KZL2－1.27－AⅡ型锅炉管板裂纹分析和预防措施

关于KZL2－1.27－AⅡ型锅炉管板裂纹分析和预防措施

郑朋刚　王　媛

陕西省锅炉压力容器检验所

1　简　况

某台KZL2－1.27－AⅡ型燃煤蒸汽锅炉，额定蒸发量2t/h，饱和蒸汽温度194℃，设计压力1.27MPa，管板材料为16Mn，烟管材料为20，烟管与管板为胀接连接，基本连续运行（只有星期日压火停炉一次），使用压力0.49MPa，制造日期2000年11月。2001年5月开始使用高频电场水处理机进行炉外水处理。2001年7月4日停炉进行内外部检验时发现：锅内大面积结水垢，锅壳内壁垢层厚度4mm，给水管附近垢层达10mm；锅壳内壁有较大面积的点状腐蚀坑，当时要求补焊处理。到10月7日司炉工发现后管板胀口周围多次漏水，随后使用单位擅自将烟管与前、后管板胀口全部封焊。12月2日司炉工又发现后管板下半部管孔间多处漏水。经对管头角焊缝打磨用10倍放大镜观察，发现有8个管端角焊缝有不同程度的裂纹，其中一个管端的角焊缝处经表面探伤也发现细小裂纹（后管板部分管孔处裂纹见图1）。对此，我们进行了分析。

图1　后管板外壁裂纹

2　裂纹分析

对图1裂纹进行金相分析。管板外壁表面裂纹金相照片如图2所示。该裂纹粗大，垂直于管孔壁发展，裂纹尖端圆钝，裂纹在发展中没有分叉，裂纹边上组织为焊接热影响区组织。孔壁裂纹形式与外壁一样，只是在垂直于管板的层状组织方向发展，外壁处靠边裂纹的组织为焊接热影响区组织，裂纹尖端圆钝，但有一新生小裂纹。小裂纹沿晶间穿晶发展，裂纹内有腐蚀产物。裂纹尖端区钢的组织为铁素体加珠光体，组织无异常。

（1）由于裂纹大部分在管板外壁和管孔上形成，裂纹根部附近组织为焊接热影响区组织，从主裂纹形貌特征上可以看出，在拉伸应力的作用下，材料虽然在外观上没有多大变化，未产生全面腐蚀或明显变形，却产生了裂纹。因此可以判定该裂纹是由于焊接时管孔处拘束度过大而造成的拉应力焊接冷裂纹。(www.xing528.com)

（2）至于孔壁裂纹尖端处的新生小裂纹，它是在焊接冷裂纹的基础上在运行中形成的。从其形貌特征可见，在锅炉运行时，由于在主裂纹处炉水局部高度浓缩，使介质中苛性钠（NaOH）含量不断升高，促使主裂纹部位腐蚀加剧，引起脆化现象，加之该部位所承受的载荷及局部高应力的作用，进而在主裂纹上形成大量肉眼所看不到的分支细裂纹，即苛性脆化裂纹。腐蚀是沿着金属晶粒的边界进行，形成极为细小的犬牙交错的裂纹。苛性脆化一旦发生，金属遭到破坏的速度会加速进行，当能觉察到有裂纹时，金属的损伤已达到了严重的程度。因此，苛性脆化的危害是很大的。苛性脆化的结果轻者使锅炉停止运行，重者会发生爆炸。

图2　孔壁裂纹尖端小裂纹

3　预防措施

通过对上述裂纹产生的主要原因的分析，可采取的防护措施有：

（1）KZL型锅炉出现前、后管板胀口渗漏，不能采用简单的封焊措施，要在封焊时注意修理方案，减少拘束度。这台锅炉就是在封焊时没有可靠、有效的焊接工艺措施，造成焊接应力太大，故而产生冷裂纹。目前大部分单位的锅炉出现此类缺陷还是采用简单的封焊措施处理，这一点应该引起足够的重视。

（2）控制锅水的相对碱度。一般认为，锅水相对碱度不应超过20％，否则，会引起脆化。

（3）高频电厂水处理机应慎重使用。2001年12月20日对该台锅炉进行再次检查时，发现锅内大面积结水垢，其锅壳内壁垢层厚度达10mm，前后管板垢层厚度达8mm，高频水处理机使用仅5个月水垢竟达如此厚的程度，充分说明了使用高频水处理机效果不明显。故建议连续生产单位的锅炉应慎用或不用此种水处理设备，而采用可靠的水处理设备。