废热锅炉进水管管口裂纹分析及处理

废热锅炉进水管管口裂纹分析及处理

　我厂从德国进口的废热锅炉是PKM煤加压气化工艺中的主要设备，为立式浮头列管式，共有5台，1993年6月投入运行。1997年，5台废热锅炉进水管根部相继发生泄漏，严重影响了生产的稳定运行，经停炉检查，发现4根进水管管口处均存在放射状裂纹。本文对此事故作了定性分析，并介绍了处理方案。

　　1废热锅炉基本参数介质（管程/壳程）粗煤气/（锅炉水+饱和蒸汽）。

　　工作压力（管程/壳程）工作温度管程T入壳程T入：实际运行参数：工作压力（管程/壳程）工作温度管程T入T出壳程T入：T出：2宏观观察废热锅炉（）进水管（4根把7管）为插入式全焊透结构，在筒体内进水管管口处焊有一面开口的n型挡板，以使水在筒体内向一个方向（下方）流动，从取下的分析样观察，可见以进水管为中心的大量的放射状裂纹以及沿n型挡板连接焊缝走向的裂纹，其中两条最长的裂纹已穿透筒壁，它们均沿筒体环向走向，从裂纹的宏观形貌看，部分裂纹启裂于管口棱角处，部分裂纹启裂于焊缝表面，裂纹表面被腐蚀产物覆盖，呈黑褐色。用机械方法打开几个较大裂纹，发现除上述两个穿透性裂纹外，其他裂纹均较浅，深度在2mm以内。另外n型挡板的开口侧裂纹较少，但点腐蚀严重，点腐蚀坑深度在1~2mm，个别的达4mm. 3性能分析为进一步了解裂纹产生的原因，为修复改造提供依据，我们委托哈尔滨焊接研究所对裂纹部位取样进行化学、金相、机械性能及扫描电镜分析，分析结构如下。

　　1.1化学成分分析由分析结果可知，筒体材质符合原东德的Mb16钢的标准，材质相当于我国的15钢。

　　1.2机械性能取样进行V型缺口常温冲击，其冲击值较高（个样的▲值分别为136J、150J、140J）表明材质禚性较好，在使用中未有劣化现象。

　　1.3金相分析母材组织为铁素体十珠光体，有带状特征，晶粒较细，铁素体晶粒度10 ~11级，珠光体呈片状，未见球化倾向，表面未见脱碳现象，焊缝组织为共析铁素体十粒状贝氏体十针状铁素体。

　　裂纹呈穿晶，较平直，有少量分枝，尖端较圆钝，裂纹两侧金属无脱碳现象，裂纹内有腐蚀产物，腐蚀坑底部未见裂纹。

　　1.4扫描电镜断口分析在裂纹尖端可见到与裂纹前沿平行的一道道纹路，条纹间距较宽，可认为是由交变载荷引起的疲劳裂纹。

　　用能谱仪对裂纹表面的腐蚀产物进行分析，除Fe外未见其他元素，可认为腐蚀产物为Fe的氧化物。

　　4裂纹及点腐蚀原因分析该废热锅炉采用n型挡板控制进入筒体水的流向，运行时挡板外蒸汽温度达158*C以上，n型挡板内水温只有50~60°c，这样在挡板两侧距离仅为10~20nm的范围内温差可达近百度，在理论上按CT=T差。差=100*C线膨胀系数a=12.弹性模量E =189X103MPa）计算，在n型挡板内由温差引起的拉应力上工作应力、焊接残余应力、开孔引起的应力集中等因素，管口周围的应力，特别是挡板处的总应力将会超过Mb16钢的屈服极限（Mb16钢最低屈服极限为220~240MPa），而且管口附近的应力将随着开炉、停炉、给水、停水而发生脉动变化。同时根据以上宏观、化学成分、机械性能、扫描电镜分析结果，可认为管口处放射状裂纹是热疲劳裂纹，而且是大应力低周疲劳裂纹。

　　n型挡板开口侧裂纹较轻且点腐蚀严重，其原因是开口侧由于直接进水，冷却面积较大，单位长度温差较小，所以温差引起的应力较小，不易形成裂纹。该处的点腐蚀是属氧腐蚀，产生的原因是锅炉水除氧不彻底。

　　5检修处理方案（）将废热锅炉进水管插入式全焊透结构，改为套管结构（见）套管直径为108mm，材质为20钢，焊条用E4303，由于低碳钢的焊接性能较好，因此焊前无需预热，焊后加热到150C保温缓慢冷却以消除焊接应力。

　　型挡板一面出水为3面出水（左、右及下部）。

　　（4）加强废热锅炉水位监控，减少水位波动，杜绝“烧干”现象。

　　修复废热锅炉的使用情况：5台废热锅炉自修复后至今一直平稳运行，经多次停车检查，未发现异常现象，说明该修复方法是可行的。