影响扰性薄管板的应力分布的因素主要有管板厚度、换热管的中心距、转角处的结构设计、管板转角半径、挠性薄管板高温侧及换热管热防护等。

对于挠性薄管板厚度的计算至今尚无统一的计算公式，其主要是影响管板强度的因素较多，除了压力、温度、设备直径等，还有两个决定性因素：

第一是管板上孔桥的大小。一般情况下，孔桥越大，管板厚度随之增加，反之则减小，这主要是换热管弹性支撑作用影响的结果;

第二是管程和壳程间温差的大小。二者是相互矛盾的。增加管板厚度，会降低孔桥处的应力，但管板转角处的应力却增大了。

随着换热管中心距增大，挠性薄管板各处的应力强度值均随之增大。这主要是随着换热管的管间距增大，周围不布管区域缩小，管束对管板的弹性支撑范围加大，相应的约束也增大，在温差载荷的作用下，使得管板整体受到的弯曲应力加大。

转角处的设计中，在管板与壳体连接转角处增加了一个挠性环或叉形结构，作用相当于设置了一个波形膨胀节，使得管板与壳体连接周边有较大的柔性，改善管板的受力情况，主要依据是应力分析结果表明，普通的挠性薄管板与壳体连接转角处的应力强度值最高。

锅炉管板开裂原因分析及处理

1　概况

1994年3月9日，我市某厂一台KZL-13型锅炉运行中发现炉前右上角外保铁皮接缝处有蒸汽喷出，司炉职员立即停炉，拆开保温层发现有一道穿透性裂纹，管板没有明显塑性变形。

锅筒内检查，主裂纹起始于角板拉撑与管板连接的角焊缝根部。该道焊缝表面质量差，边沿存在1mm左右的连续性咬边缺陷。割往这块角板撑，打磨处理后进行表面探伤，结果表明，主裂纹基本上沿着焊缝发展，并超出角板拉撑向下穿过管板拼缝，总长达220mm。主裂纹上端有三条近似平行的细裂纹，下端有五条外形不规则的细裂纹。使用LS-3型裂纹测深仪丈量，裂纹深度在2～16mm不等。见图1(照片)、图2、图3。

2　原因分析

查资料，该炉已运行十二年，工作压力在1MPa以下变化。锅筒内径1600mm，管板材料16Mng，角板拉撑材料16Mn，管板与角板拉撑连接是未开坡口的双面角焊缝。

在裂纹四周取3个点，阔别裂纹的管板外表面取1个点作金相复膜检查，裂纹边沿金属组织未见脱碳，与阔别裂纹处金属组织及形貌皆相同，均为铁素体+珠光体，因此可以排除材质原因和苛性脆化，为修复提供了依据。金相取点位置见图3，图象显示

剖开裂纹，主裂纹断面沿管板厚度方向分为三个区域。第一，裂纹以咬边沟槽开始，第二，断面中部能看到明显门路状变化区，第三，断面外边沿区表面粗糙，是最后撕裂区域。由此可判定这是一起较为典型的疲惫裂纹事故。

焊缝严重咬边是产生裂纹的主要原因，它一方面削弱了管板强度，另一方面造成了应力集中。就在此高应力处形成裂纹源。其次，锅壳、管板、烟管受热膨胀各不相同，刚性很大的角板拉撑型式加剧了变形的不协调，形成高应力区。第三，负荷的不均衡，起停频繁，在交变应力作用下加剧了裂纹的发展。第四，主裂纹两真个数条小裂纹，是由于上端靠近管板扳边部位，而下端本来应力就最为集中，加上靠近管板拼缝，各种应力在此叠加。

3　修复方法

由于裂纹较长且穿过管板拼缝，并在主裂纹两端产生数条细小裂纹，不宜采用补焊方法，只能挖补。

根据《蒸汽锅炉安全技术监察规程》规定，补板应是规则外形且四个角应与半径不小于100mm的圆角，结合实际情况以为，采用图5所示外形补板是比较合适的。在管板上划线，切割出补板外形，用角向砂轮磨出X型坡口，角度为30°，补板采用相同材料，也加工出坡口。组装时用角钢临时固定，采用多层多道对称焊接，焊前预热，焊后热处理，并进行100%射线探伤。为了避免补板受到角板拉撑的影响，未在原位置重新焊角板拉撑，而是在距补板两侧焊缝约800mm处各安装一根圆杆斜拉撑，基本上可让开补板的热影响区。经强度计算，可恢复原有额定工作压力。管板挖补后，该部位至今未发现异常。