淺談快裝鍋爐鍋筒鼓包變形的原因及處理

李君

0.概述

在對(duì)我縣一臺(tái)KZG1-0.7型鍋爐進(jìn)行定期檢驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)鍋筒底部有一凸出鼓包。鼓包位于燃燒室隔煙墻上方，鼓包變形是沿鍋筒的縱向，呈明顯的丘形鼓包。鼓包凸出高度約45毫米，進(jìn)入鍋筒內(nèi)檢查，鍋筒底部?jī)?nèi)壁沉積泥渣，結(jié)生水垢，鼓包變形部位水垢顯白黃色，水垢厚6-8毫米，比較堅(jiān)硬。

快裝鍋爐的鍋筒底部位于燃燒室內(nèi)，直接受高溫火焰輻射，煙氣沖刷，當(dāng)其壁溫超過(guò)金屬?gòu)?qiáng)度允許的溫度范圍時(shí)，金屬?gòu)?qiáng)度就會(huì)下降，工作應(yīng)力就可能超過(guò)金屬的屈服極限，使金屬壁發(fā)生塑性屈服，進(jìn)而改變鍋筒的幾何形狀，出現(xiàn)宏觀可見(jiàn)的凸出變形，這種現(xiàn)象就稱(chēng)為鼓包變形。

1.鼓包變形的原因分析

鼓包變形的根本原因是鍋內(nèi)嚴(yán)重結(jié)垢，受壓元件（鍋筒）沒(méi)有得到良好的冷卻，致使金屬壁溫過(guò)高。

鍋筒鋼材為20號(hào)碳鋼，對(duì)于碳鋼，工作溫度在400℃以下被認(rèn)為是安全的，火側(cè)表面金屬壁溫最高不超過(guò)450℃，當(dāng)壁溫超過(guò)就有變形損壞的危險(xiǎn)。其原因：

第一，溫度升高超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定值時(shí)，金屬的強(qiáng)度下降，在高溫下金屬已不具有原來(lái)的強(qiáng)度。碳鋼在高溫條件下，強(qiáng)度下降的幅度是很大的，此時(shí)如果工作壓力不變，即使材料內(nèi)部仍保持原來(lái)的應(yīng)力水平，受壓元件必然發(fā)生塑性變形直到破壞。

第二，對(duì)于碳鋼，當(dāng)壁溫大于400℃時(shí)，金屬內(nèi)部將發(fā)生晶?；疲纬擅黠@的蠕變。所謂蠕變就是指金屬受高溫和不變應(yīng)力的共同作用下，不斷發(fā)生塑性變形的現(xiàn)象。當(dāng)溫度高達(dá)700-900℃時(shí)，金屬加速蠕變的全過(guò)程也只有幾分鐘的時(shí)間就使受壓元件立刻損壞。

第三，在高溫下，碳鋼組織中的珠光體球化，而使材料失去抵抗外力的能力。

鍋筒底部沉積泥渣，結(jié)生水垢其主要是使用單位存在著對(duì)鍋爐管理不善的問(wèn)題，給水不經(jīng)處理，鍋水不進(jìn)行監(jiān)督，又不進(jìn)行定期檢修和清洗水垢，而使鍋筒金屬壁溫過(guò)高，直至過(guò)熱產(chǎn)生鼓包變形。

2.鼓包變形的處理方法

鼓包變形一般可分嚴(yán)重的鼓包變形和不嚴(yán)重的鼓包變形、輕微的鼓包變形三種。

（1）嚴(yán)重鼓包變形部應(yīng)采取挖補(bǔ)的處理方法，嚴(yán)重鼓包變形指的是：①鼓包變形深度（或高度）﹥35毫米。②深度雖小于35毫米，但鼓包變形已產(chǎn)生裂紋。③管板平面的凸凹部分超過(guò)原平面25毫米。④金屬出現(xiàn)過(guò)燒現(xiàn)象。

以上四條情況之一者，都必須通過(guò)挖補(bǔ)的方法來(lái)處理修復(fù)。

根據(jù)對(duì)我縣這臺(tái)KZG1-0.7型鍋爐底部出現(xiàn)的鼓包變形缺陷，要求其清除鍋內(nèi)水垢采用挖補(bǔ)的方法按以下工藝要求進(jìn)行挖補(bǔ)修復(fù)。

