｍ 宽度 ０ ５～ ． ｍ。 ． ０ ８ｍ
１ 管板 裂纹特征
１ 裂纹 数 量 大 。检 验 中发 现 １台锅 炉 烟 管 ） 及 管板 裂纹 共 ２ ２处 （ 管共 ７ 烟 ９根 ） 。 ２ 分布集 中。裂 纹 主要 分 布 在 管板 中部 ， ） 烟
烟火管式锅炉管板裂纹成因分析及防治
烟火管式锅炉管板裂纹成因分析及防治【摘要】烟火管式锅炉在使用过程中出现烟管管口开裂和管板裂纹，是锅炉运行工作的一个危险信号，如果继续运行，轻则会使锅炉报废，重则可能引起安全事故。
因此，当发现这种现象时，必须立即停炉，对锅炉及运行状况综合分析，采取有效的处理措施。
【关键词】管板；裂纹；成因分析；处理措施前言烟火管式锅炉在采暖领域广泛应用，在实际运行过程中，该型锅炉多次出现后管板高温区烟管管口开裂和管板裂纹现象，轻者造成锅炉损坏，重则酿成安全事故。
为彻底消除该安全隐患，现以具有代表性的一台WNS型燃气锅炉进行分析。
WNS型燃气锅炉结构笔者所在地区的两台WNS型4.2MW热水锅炉安装于2004年，二回程烟管结构，2009—2010年采暖期结束后，在进行常规检查时，发现管板受热面结垢严重。
后管板高温区发现数根烟管管口开裂并泄露。
同时烟管裂纹由焊缝向管板延伸，管板经钢刷打磨后出现肉眼可见裂纹，但管板孔桥无贯通。
锅炉管板为16Mn材料，厚度为16 mm，锅炉烟管为全焊接结构。
1、原因分析1.1供暖系统采用锅炉直供。
在使用过程中极易将管网、散热器内部形成的锈蚀带入锅炉，并在锅炉内沉淀积累。
2008年，该地对采暖管网进行过全部更新改造，更新后因管网冲洗不到位而将管网施工过程中的残余泥沙和铁锈带入锅炉。
这些锈蚀和泥沙会和锅炉水垢一同附着在锅筒壁上，影响锅炉传热，导致烟管中烟温过高。
1.2水质管理不当导致炉水水质超标或排污不及时导致炉水水质超标。
在内部检验时发现锅炉大量结垢，后管板水垢明显。
水垢的导热系数较钢板低数十倍，使高温烟气冲刷后管板不能迅速将热量传递给炉水，该部位金属温度升高，金属抗拉强度下降。
在正常压力下，该部位金属经受接近于它的屈服点的拉伸力产生裂纹。
1.3烟管预胀没有达到预期目的。
高温区烟管在焊接前，要求进行预胀以消除间隙。
根据制造厂资料，该锅炉烟管有相关的预胀工艺记录。
但根据现场割下情况看，部份烟管预胀没有达到预期目的，烟管壁与管板间存在间隙。
WNS燃气热水锅炉管口裂纹的原因及对策
WNS燃气热水锅炉管口裂纹的原因及对策
余笑枫
【期刊名称】《特种设备安全技术》
【年(卷),期】2003(000)006
【摘要】在WNS燃气热水锅炉运行过程中,常常出现二回程入口处的管口裂纹现象.分析了管口裂纹产生的原因,并提出了预防管口裂纹的对策.
