謝禎權(quán)(福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院寧德分院,福建寧德352000)
工業(yè)鍋爐后管板裂紋分析及預(yù)防
謝禎權(quán)(福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院寧德分院,福建寧德352000)
承壓蒸汽鍋爐作為重要的特種設(shè)備,在我國工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的作用。由于鍋爐具有在高溫、高壓條件下運(yùn)行的特點(diǎn),一旦發(fā)生事故,會造成嚴(yán)重人身傷亡及重大財(cái)產(chǎn)損失。本文就以某食品廠的蒸汽鍋爐后管板裂紋缺陷的產(chǎn)生進(jìn)行了分析,探究了其預(yù)防的要點(diǎn),這樣才能保證鍋爐的安全運(yùn)行,防止事故的發(fā)生,減少人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。
工業(yè)鍋爐;裂紋;分析;預(yù)防
1.1 設(shè)備簡介
某食品廠于2007年購買一臺型號為DZG1.0-0.8-M鍋爐,該臺鍋爐于2007年6月安裝投用,主要作用是用于粉絲烘干,燃料采用煙煤,每天煤耗約需1噸,每年使用期為8月至11月,共四個月,每天使用時間為白天12小時,鍋爐給水采用村莊飲用自來水。
1.2 鍋爐歷次檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)與該缺陷有關(guān)的問題
爐膛保溫爐墻部分破損;爐門上部磚墻倒塌;下降管、左右集箱見火;鍋爐水位線下結(jié)水垢0.5~1mm;爐門上部磚墻倒塌;左前下降管見火;鍋爐水位線以下結(jié)水垢0.5~1mm;鍋爐后管板外凸變形,最大變形量15mm,變形處發(fā)現(xiàn)密集型裂紋。
2.1 缺陷位置
缺陷位于鍋筒后管板高溫區(qū)(鍋筒內(nèi)汽相空間),鍋筒頂部向下測量約300mm處,管板裂紋位置見圖1。
圖1 管板裂紋位置
2.2 缺陷尺寸
鍋爐后管板外凸變形尺寸約300mm×260 mm,最大變形量15mm,變形處發(fā)現(xiàn)密集裂紋。
2.3 外觀狀態(tài)描述
變形處產(chǎn)生的密集裂紋,裂紋最長56 mm,最深5.3mm,如圖2。
圖2 變形處產(chǎn)生的密集裂紋
鍋爐內(nèi)部檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn):爐門上部磚墻倒塌,左前下降管見火,鍋爐水位線以下結(jié)水垢0.5~1mm,鍋爐后管板外凸變形,最大變形量15mm,變形處發(fā)現(xiàn)密集型裂紋,所下結(jié)論為“鍋爐后管板變形處發(fā)現(xiàn)密集型裂紋,鍋爐停止運(yùn)行,需要由有資質(zhì)單位修理合格,經(jīng)監(jiān)督檢驗(yàn)合格后鍋爐方可投入使用”。為了進(jìn)一步查明缺陷產(chǎn)生原因,需對該缺陷進(jìn)行硬度、金相、滲透檢測。
4.1 環(huán)境問題
經(jīng)采用里氏硬度計(jì)進(jìn)行硬度測定,后管板變形部位內(nèi)側(cè)平均里氏硬度仍有401(達(dá)到20g材質(zhì)的硬度值),而后管板變形部位外側(cè)平均里氏硬度只有381(未達(dá)到20g材質(zhì)的硬度值)。說明外側(cè)的管板材料在長期高溫?zé)煔獾淖饔孟聫?qiáng)度略有下降。
同時,經(jīng)進(jìn)一步檢查和與鍋爐操作人員溝通交流,鍋爐后管板煙箱側(cè)高溫區(qū)隔斷絕熱墻部分損壞,致使鍋爐最高水位以上的絕熱區(qū)域內(nèi)有部份管板材料長期處于高溫?zé)煔獾沫h(huán)境中(經(jīng)測定高溫?zé)煔鉁囟燃s700℃左右)。這與上述硬度值測定的結(jié)果一致,也是造成管板變形的主要原因。
