废热锅炉进水管管口裂纹分析及处理

第５卷第１期　化工设备与防腐蚀　Ｖ［１ｌ　５　１　２０Ｏ２年２月　ＣＨＥＭＩｆＬ￣，Ｌ　ＥＱＬｑＰＮＥＮＴ＆．ＭＶＩ＇ＩＣＯＲＲＯＳＩＯＮ　Ｆｅｂｒｕａｒ，￣２０Ｏ２　瓣晦鲫　废热锅炉进水管管口裂纹分析及处理　孙玉江　（哈尔滨气化厂．黑龙江依兰１５４８５４）　摘要介绍了废热锅炉基本参数．对裂纹部位取样进行化学、金相、机械陛能分析，打出裂纹和腐蚀的原因．　提出相应的修复方案。　关键词废热锅炉进水管口　裂纹分析检修方案　中囤分类号＇ｒＱ　ｏ５１．５０７　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月投人运行。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　直径怔２０ｏ；　壁厚１８ｒａｍ；　材质Ｍｂｌ６ＮＡ（原东德标准）；　介质（管程／壳程）粗　／（锅炉水＋饱和蒸汽）　设计参数：　工作压力（管程／壳程）２．＆５加．８５ＭＰａ　工作温度管程　＾：２１０％　＝ｌ８０℃　壳程　＝１００￣Ｃ　＝１５８￣Ｃ　实际运行参数：　工作压力（管程／壳程）２．７５／（】．６ＭＰａ　工作温度管程　２００％（最大４００％）　Ｔ　＝１７０℃（最大１９０℃）　壳程　：５０—６０℃　＝１５８％　水位额定为３５０ｎｌｎ，最高硼　，最低为０ｔｍａ。　２宏观观察　废热锅炉（图１）进水管（４根　５７管）为插入式　全焊透结构，在简体内进水管管口处焊有一面开口　的Ⅱ型挡板，以使水在筒体内向一个方向（下方）流　收稿日期：２００１—０２—２７。　第一作者：孙玉江，男，１９７０年５月出生，ｌｒ程师　文章编号ｌＯＯ９—６７３６（２ｏｏ２）０１—００３２—０２　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Ⅱ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　简体环向走向，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２ｍｒｎ以内。另外Ⅱ型挡板　的开口侧裂纹较少，但点腐蚀严重，点腐蚀坑深　一　皓水　煤气＾ｕ　图１废热锅炉结构图　维普资讯 http://www.cqvip.com

第１期　孙玉江：废热锅炉进水管管口裂纹分析及处理　・３３・　度在１～２ｒａｍ，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　Ｃ　Ｓｉ　Ｎｎ　Ｓ　Ｐ　Ｃｒ　Ｎｉ　筒体母材０　１５　０　１９　０　５６　０　０３７　０　０１６　０．０５５　０　０９２　Ｍｂｌ６　０　１２／０　１５／　（吼）标准０　２０　０　３５　０　４５　０　Ｏ４５＜０　０４５　０＿３０　Ｏ　３０　由分析结果可知，简体材质符合原东德的　Ｍｂｌ６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　（３个样的ｄ　Ｌ值分别为１３６Ｊ、１５０Ｊ、１４０Ｊ），表明材　质韧性较好，在使用中未有劣化现象。　１．３金相分析　母材组织为铁素体＋珠光体，有带状特征，晶　粒较细，铁素体晶粒度１０～１ｌ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＋粒状贝氏体＋针状铁索体。　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　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Ⅱ型挡板控制进入简体水的　流向，运行时挡板外蒸汽温度达１５８ｑｃ以上，Ⅱ型　挡板内水温只有５ｏ～６ｏ℃，这样在挡板两侧距离　仅为１０～２０ｍｍ的范围内温差可达近百度，在理论　上按６ｒＴ＝Ｔ　・口－Ｅ（　＝１ｏｏ℃，线膨胀系数＆＝　１２　２５　Ｘ　１０　ｍｍ／ｍ・℃，弹性模量Ｅ＝１８９　Ｘ　１ｏ３ＭＰａ）计算，在Ⅱ型挡板内由温差引起的拉应力　可达２３０ＭＰａ，在管口环向中线棱角处最大；再加　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Ｍｂｌ６钢的屈服极限（Ｍｂｌ６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。　Ⅱ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　（１）将废热锅炉进水管插入式全焊透结构，改　为套管结构（见图２），套管直径为　ｌ０８ｒｎｍ，材质　为２ｏ　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１５０￣Ｃ保温　缓慢冷却以消除焊接应力。　图２套管结构　（２）加大Ⅱ型挡板与进水管之间的距离，改Ⅱ　型挡板一面出水为３面出水（左、右及下部）　（３）加套管后母体上没有清除掉的裂纹、腐蚀　坑，采用手工打磨的方法将其打磨掉，着色检查无　裂纹后，进行补焊，焊口打磨平整。　（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。　（编辑刘伯英）