【总页数】3页(P20-22)
【作者】余笑枫
【作者单位】广州市锅炉工业公司技术部,广东·广州,510025
【正文语种】中文
【中图分类】TU833.11
【相关文献】
1.燃气热水锅炉管口产生裂纹的原因及对策 [J], 胡洪;余笑枫;张焕亨
2.WNS 型燃气蒸汽锅炉管板（管口）泄漏原因分析 [J], 薛峰;卢忠铭;王恋
3.一台WNS型蒸汽锅炉烟管管端裂纹原因分析及其处理 [J], 伍韶君
4.WNS燃气热水锅炉管口裂纹的原因及对策 [J], 余笑枫
5.WNS燃气热水锅炉管口裂纹的原因及对策 [J], 余笑枫;张焕亨;胡洪
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浅谈快装锅炉后管板裂纹形成原因及预防措施
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痕 1996~2005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痕。
本文对后管板裂痕产生的原因、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，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。
如因制定、改造、使用管理不当很容易造成管板开裂事故。
2.后管板裂痕产生的原因(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惫损伤。
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、受力的不均匀性，诱发了管孔四周以及管板之间的裂痕缺陷的产生。
(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。
锅炉回燃室前管板(端)裂纹成因分析与优化措施——以wns型燃气蒸汽
锅炉回燃室前管板（端）裂纹成因分析与优化措施——以WNS型燃气蒸汽锅炉为例官伟（内江市特种设备监督检验所，四川内江 641000）摘 要： 以WNS型燃气蒸汽锅炉为例，对回燃室前管板（端）裂纹成因进行分析。
研究发现：在结构设计方面，烟管长度设计超标，使得回燃室烟气温度过高，致使管孔区出现短裂纹；在制造工艺方面，制造单位未按照行业标准要求控制回燃室前管板（端）长度，也未按照操作步骤先胀管后焊接，致使烟管与回燃室前管板之间的间隙超标；在运行规程方面，燃烧器火焰长度调整过长、锅炉启停频繁、锅炉内局部区域水循环不良、水质不达标等因素，造成烟气温度过高、热负荷波动大、冷却效果不佳等问题，共同导致回燃室前管板（端）产生裂纹。
提出了优化锅炉结构设计，加强锅炉安装环节的监督检验，强化使用单位对锅炉运行的管理制度建设等。
优化措施对安全使用有参考作用。
关键词： WNS型燃气蒸汽锅炉；回燃室；前管板（端）；裂纹；热负荷；结构设计中图分类号：T K229.8文献标识码：A文章编号：2095-8412 (2020)02-064-05工业技术创新 URL: http: // DOI: 10.14103/j.issn.2095-8412.2020.02.012引言近年来，燃气蒸汽锅炉因体积小、结构紧凑、检修方便、运行稳定、具有较高热效率和环保性等优点，正在不断取代传统的燃煤锅炉。
W N S型卧式内燃湿背式燃气蒸汽锅炉（以下简称“W N S型燃气蒸汽锅炉”）回燃室前管板（端）由于受到制造工艺以及使用方法等因素的影响而出现大量裂纹的案例屡见不鲜。
本文对这一问题进行深度分析，并提出相应的解决方案，希望为其他燃气蒸汽锅炉解决风险、安全使用提供启发。