4.2 鍋爐操作不規(guī)范
鍋筒內(nèi)水位經(jīng)常超過最高水位(從水垢情況可以判斷出常處于滿水位),造成處于高溫狀態(tài)下的后管板內(nèi)側(cè)金屬材料,經(jīng)常被鍋水(其水溫約為150℃左右)激冷產(chǎn)生收縮,從而致使管板內(nèi)側(cè)產(chǎn)生疲勞裂紋。
4.3 設(shè)計(jì)問題
從密集裂紋的外觀檢查結(jié)果來看,裂紋產(chǎn)生的方向與管板強(qiáng)度設(shè)計(jì)的有效支撐點(diǎn)及面積有關(guān),即裂紋位于兩根有效拉撐桿的中間位置向外延伸。說明變形和裂紋部位長期承受在高溫?zé)煔饧皟?nèi)壓力作用下,沿兩根有效拉撐桿的中間位置向外拉伸變形;當(dāng)鍋筒內(nèi)滿水時,使這部份材料又受到劇冷收縮及兩根有效拉撐桿的作用下,沿兩根有效拉撐桿的中間位置向內(nèi)收縮變形,致使這部份金屬材料在長期交變熱應(yīng)力的作用下產(chǎn)生了疲勞損傷。
4.4 材料問題
從測厚結(jié)果分析,鍋爐后管板在產(chǎn)生裂紋缺陷部位金屬材料最大減薄量為0.3~0.4mm,可以確定是由金屬材料產(chǎn)生塑性變形引起的減薄。
壁厚測定情況儀器名稱TT120型超聲波測厚儀儀器精度±0.1mm 機(jī)油部位名稱材質(zhì)實(shí)測點(diǎn)數(shù)20 g公稱厚度mm 12 Ra 1.6μm表面狀況8后管板內(nèi)側(cè)檢測標(biāo)準(zhǔn)耦合劑實(shí)測最小壁厚mm 11.6 GB/T11344-2008《無損檢測接觸式超聲波脈沖回波法測厚》測厚點(diǎn)部位圖:測厚記錄(厚度單位:㎜)測點(diǎn)編測點(diǎn)厚度11.6 11.7測點(diǎn)厚度11.6 11.7測點(diǎn)編測點(diǎn)編測點(diǎn)編測點(diǎn)編號B H號A G測點(diǎn)厚度11.7測點(diǎn)編號C號D測點(diǎn)厚度11.7號E測點(diǎn)厚度11.8號F測點(diǎn)厚度11.8檢測結(jié)果:最大變形處有減薄.
從金相檢查結(jié)果分析,鍋爐后管板在產(chǎn)生裂紋缺陷部位金屬材料金相組織基本未發(fā)生變化。
金相分析情況儀器型號腐蝕方法XF—8005 4%硝酸酒精溶液侵蝕分析項(xiàng)目顯微組織拋光方法是否復(fù)型否執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械拋光GB/T13299-1991《鋼的顯微組織評定方法》
取樣分析部位示意圖:金相照片(注明放大倍數(shù)):分析結(jié)果:低倍金相組織未發(fā)生明顯變化(鐵素體+珠光體)。
應(yīng)嚴(yán)格按照鍋爐操作規(guī)程、鍋爐設(shè)計(jì)使用說明書及相關(guān)鍋爐安全技術(shù)規(guī)范的要求對鍋爐進(jìn)行操作。應(yīng)當(dāng)堅(jiān)決杜絕鍋爐給水超過最高水位線的滿水運(yùn)行現(xiàn)象。在鍋爐日常操作、維護(hù)保養(yǎng)、檢查過程中,對鍋爐各保溫絕熱、高低溫區(qū)隔斷墻等隔熱保溫設(shè)計(jì)要進(jìn)行重點(diǎn)檢查和及時維保修復(fù),絕對不允許鍋爐在隔熱保溫?fù)p壞的狀況下帶病運(yùn)行。
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謝禎權(quán)(1983-).男,福建省寧德市人,民族:漢職稱:工程師,學(xué)歷:大學(xué)本科。從事承壓類特種設(shè)備檢驗(yàn)。