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中图分类号：TK228 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）11-0038-01
热水锅炉具有良好的节能效果，根据我国能源政策的要求，热水供热己成为一项重要的技术政策。在热水锅炉产品品种数量一时还供不应求的情况下，许多用户将原有的蒸汽锅炉或新购置的蒸汽锅炉改为热水锅炉使用，出现了许多问题和事故。其中用KZL型蒸汽锅炉改为热水锅炉使用的以发生管口漏水和管板断裂裂纹为最多。
一、孔桥断裂、裂纹泄漏的现象
在锅炉检验过程中，我们曾经遇到过多次KZL型热水锅炉后管板孔桥断裂，裂纹泄漏的情况。例如：市锅炉厂生产的一台KZL240—7/95/70—AⅡ型锅炉，用户使用不到三个月就发现后管板泄漏。
二、弹塑性断裂力学分析
为什么KZL型热水锅炉投入使用后不久，就会发生后管板孔桥断裂泄漏的事故呢？孔桥的断裂泄漏不仅仅与连接方式和锅内水循环有关，而且很可能与其它因素有关。从断裂力学知识中可知，大凡物体的断裂都与物体的变力有关。那么为什么焊缝在低应力下会产生开裂呢？因为锅炉受压元件的安全不仅仅决定于材料的机械性能，而且还与材料的断裂韧性和受压元件的外加负荷的受力方式以及“原始裂纹”的形状尺寸等因素有关。
三、外部应力分析
既然是焊缝内侧开裂的危险是存在的，那么作用于该处所受外部应力是如何产生的呢？简而言之，它是外部各种应力叠加的结果。
这些外部应力是：1.填角焊缝处的拘束应力：KZL型锅炉烟管是直钢管，两端固定焊在前后管板上，呈刚性连接，当烟管受热伸长时为拉应力，冷却收缩时为压应力，这种拉一压应力反复作用于烟管两端的焊缝上，成为焊缝的拘束应力。
2.孔桥与烟管缝隙处的温差应力：
由于KZL型热水锅炉内水容积大，水循环不论采取强制循环还是自然循环，锅内特别是前后管板附近的水流速很低或出现水流的停滞，而后管板烟气第一回程人口处受到高温烟气（高于900℃）的快速冲刷，放热激烈，孔桥与烟管之间的缝隙处的水可能产生局部汽化，而周围水域温度相对较低，这种现象称为局部水域的过冷沸腾，如此反复作用，使局部壁温升高，也会增大温差应力。
3.焊接残余应力：
烟管与管板采用焊接连接，其焊根往往会产生局部塑性变形，形成难于消除的残余应力，这种残余应力本身就作用焊缝的内侧。
4.其它应力：
管板内侧会产生局部膜应力；管孔边缘也会产生应力集中；加上管板平面膨胀效应而前生的弯曲应力；以及一些機械应力等等。合计为其它应力作用于焊缝内侧。
四、疲劳裂纹的扩展
焊缝一旦撕裂，它作为新的裂痕向孔桥母材纵向延伸，其机理是：由于热水锅炉用于民用建筑采暖，锅炉的启动停炉比较频繁；如此反复“升温一冷却”交替进行，产生应力循环，在此交变载荷作用下，裂纹不断扩展直至开裂。
五、断裂失效原因分析
由上述分析可知，KZL型热水锅炉孔桥断裂失效的原因是由于锅炉自身结构不尽合理引起的。
1.局部水域的过冷沸腾
