煤氣發(fā)生爐的全面檢驗及鼓皰事故分析

張偉洪

（廣東省云浮市特種設(shè)備檢驗所，廣東云浮527427）

煤氣發(fā)生爐主要由爐體水夾套和汽包組成，煤在水夾套內(nèi)燃燒，產(chǎn)生的熱量被水吸收后產(chǎn)生蒸汽匯集到汽包后，通過管道把蒸汽引回到水夾套的熾熱的煤層上與煤發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生煤氣，用于陶瓷的燒制。

2011年2月，我所對某陶瓷廠的煤氣發(fā)生爐進行年度檢查時，發(fā)現(xiàn)該煤氣發(fā)生爐爐體水夾套內(nèi)筒體發(fā)生多處鼓皰。該煤氣發(fā)生爐水夾套的基本信息見表1。由于煤氣發(fā)生爐是陶瓷生產(chǎn)的心臟，一旦停用，將給陶瓷廠帶來巨大經(jīng)濟損失。陶瓷廠十分焦急，他們希望我所盡快給出鑒定意見和處理方法。為了準(zhǔn)確判斷煤氣發(fā)生爐的受損程度和提出合理的處理意見，我所立即對該煤氣發(fā)生爐進行了全面檢驗。

1 制定檢驗方案

檢驗方案是根據(jù)《壓力容器定期檢驗規(guī)則》的要求和煤氣發(fā)生爐的特點，重點針對鼓皰部位而制定的。主要從以下幾方面考慮。

1.1 檢驗依據(jù)

1、GB150-1998《鋼制壓力容器》；

2、TSGR0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》；

3、TSG R7001-2004《壓力容器定期檢驗規(guī)則》；

4、GB/T1576-2008《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》。

1.2 檢驗要點

（1）宏觀檢查

檢查爐體的結(jié)構(gòu)、幾何尺寸和焊縫，表面狀況以及夾套內(nèi)的結(jié)垢情況；

（2）超聲波測厚，重點對鼓皰部位進行測厚；

（3）對鼓皰部位及其周圍進行表面缺陷檢測；

（4）對鼓皰部位進行埋藏缺陷檢測；

（5）對鼓皰部位進行硬度測定；

（6）對鼓皰部位進行顯微組織的金相檢驗；

（7）強度校核；

（8）耐壓試驗。

根據(jù)上述檢測結(jié)果對煤氣發(fā)生爐爐體進行安全狀況等級評定并給出處理意見。

2 檢驗情況

（1）宏觀檢查

據(jù)了解，該煤氣發(fā)生爐曾在去年底發(fā)生過缺水事故。該煤氣發(fā)生爐自安裝投用以來，一直沒有安裝水處理設(shè)備，爐水多次抽樣檢測均不合格，不合格的指標(biāo)是給水硬度和爐水pH值、堿度、溶解固形物。

這次檢驗發(fā)現(xiàn)該爐水夾套內(nèi)筒體中下部發(fā)生3處鼓皰，其中最大處直徑為842mm，高105mm，鼓皰情況見圖1。

表1 煤氣發(fā)生爐水夾套的基本信息Tab.1 Basic information aboutgas generator's water jacket

煤氣發(fā)生爐水夾套內(nèi)結(jié)垢嚴重，達2mm；內(nèi)筒體向火側(cè)材料表面有高溫氧化現(xiàn)象。

圖1 筒體鼓皰情況Fig.1 Bulge deformation of the steel shell

圖3 最大鼓皰處鋼材的金相分析顯微組織Fig.3 Metallographical image of the steelshellwith the largestbulge deformation

圖2 超聲波測厚平面圖Fig.2 Ultrasonic measurement of the fouling layer thickness（top view）

表2 超聲波測厚相應(yīng)數(shù)據(jù)Tab.2 Ultrasonic measurement results of the fouling layer thickness

