內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)在用鍋爐有近千臺(tái)，其中絕大部分系上世紀(jì)80年代末、90年代初生產(chǎn)的快裝鍋爐?？煅b鍋爐的高溫端管板在運(yùn)行中容易產(chǎn)生裂紋 1996~2005年林區(qū)共發(fā)生后管板開(kāi)裂事故90余起。隨著林區(qū)鍋爐的老齡化，今后還會(huì)有更多的鍋爐后管板產(chǎn)生裂紋。本文對(duì)后管板裂紋產(chǎn)生的原因、性質(zhì)進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的解決措施。

　　1.后煙室中管板與煙管的工作環(huán)境

　　后煙室管板上管孔處的溫度最高，高溫?zé)煔饨?jīng)后煙從后管板進(jìn)入煙管。一方面管板承受高溫輻射，另一方面，煙氣以一定流速進(jìn)入煙管后，煙管入口存在“進(jìn)口效應(yīng)”。在入口處由于氣體受到很大擾動(dòng)，幾乎不存在熱邊界層，其局部換熱很強(qiáng)，熱負(fù)荷最大，同時(shí)煙管和管板之間有較大的熱阻，導(dǎo)致管板上煙管入口處溫度非常高。所以，鍋爐后煙室中管板與煙管所處的工作環(huán)境是十分惡劣的。如因設(shè)計(jì)、改造、使用管理不當(dāng)很容易造成管板開(kāi)裂事故。

　　2.后管板裂紋產(chǎn)生的原因

　　(1)后管板溫度差大。后管板入口煙溫高，熱負(fù)荷最大，而爐水溫度低，在管板內(nèi)外側(cè)形成很大的溫差，使管板內(nèi)外側(cè)、管與板結(jié)合面的各個(gè)方向產(chǎn)生很大的不均勻熱應(yīng)力，這樣就加速了管板的疲勞損傷。

　　由于鍋爐運(yùn)行時(shí)后管板煙管入口處存在“進(jìn)口效應(yīng)”，使管孔處管板及角焊縫的實(shí)際熱負(fù)荷遠(yuǎn)比整個(gè)管板其他部位的熱負(fù)荷要大的多，這樣就引起管板上不同部位受熱、受力的不均勻性，誘發(fā)了管孔周?chē)约肮馨逯g的裂紋缺陷的產(chǎn)生。

　　 (2)由于鍋內(nèi)后管板靠近管板區(qū)域水循環(huán)不良，而此處煙溫高，熱負(fù)荷大，導(dǎo)致管板內(nèi)部局部爐水產(chǎn)生汽化，形成過(guò)冷沸騰，使管板局部過(guò)熱而失效。

　　 (3)補(bǔ)水方式不正確。目前蒸汽爐改熱水爐后，常用的補(bǔ)水辦法是，將進(jìn)水管(即回水管)的鍋內(nèi)分水管直接向后管板沖擊方式和將進(jìn)水管改為從兩側(cè)集箱后部進(jìn)水方式。前一種在爐內(nèi)形成自然循環(huán)，后一種屬爐內(nèi)強(qiáng)制循環(huán)。在這兩種補(bǔ)水方式中靠近后管板部位水流速都極低，后管板的水工況差，造成了后管板部位的鍋水都基本處于停滯狀態(tài)。這兩種方式在鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，都需要補(bǔ)充相當(dāng)數(shù)量的冷水沖向后管板由于冷熱溫差過(guò)大，熱應(yīng)力增加很容易引起后管板內(nèi)外溫區(qū)的煙管焊縫及孔橋裂紋的生成和擴(kuò)展。

　　(4)管板上的管孔與管子之間存在間隙，易使管板產(chǎn)生疲勞裂紋。煙管與管板的連接，無(wú)論采用焊接或是用脹接，管壁與管孔間都存在一定的間隙。間隙中的水不可能有良好的水循環(huán)，因此產(chǎn)生的蒸汽熱起初會(huì)停留在間隙內(nèi)，當(dāng)繼續(xù)加熱壓力升高，蒸汽沖出間隙，這時(shí)水又進(jìn)入間隙。這樣間隙兩壁就經(jīng)受了一次急劇的冷熱交變過(guò)程。這種過(guò)程反復(fù)不斷，就形成熱交變應(yīng)力，最后導(dǎo)致管板的熱疲勞裂紋。

