劉課秀 盧忠銘 王 戀

（廣州特種承壓設(shè)備檢測(cè)研究院 廣州 510663）

某 DZL型燃煤鍋爐鍋筒鼓包原因分析和對(duì)策

劉課秀 盧忠銘 王 戀

（廣州特種承壓設(shè)備檢測(cè)研究院 廣州 510663）

某單位燃煤鍋爐鍋筒底部受熱面出現(xiàn)兩處鼓包，存在嚴(yán)重安全隱患。為了找出鍋筒鼓包原因，并為鍋爐使用維修提出應(yīng)對(duì)措施，本文通過壁厚測(cè)定、金相分析、硬度測(cè)定、計(jì)算分析、水質(zhì)檢測(cè)等對(duì)鍋爐鼓包原因進(jìn)行了分析，結(jié)果表明鍋爐鍋筒鼓包的主要原因?yàn)殄佂餐补?jié)直接受火焰加熱，未按要求采用耐火隔熱層進(jìn)行覆蓋；同時(shí)，鍋爐給水和鍋水的濁度、硬度等多項(xiàng)指標(biāo)不合格，導(dǎo)致鍋筒內(nèi)壁被較厚水垢覆蓋、導(dǎo)熱性能變差。當(dāng)鍋筒發(fā)生過熱甚至過燒從而導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低時(shí)，在內(nèi)部蒸汽壓力的作用下發(fā)生了鼓包變形。

DZL型鍋爐 鼓包 原因分析

DZL型（單鍋筒縱置式鏈條爐）臥式快裝蒸汽鍋爐具有結(jié)構(gòu)緊湊、易于操作、運(yùn)輸方便、安裝方便、占地面積小等特點(diǎn)，在中小型企業(yè)中得到廣泛使用，其中，DZL型蒸汽鍋爐鍋筒底部鼓包事故時(shí)有發(fā)生，危害較大。通過分析找到鍋爐鼓包的發(fā)生原因，對(duì)于防止事故擴(kuò)大、鍋爐的維修和預(yù)防措施的制定有一定的實(shí)際意義[1-3]。

某單位燃煤鍋爐在內(nèi)部檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)鍋筒底部受熱面的第一、二筒節(jié)存在鼓包現(xiàn)象，存在嚴(yán)重的安全隱患。為了找出鍋筒鼓包原因，對(duì)該鍋爐情況進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)勘查，并通過壁厚測(cè)定、金相分析、硬度測(cè)定、計(jì)算分析、水質(zhì)檢測(cè)等對(duì)鍋爐鼓包原因進(jìn)行了分析和探討了相應(yīng)對(duì)策。

1 基本情況

鍋筒出現(xiàn)鼓包的鍋爐型號(hào)為DZL6-1.57-AⅢ/ AⅡ，額定蒸發(fā)量為6t/h，結(jié)構(gòu)形式為單鍋筒縱置式（水火管）鏈條爐，額定蒸汽壓力為1.57MPa，額定蒸汽溫度為204 ℃，鍋筒材料為16Mng，鍋筒厚度規(guī)格為18mm。

現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)，鼓包部位分別位于鍋筒前數(shù)第一筒節(jié)及第二筒節(jié)底部受熱面。鼓包均呈橢圓狀，第一筒節(jié)鼓包大小約為180×170mm，第二筒節(jié)鼓包大小約為660×300mm，變形最大高度為21mm，具體位置示意如圖1所示。鍋筒受熱面鼓包部位均未有耐火層覆蓋，金屬層裸露，見圖2。鍋筒內(nèi)壁、集箱水垢厚約3mm，水垢覆蓋率約50%；水冷壁管、煙管水垢厚約2mm，水垢覆蓋率約100%，見圖3。

圖1 鍋筒鼓包部位及尺寸(mm)

圖2 鍋筒底部鼓包

圖3 鍋筒內(nèi)壁、下集箱及煙管水垢

2 檢驗(yàn)分析結(jié)果

2.1 壁厚測(cè)定

對(duì)鍋筒底部鼓包部位的不同區(qū)域進(jìn)行壁厚測(cè)定，結(jié)果見表1，鍋筒鼓包區(qū)域壁厚減薄明顯。

表1 鍋筒鼓包處壁厚

2.2 金相分析

對(duì)鍋筒鼓包區(qū)域進(jìn)行金相分析，結(jié)果表明，第一筒節(jié)鼓包區(qū)域最大凸出部位金相組織為鐵素體+顆粒狀珠光體，晶界有過燒現(xiàn)象，見圖4和圖5；第二筒節(jié)鼓包部位金相組織為鐵素體+片狀珠光體，未出現(xiàn)過燒現(xiàn)象，組織正常，見圖6。

