鍋爐水冷布風(fēng)床讓管膨脹撕裂原因分析

尤文杰

（河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司，河南平頂山 467013）

1 240 t/h鍋爐運(yùn)行現(xiàn)狀

某公司是化工企業(yè)，要求蒸汽連續(xù)、穩(wěn)定供應(yīng)。由于240 t/h循環(huán)流化床鍋爐水冷布風(fēng)床放渣管附近水冷讓管頻繁出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象，造成冷讓管泄漏被迫停爐檢修。因讓管膨脹撕裂突發(fā)性較強(qiáng)，難以進(jìn)行預(yù)知性維修，給公司系統(tǒng)的生產(chǎn)穩(wěn)定帶來嚴(yán)重威脅，亟需改造。

2 布風(fēng)床水冷讓管、放渣管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（圖1）

圖1 布風(fēng)床結(jié)構(gòu)示意

水冷布風(fēng)床水冷管節(jié)距90 mm、管子規(guī)格 Φ60 mm×5 mm，水冷管間采用材料 Q235、規(guī)格 30 mm×6 mm鋼板密封，密封鋼板雙面焊接。布風(fēng)床設(shè)計(jì)規(guī)格 ：10 130 ×2500 mm，布風(fēng)床上共布置4個(gè)規(guī)格Φ219 mm放渣管。為增設(shè)放渣管，在布風(fēng)床上設(shè)計(jì)水冷讓管，便于放渣管安裝，管均沿水冷管布置方向設(shè)計(jì)。

放渣管由3部分組成：直接穿過布風(fēng)床密封的Φ194 mm×10 mm無縫管，實(shí)現(xiàn)爐膛排渣由此管進(jìn)入；上部與Φ194 mm×10 mm連接、下部與冷渣機(jī)入口連接的Φ219 mm×10 mm無縫管，實(shí)現(xiàn)爐渣由此管進(jìn)入冷渣機(jī)外排；2個(gè)管子連接部位起密封、膨脹作用的密封筒。密封筒設(shè)計(jì)在風(fēng)室內(nèi)，內(nèi)部安裝有9個(gè)波紋的膨脹節(jié)。為提放渣管的耐磨性、耐高溫性，放渣管、膨脹節(jié)材質(zhì)均采用Cr25Ni20，膨脹節(jié)管內(nèi)膨脹縫間隙為2.5 mm。

放渣管的作用有2個(gè)：一是確保鍋爐排渣順暢，二是確保鍋爐在熱態(tài)時(shí)自由向下、向上膨脹，避免鍋爐膨脹受阻。鍋爐設(shè)計(jì)熱態(tài)時(shí)爐本體向下膨脹，膨脹量（150～160）mm。為避免鍋爐本體膨脹受阻，在放渣管上設(shè)計(jì)膨脹節(jié)。

布風(fēng)床水冷讓管與放渣管間采用密封鋼板進(jìn)行密封，鋼板材質(zhì)1Cr18Ni9Ti、厚度6 mm，密封鋼板采用雙面滿焊結(jié)構(gòu)。鋼板一端焊接水冷管，另一端焊接放渣管，起密封和固定放渣管作用（圖2）。放渣管工作溫度≥950℃，水冷管內(nèi)介質(zhì)溫度260℃。

圖2 密封鋼板位置

2.2 水冷讓管撕裂位置

水冷管的撕裂位置均是密封鋼板與水冷管沿焊縫方向的焊接焊縫部位，撕裂長(zhǎng)度（30～40）mm，放渣管焊接部位焊縫完好、無裂縫（圖3）。

放渣管兩側(cè)的水冷讓管是沿水冷布風(fēng)床水冷管布置走向兩側(cè)讓（兩側(cè)墻方向），放渣管東側(cè)、放渣管西側(cè)的讓管距放渣管最小間距僅80 mm，爐前和爐后方向水冷管與放渣管間距350 mm。從讓管方向（兩側(cè)墻方向）看實(shí)物，放渣管與水冷管之間的密封鋼板裂紋多處；爐前和爐后方向放渣管與水冷管之間的密封鋼板較為完好、無應(yīng)力裂紋。

圖3 水冷讓管撕裂位置

3 從鍋爐運(yùn)行及檢修情況看，水冷讓管撕裂主要原因

（1）設(shè)計(jì)缺陷。放渣管與水冷讓管之間溫差大（＞690℃），溫差過大是形成應(yīng)力大的主要原因，但這種設(shè)計(jì)無法改變，應(yīng)力消除不了，那么這種隱患就消除不了，因此解決問題的方向就是釋放、分散應(yīng)力。沿水冷讓管兩側(cè)（兩側(cè)墻方向）水冷管易出現(xiàn)撕裂缺陷。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物及圖紙看，放渣管與水冷壁讓管最小間距僅為80 mm，這個(gè)間距的應(yīng)力不較容易釋放、分散；沿水冷管布置方向（爐前、爐后）放渣管與水冷壁讓管間距＞350 mm。這個(gè)間距的應(yīng)力較容易釋放、分散（圖4）。