从结构上看KZL型热水锅炉不可避免地产生局部水域冷沸腾，第一回程的高温烟气（达900℃以上）以高速（10m/s以上）冲刷后管板烟管入口处，形成强烈的对流放垫，使孔桥和管壁的壁温有可能达到或超过饱和温度，缝隙处的水便产生沸腾，而周围又能大量温度相对较低“冷水”所包围，冷却沸腾的汽泡，产生“过冷沸腾”，加剧疲劳裂纹的扩展，可见过冷沸腾是产生疲劳断裂裂纹的直接原因。
2.“原始裂纹”和残余应力的存在
管孔内径与烟管外壁之间存在缝隙，这种缝隙可看作是由于结构不合理产生的“原始裂纹”加上管板与烟管采用焊接连接，焊缝的根部存在难于消除的残余应力，而且烟管与直管，刚性连接，无伸缩余地拘束应力得不到补偿，也加剧了疲劳裂纹的扩展。
改进的方向有两种：方向之一：在原KZL型水火管快装锅炉的基础上完善结构，成为DZL型锅炉，改进后的DZL型锅炉在结构上有以下特点：采用螺纹烟管取代光烟管，其钢度仅有原光管的50%左右，因而使螺纹烟管与管板连接处焊缝的拘束应力大下降，改善了焊缝的受力条件，采用低应力的弓型管板取代了原来的平管板使结构应力得到一定的补偿，改善了焊缝区域的受力结构，降低应力幅度，对保护烟管焊缝的利。
改进方向之二：完全放弃KZL型锅壳式水火管快装锅炉结构，向全水管快装锅炉的方向发展。
六、对在用的KZL型热水锅炉防止孔桥断裂的措施
1.从外因上讲锅炉运行时启停频繁是导致孔桥断裂的原因之一，因此，应尽量减少锅炉启停次数、改间接运行为连续运行、以上述锅炉为例，如果锅炉一昼夜仅发生一次应力循环那么该锅炉至少可安全运行1069天，可安全运行7个采暖期，（一个采暖期以150天计算）。
2.锅炉启动时升温和停炉时降温应缓慢进行，以减少温度梯度，以平缓应力幅度。
3.如果锅炉房内有多台锅炉同时运行，则应由多台间断低负荷运行改为少台同时高负荷运行，以减少因此供热不平衡而造成的停炉次数。
4.加强水质管理，防止锅炉内结垢。
热水锅炉具有良好的节能效果，根据我国能源政策的要求，热水供热己成为一项重要的技术政策。在热水锅炉产品品种数量一时还供不应求的情况下，许多用户将原有的蒸汽锅炉或新购置的蒸汽锅炉改为热水锅炉使用，出现了许多问题和事故。其中用KZL型蒸汽锅炉改为热水锅炉使用的以发生管口漏水和管板断裂裂纹为最多。
一、孔桥断裂、裂纹泄漏的现象
在锅炉检验过程中，我们曾经遇到过多次KZL型热水锅炉后管板孔桥断裂，裂纹泄漏的情况。例如：市锅炉厂生产的一台KZL240—7/95/70—AⅡ型锅炉，用户使用不到三个月就发现后管板泄漏。
二、弹塑性断裂力学分析
为什么KZL型热水锅炉投入使用后不久，就会发生后管板孔桥断裂泄漏的事故呢？孔桥的断裂泄漏不仅仅与连接方式和锅内水循环有关，而且很可能与其它因素有关。从断裂力学知识中可知，大凡物体的断裂都与物体的变力有关。那么为什么焊缝在低应力下会产生开裂呢？因为锅炉受压元件的安全不仅仅决定于材料的机械性能，而且还与材料的断裂韧性和受压元件的外加负荷的受力方式以及“原始裂纹”的形状尺寸等因素有关。
三、外部应力分析
既然是焊缝内侧开裂的危险是存在的，那么作用于该处所受外部应力是如何产生的呢？简而言之，它是外部各种应力叠加的结果。
这些外部应力是：1.填角焊缝处的拘束应力：KZL型锅炉烟管是直钢管，两端固定焊在前后管板上，呈刚性连接，当烟管受热伸长时为拉应力，冷却收缩时为压应力，这种拉一压应力反复作用于烟管两端的焊缝上，成为焊缝的拘束应力。
