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于洋
（吉林石化公司煉油廠，吉林吉林132021）
摘要：針對DZL6-1.25T型蒸汽鍋爐出現的泄漏故障，通過宏觀檢查、無損檢測和金相微觀檢查等方法進行失效分析，根據裂縫形成機理實施檢修方案，并取得良好效果。采取相應的防治對策，保證鍋爐安全穩定運行。
0引言
工業用電鍋爐屬于特殊的受熱承壓裝置，具有一定的危險性。由于裂縫是引起鍋爐泄漏、爆炸等事故的最大隱患，因而如何保證鍋爐安全、穩定、可靠地工作，成為國內外眾多學者關注的焦點。通過對某石化公司鍋爐開裂的原因進行分析，找到故障成因并制訂檢修計劃，同時采取相應的防治對策，防止此類裂紋的發生，保證鍋爐的正常使用。
1鍋爐裂紋情況
某石化公司使用的DZL6-1.25T型蒸汽鍋爐（圖1）出現泄漏，公司收到事故匯報后，馬上派人趕到生產車間進行檢查。
1.1宏觀檢查
該鍋爐鍋體采用Q245R材料，厚度22mm，有定期檢查及水質檢測報告，檢查當日操作記錄顯示水位、壓力無異常。通過宏觀觀察，鍋體內部沒有明顯的污物，在鍋體底部滲漏部位有一條100mm長、0.5mm寬的貫穿裂縫，該裂縫在平口罐中部的平頂環焊邊處，沿著焊點與母材熔合的方向擴展，周圍有疑似細小裂縫，裂縫兩邊的母材料沒有明顯變形、鼓包和過燒，焊縫未見咬邊、錯邊等表面焊接缺陷。在焊接的同一端，距裂縫100mm處設有一個用于排水的支承片，它與鍋體形成了一個角焊接頭，其邊沿與爐膛的對接焊縫基本垂直，并在其兩邊沉積了少許的粉塵。
1.2無損檢測
對裂縫焊縫和裂縫末端300mm以內的焊點和污水處理設備支持板的轉角焊縫進行清洗、拋光，直到顯露出金屬光亮為止。通過磁粉探測，發現在水側沒有其他伴生裂縫，只有貫穿式裂縫，在火側出現了主要裂縫，其兩邊均有細小的裂縫，這些裂縫的長度都很短（2~10mm）。污水處理設備支持板的轉角處焊縫沒有出現裂縫。超聲探測結果顯示，除上述裂縫外沒有其他的內部損傷，采用超聲對主裂縫兩邊的微小裂縫進行了探測，深度最大為5mm。
1.3金相顯微檢驗
對焊接及基材進行了光譜測定（表1），結果滿足Q245R及熔覆金屬的成分組成，未發現硫、磷等元素含量過高。對斷裂進行微觀分析，結果顯示出一種具有疲勞的輝紋狀結構（圖2）。檢查母材及開裂部位的微觀結構，發現母材為鐵元素+珍珠巖，顆粒尺寸和形狀相似，沒有魏氏組織（圖3）。裂紋部位的金相組織顯示裂紋以沿晶、穿晶為主（圖4）。
1.4檢驗結果
Q245R材料的塑性強、韌性好，但若長時間高溫則會導致其組織惡化、機械強度下降。在高溫和高壓的雙重影響下，會產生變形、凸起，最終斷裂，并使斷裂部位的厚度減小。但鍋爐沒有出現明顯的塑性破壞，反而出現了裂紋，不滿足塑性斷裂的特點。生產記錄中鍋爐沒有發生過脫水現象，通過對其進行的宏觀觀察，發現主要裂縫寬度在0.5mm左右，表明其在破裂過程中受到了很大的壓力。通過對火焰側主要裂縫的探測，發現在火側主要裂縫的兩邊都存在裂縫，但在水側未出現裂縫，由此推斷裂縫是由火側開始逐漸向水側方向發展的。通過微觀觀察發現，母材的組織基本完好，斷裂微觀形態呈現出疲勞、斑紋等特點，且以穿晶為主，故可將其視為一種疲勞斷裂。
2裂紋失效機理分析
