Page 73 - 理化检验-物理分册2022年第六期
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李朝辉, 等: 承压蒸汽锅炉烟管开裂原因




            4m 长)。按 15t / h 能力运行时, 火焰直接 燃烧到                        对失效机理、 热力计算与结构设计校核结果进

            回燃室等相关部位, 回燃室温度高达 1400 ℃ 。烟                        行综合分析, 可以得出蒸汽锅炉结构不合理是该蒸
            管端头形成的魏氏组织证明了烟管端头的 温度较                             汽炉烟管开裂的原因。
            高, 说明是烟管端头发生了相变。回燃室管板没有
                                                              4  结语
            绝热保护, 烟管没有保护端头, 从而导致烟管端头温

            度过高。                                                   ( 1 )烟管端头在高温环境的作用下产生高温热

                GB / T16508.4 — 2013 《 锅壳锅炉 第 4 部分: 制          疲劳开裂。


            造、 检验与验收》 和 JB / T1619 — 2002 《 锅壳锅炉本                  ( 2 )回燃室的管板和烟管端头等均没有设置绝




            体制造技术条件》 规定: 当烟温大于 600 ℃ 时, 管子                     热保护, 造成烟管端头温度过高。

            超出其与管板连接焊缝的长度不应大于 1.5 mm 。                             ( 3 )该蒸汽炉烟管开裂的主要原因是锅炉结构

            该炉的管子与管板连接焊缝的长度超过 6mm 。火                           设计存在严重问题, 炉胆长度尺寸过小, 燃烧器与炉
            焰直接燃烧管头, 使管头温度升高, 管头不仅承受组                          膛实际结构不匹配, 均造成回燃室温度过高, 火焰直
            织转变带来的组织应力, 还有温度变化的热应力等                            接燃烧管板和烟管端头, 使端头位置的温度过高。

            作用。                                                    ( 4 )锅炉烟管端头伸出管板过长、 管间距过小、

                GB / T16508.3 — 2013 《 锅壳锅炉 第 3 部分: 设          烟管端头不整齐等加速了烟管端部开裂。


            计与强度计算》 规定: 相邻焊接管孔焊缝边缘的净间
                                                               参考文献:

            距不宜小于 6mm ; 管子与管板焊接时“ 孔桥应使相
            邻焊缝边缘的净距离不小于 6mm ”。该炉 的管子                           [ 1 ]   工业锅炉设计计算方法编委会 . 工业锅炉设计计算方



            中心距为 80mm , 管桥为 10 mm ; 焊脚宽度为 4~                        法[ M ] . 北京: 中国标准出版社, 2005.
                                                                [ 2 ]   冯俊凯 . 锅 炉 原 理 及 计 算 [ M ] . 北 京: 科 学 出 版 社,
            5mm 。相邻 焊 接 管 孔 焊 缝 边 缘 的 净 间 距 几 乎 为
            0mm 。管头焊缝存在较大的焊接残余应力也是造                                 2003.

            成管头和焊缝部位开裂的另一个原因。
                                                                                                                
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            形。由于该钢管是在投入使用前的试压阶段发生穿                             性能等均符合 GB / T9711 — 2017 标准的要求。

            孔失效的, 因此可排除管体内表面受腐蚀介质等因                                ( 2 )该直缝埋弧焊钢管穿孔处组织明显受过高

            素产生的腐蚀穿孔         [ 3-5 ] 。                         温, 并产生热影响区及马氏体组织, 穿孔的原因是管

                 金相检验结果表明, 该钢管组织为多边形铁素                         体外表面发生高温烧伤。
            体 + 珠光体, 晶粒度为 11.5 级, 非金属夹杂物等级                         ( 3 )建议在焊接作业时, 保护好作业区域外的

            为 A0.5 , B0.5 , D0.5 级。穿孔处附近组织包括粗晶                 钢管表面, 避免产生烧伤; 建议对该条管线进行检
            区与过渡区, 其中粗晶区组织粗大且不均匀, 沿穿孔                          测, 以排查是否存在类似风险。
            边界区域发现有大片板条状马氏体组织, 马氏体组
                                                               参考文献:
            织是由管体表面受到高温, 当温度上升到淬火温度
            后冷却形成的。穿孔边界不同位置均发现有明显的                              [ 1 ]   张航 . 直缝埋 弧 焊 管 常 见 缺 陷 产 生 原 因 及 预 防 措 施
            组织受热区, 同时还发现马氏体组织分布在整个壁                                 [ J ] . 石化技术, 2019 , 26 ( 10 ): 224 , 226.

            厚方向, 说明高温覆盖了管体的整个壁厚方向。管                             [ 2 ]   田嘉治, 吕庆钢, 羊东明, 等 . 集输管内腐蚀失 效 原 因
            体穿孔完全贯穿且垂直于壁厚方向, 穿孔呈现“ 外粗                               分析[ J ] . 理 化 检 验 ( 物 理 分 册), 2013 , 49 ( 12 ): 843-
            内细” 的形貌, 穿孔处内表面存在明显的金属融化堆                               847.
                                                                [ 3 ]   宋成立, 付安庆, 林冠发, 等 . 某油田地面管线 腐 蚀 穿
            积现象, 由此可推断该失效钢管外表面受到高温电
                                                                    孔分析与治理[ J ] . 焊管, 2016 ( 2 ): 56-59.
            焊气割烧伤。
                                                                [ 4 ]   刘凯, 马丽敏, 陈志东, 等 . 埋地管道的腐蚀与防护综
            3  结论与建议                                                述[ J ] . 管道技术与设备, 2007 ( 4 ): 36-38 , 42.
                                                                [ 5 ]   吉楠, 廖臻, 朱辉, 等 . 某输油管道腐蚀 穿 孔 原 因[ J ] .

                 ( 1 )该直缝埋弧焊钢管的尺寸、 化学成分、 力学                         理化检验( 物理分册), 2021 , 57 ( 1 ): 61-65.
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