圖4 放渣管與水冷讓管之間的應(yīng)力示意

（2）放渣管膨脹間隙過小。膨脹節(jié)部位放渣管內(nèi)部單側(cè)膨脹縫隙僅2.5 mm，過小的膨脹縫隙因長(zhǎng)期使用、積灰致使膨脹受阻，在放渣管上、下膨脹期間因膨脹受阻致使放渣管不能自由膨脹。為實(shí)現(xiàn)膨脹，放渣管僅能帶動(dòng)密封板、密封板帶動(dòng)水冷管強(qiáng)行上、下拉伸，最終拉傷水冷管，造成水冷管泄漏。

（3）鍋爐用煤質(zhì)差：鍋爐用煤設(shè)計(jì)煤粒徑≤13 mm，實(shí)際入爐煤粒徑在（13～50）mm居多，經(jīng)統(tǒng)計(jì)入爐煤粒徑在（13～50）mm約占33%，甚至入爐煤粒徑最大可達(dá)100 mm；其次煤質(zhì)如鐵類雜物太多。煤質(zhì)太差易堵塞放渣管造成放渣管不能順暢排渣，堵塞致使放渣管本體溫度降低、放渣管因局部溫度過低膨脹量變小，放渣管在膨脹量減小瞬間造成放渣管向上膨脹，向上膨脹時(shí)放渣管帶動(dòng)密封鋼板拉動(dòng)水冷管向上運(yùn)動(dòng)；當(dāng)放渣管被疏通排渣后，放渣管溫度上升，放渣管膨脹量增大，向下膨脹時(shí)放渣管帶動(dòng)密封鋼板拉動(dòng)水冷管向下運(yùn)動(dòng)（圖5）。正是這種過于反復(fù)上、下膨脹通過放渣管拉動(dòng)密封鋼板上、下扭曲變形，最終造成水冷管拉傷、泄漏。

（4）鍋爐廠用電中斷造成緊急停爐。緊急停爐致使鍋爐本體急速膨脹收縮，在急速收縮之時(shí)放渣管具有一個(gè)向上拉伸應(yīng)力，該應(yīng)力通過密封鋼板傳遞給水冷讓管，最終撕裂讓管造成泄漏。

（5）鍋爐在停爐期間、操作人員違反操作規(guī)程。降溫過快緊急停爐致使鍋爐急速膨脹收縮，在急速收縮之時(shí)放渣管有一個(gè)向上拉伸應(yīng)力。該應(yīng)力通過密封鋼板傳遞給水冷讓管，最終撕裂讓管造成泄漏。

圖5 放渣管疏通瞬間

（6）鍋爐點(diǎn)火升溫太快、操作人員違反操作規(guī)程。升溫過快緊急停爐致使鍋爐急速膨脹，在急速膨脹之時(shí)放渣管有一個(gè)向上拉伸應(yīng)力。該應(yīng)力通過密封板傳遞給水冷讓管，最終撕裂讓管造成泄漏。

4 改造方案

（1）實(shí)施定期檢修作業(yè)，在鍋爐停爐檢修期間定期對(duì)放渣管膨脹節(jié)、膨脹縫隙進(jìn)行檢查，并更換損壞的膨脹節(jié)，確保膨脹節(jié)膨脹縫隙不被灰渣填塞，影響放渣管自由膨脹、消除隱患。

（2）對(duì)輸煤系統(tǒng)設(shè)備實(shí)施定期作業(yè)、加大檢修力度，確保煤粒徑達(dá)標(biāo)；增加除鐵器確保煤質(zhì)內(nèi)鐵類雜質(zhì)除盡，雜質(zhì)不堵塞放渣管，確保鍋爐放渣連續(xù)、穩(wěn)定，消除放渣管頻繁堵塞、疏通對(duì)放渣管膨脹的影響。

（3）修改鍋爐操作規(guī)程，確保工藝操作溫度控制：鍋爐不快速降溫、快速升溫，消除鍋爐溫升、溫降過快致使放渣管快速膨脹缺陷。

（4）對(duì)鍋爐廠用電轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)Ⅰ段線路出現(xiàn)故障時(shí)可快速轉(zhuǎn)換至Ⅱ段線路供電，快速轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間25 ms，解決廠用電中斷造成鍋爐緊急停爐缺陷。

（5）沿讓管兩側(cè)（兩側(cè)墻方向）在放渣管處設(shè)計(jì)增加2個(gè)對(duì)稱應(yīng)力分散筋板，避免放渣管自由膨脹期間應(yīng)力集中造成水冷管撕裂。應(yīng)力分散筋板采用三角形筋板替代，三角形底邊按水冷管節(jié)距為中心切割3個(gè)半徑r=30.5 mm半圓，筋板扣在水冷管上，筋板焊接時(shí)僅與密封鋼板雙面焊接，三角形筋板與水冷管間不焊、但與放渣管雙面滿焊（圖6），三角形筋板厚度6 mm、材料1Cr20Ni14Si2。

圖6 應(yīng)力分散筋板焊接位置

5 使用效果

改造后的鍋爐布風(fēng)床水冷讓管，實(shí)現(xiàn)鍋爐安全、穩(wěn)定、高負(fù)荷（95%負(fù)荷）、長(zhǎng)周期運(yùn)行289 d無泄漏。