1 问题的提出我市某食品加工企业2015年8月安装一台WNS型燃气蒸汽锅炉，2015年9月投入运行。
锅炉基本情况如表1所示，锅炉主要受压部件情况如表2所示。
2018年9月企业内部检验发现以下问题：（1）回燃室前管板管孔区存在向外辐射状裂纹28条，部分裂纹已从烟管管端穿过焊缝裂至管板，导致锅水泄漏（如图1、图2所示）；（2）回燃室烟气侧底部有积水（如图1所示）；（3）第二回程烟管进口处有白色结晶物（如图2所示）；（4）锅炉水质长期不达标。
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文章编号:100428774(2009)03250204第一作者:王小平(1965-),1985年毕业于甘肃工业大学焊接专业,从事锅炉压力容器检验工作。
WNS 型热水锅炉管板裂纹原因分析及其设计优化收稿日期:2009204208王小平,吴恭平,赵吉鹏,王旭(甘肃省锅炉压力容器检验研究中心,兰州730030)The R easons of the Tube -s heet Crack and Op tim izi ngDesi gn ofWNS H otW a ter BoilersWA NG Xiao 2ping ,WU Gong 2ping ,Z HAO Ji 2peng ,WANG Xu(Gansu Boiler and Pressure V esse I nspecti o n Research Centre ,Lanz hou 730030,Ch i n a) 摘 要:针对多台WNS 型热水锅炉回燃室管板出现裂纹泄漏的案例,对长期工作于高温烟气环境中的热水锅炉管板的失效过程和失效原因进行了分析,认为水循环设计不良、烟管管端焊接结构不合理是导致WNS 型锅炉管板裂纹频发泄漏事故的主要原因,优化水循环设计及烟管管端焊接结构等可以根本解决管板裂纹问题。
关键词:WNS 热水锅炉;管板;裂纹;设计优化中图分类号:TK229 文献标识码:B0 前言WNS 型燃气热水锅炉因体积小、结构紧凑、操作简便、热效率高,近年来被广泛采用。
由于设计制造及使用方面的原因,WNS 型燃气热水锅炉高温区管板及烟管管端出现裂纹泄漏的案例屡见不鲜,其损坏型式多种多样,原因分析结果也大致类同,但都未从根本上提出解决问题的方案。
针对WNS 型燃气热水锅炉的特点及普遍存在的问题,我们研究小组用3年多时间专门对近20台WNS 型燃气热水锅炉管板裂纹泄漏案例进行了跟踪调查和分析。
调查发现出现管板裂纹泄漏事故的该型号热水锅炉,大多使用一年左右,且修理后管板裂纹泄漏事故依然频繁发生,少部分发生在使用3、4年后。
本文以某真空厂及兰铝物业公司的4台WNS 型燃气热水锅炉为例,分析该类锅炉管板及烟管产生裂纹泄漏事故的原因,并提出了解决的办法。
1 检验情况1.1 某真空厂锅炉检验情况某真空厂2005年10月安装杭州某厂制造的2台燃气热水锅炉(型号为WNS 4.2)1.0/95/70)Q ,WNS 5.6)1.25/95/70)Q ),同年11月18日投入运行,2006年10月进行定期检验,发现回燃室管板结水垢1.5mm ,无其他异常。
11月18日再次投入运行,2007年1月21日发现5.6M W 热水锅炉回燃室管板泄漏而停炉,2007年2月20日发现4.2M W 热水锅炉回燃室管板泄漏,经过紧急抢修后运行至采暖期结束。
4月23日对2台锅炉进行全面检验,情况如下。
(1)2台锅炉为卧式内燃三回程结构,波形炉胆(后部为锥形),烟管(20#,<63.5@3.5)为环形布置,回燃室管板为20g ,51600@16。
下部炉体正中间单侧进水(2@<150),顶部正中间出水(<200),进出口均设有挡水板(L =950mm ),挡板四侧开孔(<12)。
