燃氣鍋爐減溫器筒體裂紋原因分析及處理方案

杜曉吉 李壯壯

（陜西煤業(yè)化工集團神木天元化工有限公司 陜西榆林）

一、設(shè)備概況

公司SZS20/1.8/350-1.6型鍋爐，2009年11月投用，減溫器材料為20g，規(guī)格為Φ325×9 mm，L=2978 mm，為面式減溫器。運行期間，連續(xù)發(fā)生減溫器筒體裂紋泄漏。減溫器結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

圖1 減溫器結(jié)構(gòu)型式

二、故障現(xiàn)象

運行過程中發(fā)現(xiàn)減溫器筒體中部有蒸汽外泄，停機后拆除保溫，發(fā)現(xiàn)筒體多處存在裂紋。開裂部位集中于減溫器中部，位于過熱器管束與筒體接口部位，如圖3、圖4所示。

圖2 減溫器筒體剖面

三、故障原因分析

1.可能導(dǎo)致減溫器筒體裂紋的原因

（1）現(xiàn)場操作方面。啟爐升溫過快，溫度過高，筒體不能按設(shè)計方向膨脹有效釋放熱應(yīng)力，造成局部應(yīng)力集中，產(chǎn)生裂紋。頻繁啟停鍋爐，筒體在交變應(yīng)力作用下，產(chǎn)生疲勞破裂；

（2）設(shè)計制造方面。減溫器蛇管制造焊接質(zhì)量不達標(biāo)，導(dǎo)致減溫水泄漏，激冷筒體造成筒體裂紋。

下部管束制造間距不夠規(guī)整，安裝過程中無法保證與水冷壁對流管束保證要求間隙；帶應(yīng)力安裝，啟爐后熱應(yīng)力無法釋放，造成筒體裂紋。

2.數(shù)據(jù)分析

圖3 減溫器筒體外壁損壞處照片

圖4 減溫器筒體剖切后裂紋處照片

（1）啟爐數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)見表1。

表1 啟爐數(shù)據(jù)

（2）減溫器筒體材料20g（GB 3087），在《TSG G0001-2012鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中，對于壁溫（指計算壁溫）有規(guī)定見表2。

（3）依照《GBT 9222-2008水管鍋爐受壓元件強度計算》中規(guī)定，公司所用燃氣爐減溫器的計算壁溫可參考公式，計算壁溫=介質(zhì)額定平均溫度+50℃。所用燃氣鍋爐額定蒸汽溫度為350℃，計算壁溫應(yīng)為400℃。因而從10#爐的過熱蒸汽數(shù)據(jù)最高溫度438℃，可以判定減溫器筒體處存在超溫現(xiàn)象。

表2 鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程壁溫規(guī)定

（4）行業(yè)中關(guān)于啟爐速率的規(guī)定。國家及行業(yè)內(nèi)關(guān)于鍋爐升溫速度尚未有強制性規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)文件，但多數(shù)行業(yè)操作規(guī)程中規(guī)定，要求工質(zhì)溫度平均上升速度應(yīng)≤（1.5～2.0）℃/min，對應(yīng)到公司的爐型，其升溫總時間應(yīng)在160～213 min。從10#、11#爐的數(shù)據(jù)中可以看出，爐膛升溫速度最高達56.6℃/min，遠大于行業(yè)規(guī)定速度。

（5）產(chǎn)品設(shè)計制造質(zhì)量。通過對面式減溫器蛇管焊接質(zhì)量檢查，曾多次發(fā)現(xiàn)漏點，存在蛇管泄漏導(dǎo)致減溫水直接噴射至筒體表面，造成筒體表面激冷收縮產(chǎn)生裂紋的可能。檢查其對流管束與過熱器管束安裝間距發(fā)現(xiàn)，對流管束中心距230 mm最大間距256 mm（Φ60×3.5 mm），過熱器管束中心距115mm，最大管束中心距128 mm（Φ38×3.5 mm），2組過熱器插入一組對流管束內(nèi)；安裝后要求總間隙為17～20 mm。實際測量設(shè)備制造誤差達5 mm，部分管束安裝間隙為0。存在鍋爐運行后，筒體不能按設(shè)計方向膨脹有效釋放熱應(yīng)力，造成局部應(yīng)力集中，產(chǎn)生裂紋。

四、結(jié)論

由以上可判定該故障主要由啟爐升溫速率過快，溫度過高，筒體不能按預(yù)定方向膨脹釋放熱應(yīng)力，導(dǎo)致局部應(yīng)力過大，造成筒體損壞。可采取相應(yīng)處理方案，如操作方面，應(yīng)規(guī)范啟爐操作，延長升溫時間，控制筒體溫度。在設(shè)備制作安裝質(zhì)量方面，應(yīng)對有明顯外觀缺陷的，采用預(yù)修措施，嚴格控制安裝施工質(zhì)量（保障管束間隙）。