Page 72 - 理化检验-物理分册2022年第六期

李朝辉, 等: 承压蒸汽锅炉烟管开裂原因

《 锅炉安全技术监察规程》 对蒸汽炉进行热力计算和 发量 15t / h 和 10t / h 进行校核, 关键参数的计算结

结构设计校核, 同时对蒸汽炉现有结构分别按照蒸 果如表 1 所示。
表 1 蒸汽炉热力计算与结构设计关键参数计算结果
按蒸发量 15t / h的蒸汽炉 蒸汽炉结构校核 按蒸发量 10t / h的蒸汽炉

名称 符号
正常设计计算结果 计算结果 结构计算结果

锅炉有效利用热量 /( kJ · h ) Q 1 39943831.5 39943831.5 26629221
-1

计算燃料消耗量 /( Nm · h ) B j 1260.15 1312.5 859.96
-1
3
燃烧器火炬直径 / m 1.17 1.185 1.039
d h
燃烧器火炬长度 / m L h 5.81 5.93 4.80
炉胆直径 / m d 1.4 1.2 1.2
炉胆长度 / m L 6.2 4.07 4.07
回燃室直径 / m D 1 2.2 2 2
回燃室长度 / m L 1 0.7 0.63 0.63
2
炉膛总辐射受热面积 / m F L 36.88 23.23 23.23

3
炉膛总容积 / m V L 12.19 6.58 6.58

炉膛出口温度 / ℃ t 1c 1170.5 1347.8 1235.5
三回程出口烟气温度 / ℃ θ″ 229 306 275

-3 )
炉膛辐射吸收热量 /( kJ · Nm Q r p 14945.93 11321.24 12127.17

-3 )
锅炉总吸收热量 /( kJ · Nm Q 2 32660.79 31174.32 30044.11

锅炉( 出力) 总换热量 / kW Q 3 11432.63 11365.63 7176.87
对表 1 的热力计算数据进行对比分析, 得出结 仍存在安全隐患。
果如下所述。 综上所述, 蒸汽炉原始结构设计存在问题, 即炉

( 1 )按照蒸汽量 15t / h 能力设计, 制造单位生 胆尺寸过短。虽然炉体标牌是 15t / h 的蒸汽炉, 但

产的蒸汽炉在结构上存在严重问题。表 1 中 15t / h 实际总体结构基本属于 10t / h 的蒸汽炉结构, 配备

蒸汽炉的 炉 胆 直 径 为 1.4 m , 炉 胆 长 度 为 6.2 m 。 15t / h 的燃烧器, 即燃烧室长度与燃烧机火焰长度

WNS15-1.25-Q 型锅炉为定型锅炉, 国内多家锅炉 不匹配。按照 15t / h 的天然气量运行, 必然造成炉

厂都生产该型号锅炉, 炉胆直径均为 1.4m , 炉胆长 体部件烧坏和安全事故, 且浪费天然气原料; 10t / h

度均大于 6 m 。该次事故的蒸汽炉炉胆直径 仅 为 蒸汽炉勉强可以在安全情况下运行, 但仍存在安全

1.2m , 长度仅有 4.07m , 总体结构尺寸均比国内同 隐患。

型号锅炉的尺寸小。

( 2 )蒸汽炉按照 15t / h 的天然气量运行, 炉胆 3 综合分析

长度按照 现 有 实 际 长 度 计 算, 回 燃 室 温 度 可 达 到 烟管断面的显微组织是铁素体、 球化 3 级珠光

1350 ℃左右; 三回程出口温度超过 300 ℃ , 高于设 体和魏氏组织, 显微组织的变化说明烟管端头温度

计的额定温度; 火焰长度达 5.93 m , 直接穿透锅炉 发生了较大变化, 使珠光体中的碳化物发生了球化
后侧。在查验维修记录时, 发现有设备在投产一年 分解; 魏氏组织的形成说明了烟管的端头部位温度

后, 防爆门出现烧红及孔圈烧穿现象, 说明设备运行 较高, 约在 1100℃ 以上, 显微组织发生相变。魏氏

过程中火 焰 已 经 到 达 防 爆 门 处, 火 焰 温 度 约 达 到 组织可降低材料的韧性。

1400℃ 。 断口周围没有任何塑性变形, 断口上有较厚的
( 3 )按照蒸汽炉的结构尺寸进行校核计算, 该 氧化皮和二次裂纹, 说明在高温下产生脆性开裂。

炉按 10t / h 炉参数运行勉强符合要求, 但炉胆长度 烟管端头形成的魏氏组织降低了材料的韧性, 增加
不够, 回燃室温度和排烟温度均偏高。如果天然气 了组织应力, 可促进裂纹的形成与扩展。烟管端头

消耗量为 800~900Nm / h , 基本相当于 10t / h 炉 在工作载荷和组织转变等应力的作用下出现开裂。
3

参数运行。如果天然气流量超过 850Nm / h , 锅炉 热力计算证明, 该蒸汽炉炉胆长度过小 ( 仅有
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