(2)回燃室烟管管端及焊缝过热开裂,主要集中在管板的上半区,5.6M W 热水锅炉达30多处,4.2M W 热水锅炉达20多处,最严重的裂纹(贯穿)长约30mm,未开裂管端也有不同程度的过热现象。
(3)回燃室管板水侧水垢约3.0mm,管束间有大量垢渣堆积。
(4)回燃室烟管与管板的焊接质量较差,焊角高度不足,成型较差;部分管端伸出长度超标,伸出长度最大约为8mm;部分相邻两焊缝间距小于6 mm,最小约3mm。
(5)多次抽查化验水质,给水硬度合格。
1.2兰铝公司锅炉检验情况兰铝物业公司于2005年安装2台无锡某公司制造的WNS5.6)1.0/95/70)Q燃气热水锅炉,运行期间1#、2#锅炉交替使用,2007年2月发现回燃室管板泄漏,据电脑统计,1#锅炉共运行2479小时,停466次;2#锅炉共运行4901小时,停242次;经同年3月12日、4月20日检验,情况如下。
(1)2台锅炉为卧式内燃三回程结构,波形炉胆(后部为锥形),烟管(20#,<70@3.5,L=4225mm)为上下错排布置,回燃室管板为20g,51700@14。
下部单侧进水(<200,距离回燃室管板1050mm),顶部出水(<200,距离回燃室管板500mm),进出口均设有挡水板(出水挡板L=1200mm),挡板四侧开孔(<12)。
(2)1#锅炉回燃室烟管管端及焊缝有16处裂纹泄漏,其中一条裂纹从管端延伸至管内20mm。
2#锅炉回燃室烟管管端及焊缝有36处出现大量径向、辐射状热疲劳裂纹,其中一条裂纹从管端延伸至管内20mm。
部分角焊缝焊肉撕裂并脱离管板,断口平直。
部分管板孔桥及烟管管口有明显的塑性变形。
烟管管口内壁有5处较为明显的压痕(与预胀或后胀有关),径向痕深2~4mm。
其中一处管壁压痕与管孔边缘剪切处出现破裂,穿孔漏水,尺寸为(12@5)mm。
(3)回燃室烟管部分管端伸出长度为8~9 mm,超过图纸要求(<6.5mm)。
(4)回燃室前管板所覆耐火层呈棕红色,未与管板贴紧,其间隙为5mm。
经测量耐火层孔径约为67mm,大于烟管内径(63mm)。
(5)回燃室烟气温度设计偏高(大于1200e),虽覆有耐火层以降低该区域热负荷,但因耐火层孔径大于烟管内径,反而使烟管管端及焊缝单位热负荷更大(与管口效应有关)。
(6)锅炉进出水方式设计为底部单侧进,顶部出水,虽将出水口设计在回燃室上方,但还是没有解决该处的水循环流速过低的问题(该处结有较厚的水垢及垢渣堆积可以证实)。
(7)回燃室前管板水侧结水垢1~3mm(其他部位无),管束间堆积有大量的垢渣等杂物约3~6mm。
(8)经过水质抽样分析,锅炉水质符合GB1576的要求。
2讨论分析从以上检验情况可以看出,卧式内燃燃气热水锅炉管板的开裂、泄漏、鼓包、变形与锅炉的结构、制造工艺、水循环方式、燃烧系统、热负荷、水处理状况、烟气温度水平及气体流动工况有直接的关系。
通过检验数据分析,文中4台燃气热水锅炉管板开裂的主要原因在以下几个方面。
2.1回燃室管板的烟气温度偏高,热负荷偏大大多数制造单位为节省材料,将燃气热水锅炉结构设计紧凑,受热面布置密集。
4.2M W及5.6 M W锅炉炉胆设计直径、长度均较小,使回燃室设计烟气温度较高。
文中4台锅炉烟气温度为1200 e。
管板的传热主要是辐射热,其次是很小的对流热。
而管端的传热情况较为复杂,根据研究表明,该处的传热是辐射和对流的叠加,由于存在/进口0效应,该处的热负荷是整个管板热负荷最大处,是单纯稳定流状态下热负荷的3倍以上。
由于烟气温度高,热负荷大,管端伸出管板表面,伸出部分直接与高温烟气接触,冷却条件差,长时间局部过热,将引起材料冲击韧性下降,容易发生脆性开裂。
例如,真空厂锅炉实际管端伸出长度为8mm(标准规定设计伸出长度为6.5mm),加剧了短时间内发生管端及焊缝过热而开裂[1]。