第一，挖補(bǔ)所用的材料（包括焊接材料）應(yīng)滿足鍋爐原設(shè)計(jì)要求，使補(bǔ)板和原主板的材質(zhì)一致。

第二，補(bǔ)板的下料應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，并事先做出樣板。在周邊要消除尖角（避免焊接時(shí)應(yīng)力集中），邊角部位要制成曲率半徑R≥100毫米的圓角。

第三，鍋殼的補(bǔ)板無(wú)論長(zhǎng)度a和寬度b均不得小于250毫米。因?yàn)檠a(bǔ)板過(guò)小，周?chē)摪鍖?duì)它的拘束變大，焊接時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力與補(bǔ)板的面積大小成反比，補(bǔ)板的面積小，相對(duì)剛度就大，焊后殘存的金屬內(nèi)部的應(yīng)力就大。

第四，補(bǔ)板與主板間的拼縫間隙C≯2毫米。

第五，應(yīng)按《鍋爐受壓元件焊接技術(shù)條件》施焊。

第六，焊后應(yīng)對(duì)焊接接頭進(jìn)行局部熱處理，減少或消除焊接的殘余應(yīng)力。

局部熱處理可采用乙炔火焰均勻加熱焊接接頭，加熱至600-650℃，用石棉灰保溫冷卻至常溫。

（2）在檢驗(yàn)中，如發(fā)現(xiàn)鍋筒底部鼓包變形為下列情況之一者，屬不嚴(yán)重鼓包變形。則處理方法可采用加熱頂回法。

①凹陷深度和凸起高度<35毫米。②鼓包變形處無(wú)裂紋。③剩余的主板厚仍能保證原板厚的80%以上（可用超聲波測(cè)厚儀測(cè)得壁厚）。④無(wú)過(guò)燒現(xiàn)象。

（3）輕微鼓包變形可暫時(shí)不修，待停爐檢修時(shí)再處理，但是要注意觀察變形鼓包的變化情況。

鼓包變形為下列情況之一者屬輕微鼓包變形。

①變形的深度（或高度）1.5%dw；在外向火側(cè)，變形深度<2%dw。

②最大變形尺寸（凸出高度）<15毫米。

③變形面積在100X100毫米以?xún)?nèi)。

④變形及其附近區(qū)域無(wú)裂紋，過(guò)燒等異?，F(xiàn)象。

3.預(yù)防措施

（1）做好鍋爐水質(zhì)處理工作，方法可采用爐外軟化處理，爐內(nèi)加藥處理，以使鍋爐用水達(dá)到國(guó)家要求，保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（2）加強(qiáng)鍋爐運(yùn)行管理，堅(jiān)持定期排污，及時(shí)清除鍋爐內(nèi)的沉渣。

4.修復(fù)后檢驗(yàn)

4.1外觀檢查

①變形修復(fù)的邊緣與原殼體圓滑過(guò)渡，不得有棱角，盡量保證補(bǔ)板的曲率與原鍋殼的曲率相吻合。

②修后的邊緣偏差不得超過(guò)2毫米。

③經(jīng)校正后的鍋殼，其允許存在的變形不得超過(guò)0.3dh，且最大不得超過(guò)±6毫米。

④被加工表面凸凹、疤痕等缺陷，其深度≤1mm時(shí)，可將其磨光，并平滑過(guò)渡，其深度﹥1毫米應(yīng)補(bǔ)焊磨平。

4.2焊縫檢驗(yàn)

挖補(bǔ)后對(duì)焊接進(jìn)行100%射線探傷。按照GB3323-82標(biāo)準(zhǔn)，符合二級(jí)要求。

4.3水壓試驗(yàn)

水壓試驗(yàn)按《鍋爐水壓試驗(yàn)技術(shù)條件》和《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》進(jìn)行。

鍋筒是一個(gè)具有很大汽水容積的受壓元件，在鍋爐發(fā)生故障中，受壓元件潛藏爆炸隱患的故障最嚴(yán)重，最危險(xiǎn)。因而鍋爐運(yùn)行應(yīng)采取預(yù)防，防止鍋爐鍋筒底部受火側(cè)產(chǎn)生鼓包變形，通過(guò)定期檢驗(yàn)，及時(shí)發(fā)生鍋筒鼓包變形，通過(guò)定期檢驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)鍋筒鼓包變形缺陷，采取正確的處理修復(fù)方法，確保鍋爐安全運(yùn)行，是十分重要的。