　　 (5)修理工藝不正確。如果鍋爐更換煙管時(shí)煙管與管板之間未進(jìn)行預(yù)脹消除間隙，或在部分焊口或脹口開(kāi)裂后，補(bǔ)焊時(shí)未進(jìn)行熱處理，焊接殘余應(yīng)力較大，也容易導(dǎo)致管板疲勞裂紋。

　　(6)苛性脆化引起后管板開(kāi)裂。由于鍋爐未進(jìn)行水處理，一些單位除垢時(shí)采用堿性除垢劑煮爐，加藥量嚴(yán)重超標(biāo)且時(shí)間長(zhǎng)，除垢劑主要成分是NaOH及Na3PO4，致使?fàn)t水中氫氧化物濃度在10以上，造成爐水堿度過(guò)高。

　　 (7)水處理不好，結(jié)垢嚴(yán)重。這導(dǎo)致了管板和煙管外壁溫度升高。定期檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，發(fā)生管板裂紋的熱水鍋爐，都無(wú)水處理設(shè)備．或者水處理設(shè)備形同虛設(shè)水質(zhì)達(dá)不到要求。另外，鍋爐不進(jìn)行排污，循環(huán)水中含有大量的鐵離子，導(dǎo)致了垢下酸性腐蝕。

　　(8)改變了燃燒方式。為了提高出力，增大鼓風(fēng)，使鍋爐正壓燃燒，爐膛溫度增高，也使管板及煙管進(jìn)口處的溫度劇增，在高溫下，管孔的彈性變形、管端的永久變形遭到破壞，就會(huì)發(fā)生開(kāi)裂。在熱負(fù)荷高峰期，采取在左右撥火門(mén)或觀察孔頻繁添加燃料來(lái)調(diào)整爐膛燃燒。造成管板、煙管的冷熱劇變，在熱交變應(yīng)力的作用下導(dǎo)致管板開(kāi)裂。

　　 (9)間歇供熱、開(kāi)停循環(huán)泵頻繁、系統(tǒng)大量失水及補(bǔ)入低溫的補(bǔ)給水，使系統(tǒng)中較低溫度的循環(huán)水直接沖刷到后管板，產(chǎn)生較大的交變應(yīng)力而導(dǎo)致失效。

　　3.避免后管板開(kāi)裂的措施

　　為了防止后管板裂紋的發(fā)生，可采取以下措施

　　(1)改進(jìn)熱水鍋爐后補(bǔ)水工藝。方法一：采用給水分配器，在分配器上均勻開(kāi)孔，使冷水進(jìn)入鍋筒后均勻分布，避免直接沖刷后管板。方法二：在后管板中心線附近設(shè)一組吸水管，和后集箱在一起．通過(guò)后棚管使后管板區(qū)域形成單獨(dú)的水循環(huán)。這兩種方法均能改善鍋筒后部的水工況，防止了“死水區(qū)”的形成，使后管板高溫部位得到可靠的冷卻。

　　 (2)鍋爐修理改造時(shí)，應(yīng)制定修復(fù)方案并經(jīng)鍋爐壓力容器安全監(jiān)察部門(mén)審查：煙管與管板連接處開(kāi)U形坡口，并嚴(yán)格控制煙管伸出后管板高溫區(qū)的長(zhǎng)度焊后將焊縫修磨圓滑；應(yīng)采取先脹接、消除間隙后再進(jìn)行焊接的修理工藝。

　　(3)杜絕正壓燃燒以及在兩側(cè)撥火孔和觀察孔添加燃料的操作方式。

　　(4)加強(qiáng)鍋爐運(yùn)行期間的水質(zhì)管理工作，并使鍋水維持一定的相對(duì)堿度防止苛性脆化。

　　 (5)采用“管板保溫”的技術(shù)措施．在高溫后管板煙側(cè)加隔熱層并在煙管端部加裝防熱套管，可以解決管板上管孔處熱負(fù)荷過(guò)大的問(wèn)題。

　　(6)減少啟停次數(shù)，鍋爐升溫和停爐降溫應(yīng)緩慢進(jìn)行。鍋爐啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)先開(kāi)啟循環(huán)泵，等供熱系統(tǒng)循環(huán)后，才能啟動(dòng)鍋爐；停爐時(shí)不能立即停循環(huán)泵，要有緩冷措施。

　　 (7)加強(qiáng)鍋爐投運(yùn)初期的排污量，降低鐵的腐蝕產(chǎn)物。