2.孔桥与烟管缝隙处的温差应力：
由于KZL型热水锅炉内水容积大，水循环不论采取强制循环还是自然循环，锅内特别是前后管板附近的水流速很低或出现水流的停滞，而后管板烟气第一回程人口处受到高温烟气（高于900℃）的快速冲刷，放热激烈，孔桥与烟管之间的缝隙处的水可能产生局部汽化，而周围水域温度相对较低，这种现象称为局部水域的过冷沸腾，如此反复作用，使局部壁温升高，也会增大温差应力。
3.焊接残余应力：
烟管与管板采用焊接连接，其焊根往往会产生局部塑性变形，形成难于消除的残余应力，这种残余应力本身就作用焊缝的内侧。
4.其它应力：
管板内侧会产生局部膜应力；管孔边缘也会产生应力集中；加上管板平面膨胀效应而前生的弯曲应力；以及一些機械应力等等。合计为其它应力作用于焊缝内侧。
四、疲劳裂纹的扩展
焊缝一旦撕裂，它作为新的裂痕向孔桥母材纵向延伸，其机理是：由于热水锅炉用于民用建筑采暖，锅炉的启动停炉比较频繁；如此反复“升温一冷却”交替进行，产生应力循环，在此交变载荷作用下，裂纹不断扩展直至开裂。
五、断裂失效原因分析
由上述分析可知，KZL型热水锅炉孔桥断裂失效的原因是由于锅炉自身结构不尽合理引起的。
1.局部水域的过冷沸腾
从结构上看KZL型热水锅炉不可避免地产生局部水域冷沸腾，第一回程的高温烟气（达900℃以上）以高速（10m/s以上）冲刷后管板烟管入口处，形成强烈的对流放垫，使孔桥和管壁的壁温有可能达到或超过饱和温度，缝隙处的水便产生沸腾，而周围又能大量温度相对较低“冷水”所包围，冷却沸腾的汽泡，产生“过冷沸腾”，加剧疲劳裂纹的扩展，可见过冷沸腾是产生疲劳断裂裂纹的直接原因。
2.“原始裂纹”和残余应力的存在
管孔内径与烟管外壁之间存在缝隙，这种缝隙可看作是由于结构不合理产生的“原始裂纹”加上管板与烟管采用焊接连接，焊缝的根部存在难于消除的残余应力，而且烟管与直管，刚性连接，无伸缩余地拘束应力得不到补偿，也加剧了疲劳裂纹的扩展。
改进的方向有两种：方向之一：在原KZL型水火管快装锅炉的基础上完善结构，成为DZL型锅炉，改进后的DZL型锅炉在结构上有以下特点：采用螺纹烟管取代光烟管，其钢度仅有原光管的50%左右，因而使螺纹烟管与管板连接处焊缝的拘束应力大下降，改善了焊缝的受力条件，采用低应力的弓型管板取代了原来的平管板使结构应力得到一定的补偿，改善了焊缝区域的受力结构，降低应力幅度，对保护烟管焊缝的利。
改进方向之二：完全放弃KZL型锅壳式水火管快装锅炉结构，向全水管快装锅炉的方向发展。
六、对在用的KZL型热水锅炉防止孔桥断裂的措施
1.从外因上讲锅炉运行时启停频繁是导致孔桥断裂的原因之一，因此，应尽量减少锅炉启停次数、改间接运行为连续运行、以上述锅炉为例，如果锅炉一昼夜仅发生一次应力循环那么该锅炉至少可安全运行1069天，可安全运行7个采暖期，（一个采暖期以150天计算）。
2.锅炉启动时升温和停炉时降温应缓慢进行，以减少温度梯度，以平缓应力幅度。
3.如果锅炉房内有多台锅炉同时运行，则应由多台间断低负荷运行改为少台同时高负荷运行，以减少因此供热不平衡而造成的停炉次数。
4.加强水质管理，防止锅炉内结垢。