锅炉锅筒管座角焊缝裂纹产生的原因分析.docx

锅炉锅筒管座角焊缝产生裂纹的原因分析及防治建议
摘要：我们在某电厂50MW的节能环保型机组的锅炉检验中，对锅筒管座进行表面无损检测，其中发现了大量的表面裂纹。对此我们对该台锅炉锅筒管座角焊缝进行了全面排查，并对产生裂纹的原因进行了分析，从而对锅筒制造、安装及运行等方面提出改进建议。
关键词：锅炉锅筒管座角焊缝裂纹
0、前言
该锅炉为单锅筒循环流化床锅炉锅炉，全钢构架，“Π”型结构，露天布置，系自然循环锅炉，锅炉出口压力为9.8MPa，出口温度为540℃，蒸发量为220t/h，于2006年投入运行。
锅筒概况：锅筒内径为1600mm，壁厚为100mm，筒身由P355GH钢板卷焊而成，封头是用同种钢板冲压而成。省煤器至锅筒给水温度280℃，锅筒饱和蒸汽温度321℃，锅筒压力11.4MPa。
本次磁粉检测时，锅筒管座发现38处裂纹，鉴于发现裂纹的数量大，因此对该锅炉锅筒进行了全面的检验。开展了资料审查、宏观检查、磁粉检测、超声波检测、光谱分析、硬度检测、管座测厚、金相检验和磁记忆应力集中测试等项目。在这些检查手段的基础上对锅筒裂纹产生的原因进行分析，并对锅筒制造、安装及运行提出改进建议。
1、检验检测结果
1.1资料审查：
（1）审查生产厂家提供的锅筒制造资料，包括产品质量证明书、强度计算书、锅筒相关图纸等相关技术资料，锅筒热处理记录、锅筒管座角焊缝焊接工艺评定报告。焊接工艺评定中未见有对该类型焊缝进行焊前预热，同时也未见焊接工艺评定中的高温拉伸试验报告。
（2）审查锅炉运行记录、事故、故障记录，超温超压记录以及锅筒的温度、压力记录，水质情况等相关记录，审查结果如下：锅炉无超温记录。超压3次，紧急停炉2次；其他未见异常；
（3）审查锅炉维护保养等相关记录，未见异常情况。
1.2、磁粉检测：
对锅筒所有管座（给水管、上升管、饱和蒸汽引出管）角焊缝进行表面检测，其中28个管座发现38处表面裂纹（见裂纹形态下图1、2）。前排上升管发现11处表面裂纹，饱和蒸汽引出管发现3处表面裂纹，后排上升管发现6处表面缺陷，给水管座发现18处表面裂纹。水位计汽连管发现1处表面裂纹。

图1、管座裂纹形态1图2、管座裂纹形态2
1.3、超声波检测：
对锅筒所有管座角焊缝超声波检测，共发现38根管座有超标缺陷。其中12根给水管管座发现10根有超标缺陷；20根后排上升管发现14根有超标缺陷；14根前排上升管发现9根超标缺陷；8根饱和蒸汽引出管发现5根超标缺陷。
1.4、磁记忆检测：
通过对49根接管的检测分析，共发现39根接管存在较大或很大的应力集中。其中8根饱和蒸汽引出管中有6根存在应力集中问题；14根前侧上升管中有10根存在应力集中问题；12根给水管中有11根存在应力集中问题；20根后侧上升管中有12根存在应力集中问题。
1.5、宏观检验：
对锅筒结构、热膨胀情况及锅筒外部接管支吊架安装情况等进行检查，发现有个别支吊架存在未受力的情况。
1.6、光谱分析、硬度检测、管座测厚、金相检验等检测未见异常。
1.7、磁粉检测、超声波检测锅筒管座缺陷分布统计
根据检测可知锅筒54个管座（包括给水管座、饱和蒸汽引出管管座、上升管管座）中，磁粉检测发现28个管座存在38处裂纹。超声波检测发现38根管座存在67处超标缺陷。其中磁粉检测与超声波检测缺陷重合的共有12处。占磁粉检测发现缺陷的31%，超声波检测的18%。其中缺陷处于管座上部或前部的缺陷占总数的74%。
2、锅筒管座裂纹原因综合分析
锅筒受力情况复杂，有结构、制造、安装上的、也有温度变化及内压引起的各种复杂应力交织在一起，当强度不能承受时就会产生裂纹、变形、爆破等。本次在该电厂1#锅炉锅筒发现的管座角焊缝裂纹，根据裂纹形态、现场检验发现的管座内部缺陷、锅筒外部接管管道受力的复杂情况以及其他检测结果综合判断，我们认为该裂纹为疲劳裂纹。
2.1从锅筒焊接制造资料来分析该锅炉锅筒产生裂纹原因：
我们在审查锅炉锅筒的焊接工艺评定及焊接记录时，发现给水管座、饱和蒸汽引出管管座及上升管管座的焊接过程中没有进行焊前预热。对于有淬硬倾向的钢材或板厚较大的构件，施焊前未进行预热，在焊接过程中就可能产生如下情况：
（1）、冷却速度过快，不利于焊缝金属中扩散氢的逸出，易产生氢致裂纹。同时对焊缝及热影响区的淬硬程度影响也很大，降低了焊接接头的抗裂性。
（2）、未进行预热，易造成焊接应力集中。
因此，对于有淬硬倾向的钢材或板厚较大的构件，预热是防止裂纹，提高焊接质量的有效措施。同时预热可以降低焊接结构的拘束度，对降低角接接头的拘束度尤为明显，随着预热温度的提高，裂纹发生率下降。另外根据DL819-2002《火力发电厂焊接热处理技术规程》也规定：接管管座与主管焊接时应以主管的预热温度为主。因此我们认为该类管座焊接未根据锅筒筒体壁厚的预热要求