圖4 第一筒節(jié)鼓包金相（珠光體球化）

圖5 第一筒節(jié)鼓包金相（晶界過燒）

圖6 第二筒節(jié)鼓包金相

2.3 硬度測(cè)定

為分析鼓包部位金屬材質(zhì)的變化情況，運(yùn)用里氏硬度計(jì)對(duì)鼓包部位硬度進(jìn)行測(cè)定，將測(cè)定的硬度值按GB 1172—1999《黑色金屬硬度及強(qiáng)度換算值》中的黑色金屬硬度及強(qiáng)度換算表進(jìn)行換算，得出鼓包部位金屬材料的抗拉強(qiáng)度值。硬度測(cè)定結(jié)果表明，第一筒節(jié)鼓包部位最大凸出部位的硬度測(cè)定值較低，其轉(zhuǎn)換抗拉強(qiáng)度值已低于16Mng的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)要求值（490～635MPa）（參見GB 713—1997《鍋爐用鋼板》），硬度測(cè)定和強(qiáng)度轉(zhuǎn)換結(jié)果詳見表2。

根據(jù)壁厚測(cè)量結(jié)果可知，鍋殼殼體鼓包處最小實(shí)測(cè)壁厚為15.1mm，大于鍋筒最小需要壁厚Smin，鍋筒鼓包處的壁厚仍滿足標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度要求。

3 原因分析

表2 硬度測(cè)定及強(qiáng)度轉(zhuǎn)換結(jié)果

2.4 水質(zhì)分析

鍋爐近期的兩次水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果見表3。從水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果可發(fā)現(xiàn)鍋爐給水的濁度、硬度、全鐵含量、電導(dǎo)率均超標(biāo)，其中給水濁度超標(biāo)達(dá)4倍。鍋爐的鍋水多項(xiàng)指標(biāo)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，其中磷酸根、亞硫酸根遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求。

表3 水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

2.5 計(jì)算分析

按照GB/T 16508.3—2013《鍋殼鍋爐 第3部分：設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鍋筒鼓包處壁厚進(jìn)行計(jì)算。

相關(guān)計(jì)算參數(shù)選?。河?jì)算壓力p=1. 63MPa，鍋筒內(nèi)直徑Dn=1600 mm ，最小減弱系數(shù)φmin=1（鼓包部位不在孔橋區(qū)），許用應(yīng)力[σ]=122. 57MPa，附加壁厚

鍋殼殼體理論計(jì)算壁厚：

鍋殼殼體最小需要壁厚：

鍋爐第一筒節(jié)鼓包部位金相檢驗(yàn)表明，最大凸出部位處的金相組織為鐵素體+顆粒狀珠光體，晶界有過燒劣化現(xiàn)象。據(jù)此判斷鍋筒鼓包變形是由于鍋筒溫度過高引起的強(qiáng)度下降導(dǎo)致，從現(xiàn)場(chǎng)勘查及檢驗(yàn)可知鍋筒過熱主要原因如下：

1）鍋爐給水和鍋水水質(zhì)不符合GB/T 1576—200標(biāo)準(zhǔn)要求，導(dǎo)致鍋筒內(nèi)部結(jié)垢嚴(yán)重。鍋爐給水和鍋水存在的給水濁度、硬度、磷酸根、亞硫酸根等超標(biāo)問題。鍋爐給水如未經(jīng)軟化處理，水中陽離子主要有Ca2+、Mg2+、Na+等，陰離子主要有HCO3-，Cl-，等。例如給水硬度過高時(shí)，這些“硬水”在鍋爐內(nèi)加熱、受壓和濃縮的作用下，水中一些含量較高的離子首先達(dá)到某些鹽類的溶度積和過飽和狀態(tài)而生成沉淀，形成水垢[4]。現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)可見鍋筒受熱面區(qū)域內(nèi)壁被厚約3mm水垢覆蓋。水垢為熱的不良導(dǎo)體，其導(dǎo)熱系數(shù)僅約為鋼材的1/5，水垢的存在使鍋筒受熱面的導(dǎo)熱能力變差。鍋筒由于受熱不能及時(shí)傳導(dǎo)給鍋水而溫度上升，當(dāng)溫度超過鍋筒所能承受的臨界點(diǎn)時(shí)，鍋筒金屬的金相組織發(fā)生變化，如珠光體球化、晶界過燒等，導(dǎo)致強(qiáng)度降低。

2）鍋筒受熱面設(shè)置與鍋爐設(shè)計(jì)文件不符，導(dǎo)致鍋筒受熱溫度過高。按鍋爐設(shè)計(jì)圖紙，鍋筒向火面部位應(yīng)由耐火混凝土隔熱層覆蓋，不作為直接受熱面使用。根據(jù)《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，鍋筒使用鋼板16M ng材料金屬壁溫不應(yīng)超過400℃。該鍋爐未按要求安裝和使用，鍋爐筒節(jié)直接作為受熱面受高溫火焰加熱，其受熱溫度遠(yuǎn)高于鍋筒設(shè)計(jì)受熱溫度，可導(dǎo)致鍋筒實(shí)際壁溫高于許用壁溫。