鍋爐爐管采用Q245R材料，厚度為22mm，無需進行全面的熱處理，因此焊接后的剩余應力比較大。此外，在焊接工藝中，由于焊接時的張力與焊接接頭的非連續性部位應力的共同作用，形成焊接接頭的應力分布。另外，由于污水管道內壁與鍋爐的對接焊縫很接近，且與鍋爐的對接焊縫基本成平行狀態，因此，在這一地區，水流流通受到阻，這一現象從支架上的小塊灰塵可以看出。一方面，在此區域水流比其他區域緩慢，同時也會被火焰的輻射所影響，因此會受到很大的溫度變化，與之前的應力重疊在一起，增加了該位置的壓力。同時，在該區域水流通受阻，在支承板壁上的熱水滯留時間過長導致泡沫增多，當水汽遇到水流時，會形成循環的壓力負荷，從而使焊接接頭出現多個受力重疊的缺陷。同時，爐膛外側的張力較大，受到較大的火焰輻射，因此裂紋是從火側面開始，與檢驗結果相吻合。
3鍋爐維修
3.1維修方案
根據鍋爐爐體裂縫破壞機理分析，提出以下維護措施：
（1）將污水管道內的支承盤移至與主焊縫較遠的地方，按評定的方法進行焊接，并對其進行100%的磁性粉末檢驗。
（2）因為裂縫是由于疲勞造成的，因此維修時要采取挖掘的辦法。用正方補片，大小為300mm×300mm×22mm，補片四角應為圓形，半直徑大于100mm，材料選用Q245R，焊條型號選E4315，拋光消除焊縫余高，進行100%光線檢測。
3.2維修過程
（1）切斷污水管道的支持面板，拋光殘留的缺口，使其與母材平齊，移動支承面板距主焊縫300mm，由合格的焊工進行操作，并符合NB/T47013—2015《承壓設備無損檢測》標準I類。
（2）將制作好的空洞用樣板放入鍋內，繪制好線條后，將缺損部分沿直線切割，切割后拋光，去除切割邊50mm以內的雜質。將相同的下料片放在補片上，其長、寬都按照樣片的尺寸增大5mm。在卷裝補片時，由于補片的振幅會導致補片的弧形半徑增加，故應將其預先彎曲至比平底的弧形半徑稍小，再將已彎曲的補板放置一段時間，然后對其曲線進行半徑修正。
（3）將補片和鍋爐修補缺口磨掉硬邊，然后按照雙面焊的方式在平底焊縫上切出一道斜槽，該焊縫與平底鍋的空隙為2mm，經拋光以消除殘余焊縫。
（4）由合格的、有資質的焊工進行焊接，并按照NB/T47013—2015《承壓設備無損檢測》要求檢驗。
4預防措施
從斷裂破壞機理的角度分析，這種裂縫是由于焊接殘余應力、運行工況下的應力和熱應力在焊接過程中累積而形成的，再結合不順暢的水流而形成的應力負荷，從而形成了疲勞開裂。因此可以采用以下防范措施：
（1）將外排水設備支架等的鍋筒內體與鍋體連接時，應盡可能地與鍋體的主體對接焊縫保持一定距離，并盡可能減少支承片等接頭的橫斷面面積，盡可能沿水循環流動的方向排列。
（2）在確保焊接材料填充的前提下，盡可能地降低焊接殘余高度，并根據需要進行拋光，以減小殘余高度。
（3）如果需要，在鍋爐的設計和生產工藝中加入熱處理以減少壓力。
（4）在鍋爐的操作中，應盡量減少對鍋爐進行頻繁啟動和停機，造成高負載的變動。
5結束語
檢修后，對停爐進行內部檢查，沒有出現任何類似的裂縫，設備狀態良好，工作平穩。實踐表明，鍋爐的結構缺陷、負荷波動較大、頻繁啟動引起的周期應力負荷，以及受力集中等，是鍋爐出現裂縫的主要原因，在設計、制造、安裝過程中要充分重視，盡量減小應力的集中，防止出現周期的應力負荷，在生產過程中要防止頻繁啟動、負荷波動大現象的發生。
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