【摘要】烟火管式锅炉在使用过程中出现烟管管口开裂和管板裂纹，是锅炉运行工作的一个危险信号，如果继续运行，轻则会使锅炉报废，重则可能引起安全事故。因此，当发现这种现象时，必须立即停炉，对锅炉及运行状况综合分析，采取有效的处理措施。

【关键词】管板；裂纹；成因分析；处理措施

前言

烟火管式锅炉在采暖领域广泛应用，在实际运行过程中，该型锅炉多次出现后管板高温区烟管管口开裂和管板裂纹现象，轻者造成锅炉损坏，重则酿成安全事故。为彻底消除该安全隐患，现以具有代表性的一台WNS型燃气锅炉进行分析。

WNS型燃气锅炉结构

笔者所在地区的两台WNS型4.2MW热水锅炉安装于2004年，二回程烟管结构，2009—2010年采暖期结束后，在进行常规检查时，发现管板受热面结垢严重。后管板高温区发现数根烟管管口开裂并泄露。同时烟管裂纹由焊缝向管板延伸，管板经钢刷打磨后出现肉眼可见裂纹，但管板孔桥无贯通。锅炉管板为16Mn材料，厚度为16 mm，锅炉烟管为全焊接结构。

1、原因分析

1.1供暖系统采用锅炉直供。在使用过程中极易将管网、散热器内部形成的锈蚀带入锅炉，并在锅炉内沉淀积累。2008年，该地对采暖管网进行过全部更新改造，更新后因管网冲洗不到位而将管网施工过程中的残余泥沙和铁锈带入锅炉。这些锈蚀和泥沙会和锅炉水垢一同附着在锅筒壁上，影响锅炉传热，导致烟管中烟温过高。

1.2水质管理不当导致炉水水质超标或排污不及时导致炉水水质超标。在内部检验时发现锅炉大量结垢，后管板水垢明显。水垢的导热系数较钢板低数十倍，使高温烟气冲刷后管板不能迅速将热量传递给炉水，该部位金属温度升高，金属抗拉强度下降。在正常压力下，该部位金属经受接近于它的屈服点的拉伸力产生裂纹。

1.3烟管预胀没有达到预期目的。高温区烟管在焊接前，要求进行预胀以消除间隙。根据制造厂资料，该锅炉烟管有相关的预胀工艺记录。但根据现场割下情况看，部份烟管预胀没有达到预期目的，烟管壁与管板间存在间隙。由于入口烟温、烟速都很高，该处的换热强度高，锅水高度浓缩，特别是管子与管孔间隙内更为严重，管孔的间隙处出现高浓度的碱性浓缩物，加上交变的温差应力，因而在管端及管孔的局部地方产生苛性脆化和金属疲劳现象，随着时间的推移，苛性脆化和疲劳引起裂纹扩张，造成端口开裂，出现泄漏。

1.4烟管管端部分烟管伸出管板长度超标。根据《蒸汽锅炉安全技术监察规程》、GB／T16508—1996《锅壳锅炉受压元件强度计算》及有关锅炉制造技术标准的要求，当管板与600℃以上的烟气接触时，其烟管端口伸出焊缝的长度不应超过1．5mm，焊缝的外观成形良好及焊脚高度尺寸要求达到一定的标准，且应采取措施消除烟管外壁与管孔的间隙。经实际测量发现，该锅炉部分烟管端伸出焊缝长度最长达3～4mm，已远远超出标准要求。后管板高温区的热负荷最高，由于管端伸出管板较长导致管端冷却不良，会使管端过热产生裂纹并延伸至管板。

1.5锅炉本身的内部结构上存在缺陷，后管板近管区域水循环不良，会导致近管区产生“过热沸腾”，产生热裂纹。

1.6综合原因分析。供热系统的缺陷、锅炉水质处理不当，都导致该区域烟管及管板换热不理想，在实际运行中造成金属过热。再加上烟管超长，管端在高烟气流速情况下，从烟气得到的热量不能有效地传给锅内介质，以及炉水循环不良在管板与管孔之间蒸发造成的应力及高碱度的浓缩物，一系列原因造成了高温区烟管管端的开裂。