2.2水循环不良卧式内燃锅壳锅炉的自然水循环比较复杂,循环回路不清晰,目前国内没有统一的理论描述。
文中4台热水锅炉进水、出水方式设置一样,均为下部进、上部出,见图1所示。
图14台锅炉进水、出水设置锅内未设置导流装置,没有很好地组织水循环,就整个锅筒内而言,基本上属自然循环,导致热负荷较高的回燃室前管板处水循环不良、流速很小,又由于间隙的存在,从而产生过冷沸腾现象[2](有试验表明,只要水流速度大于0.1m/s,就可避免过冷沸腾),即使水质达标(该案例水质达标),也会造成局部杂质浓度增大,形成水垢,使管板壁温升高,材料过热,冲击韧性下降,同时产生较大的温差应力[6]。
由于管端及焊缝处应力水平最高,开裂也就先从管端产生,裂纹扩展延伸至管板使管板开裂。
水垢或杂质堆积多,也会因壁温严重超温,使管板、烟管产生较大的塑性变形。
2.3烟管与管板的连接型式及焊接质量的影响我国卧式内燃燃气热水锅炉烟管与管板的连接一般为角焊缝焊接,角焊缝的强度取决于沿焊缝45 e方向的抗剪面的大小。
该焊缝存在很大的应力集中,其程度取决于焊缝金属与母材之间的过度型式。
研究表明,在焊角高度相同的条件下,凹形截面的焊趾应力集中系数为1.5,焊跟应力集中系数为3.0。
因此,烟管与管板的角焊缝连接型式及焊接质量决定着该处的强度和应力水平[3]。
该案例的焊接质量较差,焊角高度不足,成形也差,管端伸出长度也超标严重;同时部分相邻两焊缝间距小于6mm,相邻两热影响区重合,使得该处强度低,应力水平高,从而容易产生裂纹。
另外,在设计制造中,烟管外壁与管孔壁间有间隙。
运行中,间隙内充满一圈水环,随着热量的传递,水环受热而蒸发,由于间隙内不可能有良好的水循环,因此,产生的蒸汽停留在间隙内继续受热,使管孔壁和管端传热恶化,造成该部位金属过热。
当间隙内的蒸汽加热到一定程度,就会膨胀扩散而冲击间隙,这时锅水又填满间隙,使管孔壁和管子受到急剧冷却。
在运行中,这种过程反复不断,在热交变应力的作用下,极易导致热疲劳裂纹。
标准规定,焊接前应进行预胀以消除间隙,但未规定胀管率,实验表明,先焊后胀优于预胀。
在制造厂实际生产中,是进行了预胀或焊后胀,但效果并不理想,间隙仍然存在,继续存在发生过冷沸腾的条件。
2.4频繁启停的影响文中4台热水锅炉是间断运行,正常时一天二次启停,早、晚供热。
供热期间,由于设置出水温度一般为55~60e,运行时也常常是循环水泵不停,保持热水流动,而锅炉并不总是在燃烧。
由于设置出水温度偏低,进出水温差偏小,这样势必会造成锅炉频繁启停,从而使锅炉受热面特别是高温区管板反复地经受升温和降温的变化,因卧式燃气热水锅炉蓄热能力小,这种温度的升降会更剧烈[4]。
这种变化当然会使管板具备产生热疲劳的条件。
3设计优化根据我们对该炉型的对比研究分析,要有效地防止该型锅炉回燃室烟管及管板产生裂纹,使锅筒内水循环处于旋转流动的良好状态,降低回燃室设计温度及热负荷,降低管板应力水平,在设计制造及使用管理上要考虑以下几点。
3.1合理设计配水方式,消除死水区消除回燃室管板处的死水区,保证一定的水流速,形成良好的水循环,保证回燃室管板得到可靠冷却。
卧式锅壳锅炉的自然水循环比较复杂,循环回路不清晰,2.1M W以上的热水锅炉尤甚。
目前,国产WNS热水锅炉进出水方式及水循环组织型式多样,经过对比分析,我们认为如图2所示的水循环设计方案最为简单可靠。
该方案采用上进上出的进出水方式,由锅筒上部将回水以大于0.1m/s的流速导入上方,经导水管使回水直接冲刷高温区管板及高温管束,在锅筒中部靠后设置挡水板,烟管也穿过挡水板,水经过锅筒底部绕过挡水板从锅筒前侧顶部的出水管流出,这样进水管中的水会向下流动,使其完全流过高温区管板及管束区,形成一个由挡板干扰形成的循环回路。