綜上分析，由于鍋爐給水和鍋水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，鍋筒內(nèi)部結(jié)垢嚴(yán)重，鍋爐受熱面未按設(shè)計(jì)要求布置，鍋筒受熱溫度超出設(shè)計(jì)要求。當(dāng)燃煤燃燒產(chǎn)生的火焰熱量直接傳導(dǎo)給鍋筒，且鍋筒受熱面內(nèi)側(cè)有較厚水垢覆蓋時(shí)，鍋筒所受的火焰熱量不能及時(shí)傳導(dǎo)給鍋水，從而導(dǎo)致鍋筒溫度升高而出現(xiàn)組織劣化、過燒、金屬結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，并在鍋爐內(nèi)壓的作用下導(dǎo)致鼓包。

4 處理措施

1）鍋筒前數(shù)第一筒節(jié)鼓包底部已出現(xiàn)珠光體球化和過燒，強(qiáng)度下降。根據(jù)TSG G7002—2015《鍋爐定期檢驗(yàn)規(guī)則》要求，對(duì)鍋筒前數(shù)第一筒節(jié)受壓部件材質(zhì)出現(xiàn)過燒組織的部位，應(yīng)進(jìn)行挖補(bǔ)或更換；鍋爐前數(shù)第二筒節(jié)鼓包變形部位可進(jìn)行復(fù)位、挖補(bǔ)或更換修理。

2）應(yīng)嚴(yán)格按鍋爐設(shè)計(jì)圖紙布置受熱面，在鍋筒向火面部位用耐火混凝土隔熱層覆蓋，使鍋筒不作為受熱面直接接觸火焰和高溫?zé)煔?，減少鍋筒溫度過高風(fēng)險(xiǎn)。

3）鍋爐使用單位應(yīng)配備并使用合格的水處理設(shè)備和藥劑，切實(shí)加強(qiáng)鍋爐的水質(zhì)管理和監(jiān)測(cè)，確保鍋爐水質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1576—2008要求。

4）針對(duì)鍋筒、集箱及煙管水側(cè)水垢現(xiàn)狀，根據(jù)TSG G5003—2008《鍋爐化學(xué)清洗規(guī)則》的要求，應(yīng)對(duì)該爐進(jìn)行除垢清洗。采取化學(xué)清洗方法時(shí)，鍋爐使用單位應(yīng)委托具有相應(yīng)資質(zhì)或者能力的化學(xué)清洗單位對(duì)鍋爐進(jìn)行化學(xué)清洗；清洗完畢，鍋爐使用單位應(yīng)委托檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)清洗質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。通過減少水垢，改善鍋筒導(dǎo)熱性能，防止過熱。

[1] 李耀榮．我國工業(yè)鍋爐發(fā)展趨向探究[J］．工業(yè)鍋爐，2006，(1)：11-16．

[2］余潔．中國燃煤工業(yè)鍋爐現(xiàn)狀[J］．潔凈煤技術(shù)，2012，18(3)：89-91．

[3］何心良．我國工業(yè)鍋爐使用現(xiàn)狀與節(jié)能減排對(duì)策探討［J]．工業(yè)鍋爐，2010，(3)：1-8．

[4] 陶冶.鍋爐水質(zhì)與結(jié)垢控制[J].有色金屬，2004，56（2)：115-116．

[5] 鄧志成．從 DZL型臥式快裝蒸汽鍋爐鍋筒底部鼓包事故探討原因及修理方法[J]．工業(yè)鍋爐，2006，(4)：51-52．

Analysis and Countermeasures of Drum Deformation of a DZL Coal-fired Boiler

Liu Kexiu Lu Zhongm ing Wang Lian
(Guangzhou Special Pressure Equipment Inspection and Research Institute Guangzhou 510663)

Two drum deformations were found in the heating surface of the boiler drum bottom of a coal-f red boiler, and there was serious hidden danger. In order to fnd out the reason of boiler drum deformation, and put forward countermeasures for boiler maintenance, through the wall thickness measure, metallographic analysis, hardness measure, calculation analysis and water quality testing, this paper analyzed the reason of boiler drum deformation. The results showed that the main reason of boiler drum deformation was that the drum section was directly heated by fame. And the inner drum was covered by thick scale that results in bad thermal conductivity. When the shell was overheated which lead to the decrease of strength, drum deformation happened under the action of the inner pressure of the pot.

DZL boiler Drum deformation Cause analysis

X 933.2

B

1673-257X(2017)06-0052-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.06.013

劉課秀（1984～)，男，碩士，工程師，從事金屬材料檢測(cè)和機(jī)械裝備及構(gòu)件失效分析工作。

劉課秀，E-mail: liukexiu@126.com。

2016-10-31）