2、处理方法

2.1首先，通过渗透试验找出目前存在的所有裂纹，并对裂纹所处位置和始末端进行明确标识。然后顺着裂纹发展方向在裂纹的始、末端20mm—30mm处各钻一个截止孔，孔径6mm，防止裂纹发展。如图1：

2.2剔除裂纹，开坡口。用砂轮机或角向磨光机从两个截止孔开始向裂纹方向剔除裂纹，直到将裂纹金属剔除干净，如果管板两面都能施焊时开出X型坡口，如果只能单面施焊时，采用V型或U型坡口（如图2示），坡口表面应平整。坡口打好后，用放大镜检查在坡口附近是否还有未穿透的残余裂纹或其它缺陷，如果有，仅将缺陷金属剔除即可。

2.3焊补。焊补时，必须注意防止焊接处由于冷却收缩所产生的焊接内应力所带来的不良后果（例如产生新的裂纹）。为尽可能降低焊缝应力，减少热影响区，焊补方式选用氩弧焊。

2.3.1焊接前，最好使用乙炔火焰加热，这样可以减少焊后内应力。当焊缝在200mm以下时，可采用单向焊接法，当焊缝在200mm-400mm时，采用退步法焊接，焊接时，在焊缝坡口中部打木楔，当焊到木楔附近时，取下木楔移至坡口始末处打入，然后继续施焊，以防止在焊接时其边缘外口冷缩变形。对于未穿透的坡口，焊接时不必加木楔，但仍要采用退步法焊接工艺，必要时仍应预热。

2.3.2修复工作完成后，应对焊缝处进行热处理。可在管板焊缝两边范围内覆盖一层150～200mm的石棉粉或其它保温材料，其厚度在100mm左右。然后在外侧用乙炔火焰均匀加热至600～650℃，关闭所有人孔、手孔以使其缓慢冷却，一般冷却12～24h。无法覆盖保温材料的，只须在外侧用乙炔火焰均匀加热至600℃左右的温度即可。

2.3.3应进行必要的100%无损射线探伤。

3、烟管焊接

3.1裂纹修复完成后，应将管孔打磨圆滑，管孔直径应控制在φ64.5+0.74mm内。然后进行烟管安装，工艺采用先涨后焊，焊后再加胀。以减少管孔与管子间的间隙，避免锅水流入管孔区域，不断浓缩、蒸发造成苛性脆化和热疲劳共同作用而产生裂纹。

3.2严格控制管子伸出管孔端长度，管子伸出管孔端长度应为管子的焊角高度加1.5mm。φ63.5的管子，管子伸出管孔端长度应为6.5mm，以防止管子伸出管孔端过长产生裂纹并延伸至管板孔桥。

3.3在锅筒后部增加导流板等必要的措施，强化锅筒后管板锅水的扰动，改善处于循环死区的区域，使锅内的水有一定的流动性，强化循环冷却，使材料温度不至于过高。

3.4管子安装完毕后，应对锅炉进行超压试验，合格后锅炉方可投入使用。

4、锅炉的运行

4.1锅炉水质处理一定按“锅炉水处理监督管理规则”要求进行，配备合格的水处理人员，每班至少排污一次，应有防止系统失水的措施，预防水垢生成。

4.2在锅炉的进出水管道上加装旁通管，锅炉投运前，在将采暖管网系统补满水后，将锅炉的进出口阀门关闭，开启循环泵进行采暖系统冷循环，间断打开管网过滤器进行排污，待排出污水清澈时，关断旁通管道，打开锅炉进出口阀门，再进行正常循环。

4.3锅炉使用过程中，尽量限制锅炉的启动次数，避免因锅炉频繁启动使后管板热疲劳产生裂纹。

5、结束语

该炉采取上述维修和管理措施后，发现其锅筒腐蚀和水垢大大减轻，管板的表面没再出现微裂纹痕迹，管端表面状态保持良好，保证了锅炉的长期正常使用。