（2）超聲波測厚

其測厚所得的展開平面見圖2及相應(yīng)數(shù)據(jù)見表2。

超聲波測厚顯示，其最小壁厚發(fā)生在最大鼓皰處，為17.5mm，說明鼓皰處已被明顯拉薄。

（3）磁粉檢測鼓皰處，未發(fā)現(xiàn)裂紋。

（4）超聲波檢測鼓皰處，未發(fā)現(xiàn)鋼材有分層現(xiàn)象。

（5）硬度測量

鼓皰處鋼材的硬度值見表3。

鼓皰處的平均硬度值為130.5HB，表明鼓皰處鋼材的硬度值明顯偏高（正常為120HB左右）。

（6）金相檢驗

表3 鼓皰處鋼材的硬度值Tab.3 Hardness of the bulged steel shell

表4 筒體的強度Tab.4 The strength of the steelshell

該爐水夾套內(nèi)筒體的材質(zhì)為20g，交貨狀態(tài)為熱軋，其金相組織為鐵素體和珠光體。圖3為最大鼓皰處鋼材的金相分析顯微組織。

從圖3可以看出，該處已長出針狀的魏氏組織，已明顯過熱，說明材料已產(chǎn)生劣化。

（7）強度計算

根據(jù)GB150-1998《鋼制壓力容器》計算爐體水夾套內(nèi)筒體的強度。經(jīng)過計算和查表，其參數(shù)見表4。

[P]允許=B/（D0/δe）=0.25MPa＞P設(shè)，強度校核合格。

（8）水壓試驗

檢驗結(jié)束后，經(jīng)水壓試驗，其結(jié)果無滲漏，無殘余變形，水壓試驗合格。

3 檢驗結(jié)果分析

從上述檢驗結(jié)果來看，造成這次鼓皰事故的主要原因是煤氣發(fā)生爐發(fā)生缺水運行，鋼材在高溫環(huán)境下得不到及時的冷卻而出現(xiàn)短期超溫過熱現(xiàn)象，強度急速下降，在外壓的作用下（內(nèi)筒體承受外壓）發(fā)生塑性變形，因而產(chǎn)生鼓皰事故。而煤氣發(fā)生爐用水沒有經(jīng)過處理，水質(zhì)不合格，夾套內(nèi)結(jié)垢，也會導(dǎo)致內(nèi)筒體鋼材得不到及時冷卻而產(chǎn)生長期超溫現(xiàn)象，從而引起材料強度下降，這也加劇了煤氣發(fā)生爐鼓皰事故的發(fā)生。

4 問題處理

從檢驗結(jié)果來看，煤氣發(fā)生爐鼓皰處的材質(zhì)已發(fā)生明顯劣化現(xiàn)象，根據(jù)《壓力容器定期檢驗規(guī)則》的規(guī)定，其安全狀況等級應(yīng)定為4級或5級?？紤]到該容器的使用壓力較低（0.20MPa），鼓皰部位發(fā)生在內(nèi)筒體，且承受外壓，發(fā)生事故的可能性較低，即使發(fā)生事故，其危險性也不會很大（因為是往內(nèi)發(fā)生破裂的）。因此，將其安全狀況等級應(yīng)定為4級，監(jiān)護使用，最長監(jiān)護使用時間不得超過3年，在監(jiān)護使用期內(nèi)縮短檢驗周期為1年，重點監(jiān)控鼓皰位置有無擴大跡象。用戶在監(jiān)護期內(nèi)應(yīng)找有相應(yīng)資質(zhì)的單位進行挖補維修，以提高其安全狀況等級，延長煤氣發(fā)生爐的使用壽命。

5 預(yù)防和改進措施

通過對鼓皰部位的全面檢驗和分析，我所讓陶瓷廠及時了解煤氣發(fā)生爐的受損程度并為該廠繼續(xù)使用提供了技術(shù)支撐，避免了直接停產(chǎn)帶來的損失，為企業(yè)下一步維修或更換贏得了時間，為企業(yè)挽回巨大經(jīng)濟損失。為了防止類似事故的發(fā)生，使用單位應(yīng)該加強人員崗位責(zé)任制的落實，確保煤氣發(fā)生爐按操作規(guī)程運行，及時把水垢清除，并加裝軟水處理設(shè)備，以確保煤氣發(fā)生爐的水質(zhì)達到GB/T1576-2008《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)的要求，減少結(jié)垢，以使煤氣發(fā)生爐的受熱面得到充分冷卻，防止過熱現(xiàn)象。同時建議加裝水位報警器和自動上水裝置，防止出現(xiàn)缺水現(xiàn)象。