工業(yè)鍋爐超載水壓試驗(yàn)的安全性能評估

陳志剛 王小聰 李茂東

（廣州特種承壓設(shè)備檢測研究院 廣州 510663）

工業(yè)鍋爐超載水壓試驗(yàn)的安全性能評估

陳志剛 王小聰 李茂東

（廣州特種承壓設(shè)備檢測研究院 廣州 510663）

鍋爐的超載水壓試驗(yàn)影響鍋爐的安全與使用壽命。某型號WNS4-1.0-Y（Q）的工業(yè)鍋爐水壓試驗(yàn)由于操作不當(dāng)，超載水壓試驗(yàn)壓力達(dá)2.3MPa，為評估此次超載對鍋爐本體的影響，本文通過對鍋爐本體進(jìn)行宏觀檢查、壁厚檢測、硬度檢測、磁記憶檢測、磁粉檢測和強(qiáng)度校核方法對其安全性能進(jìn)行測試研究，并縮短定期檢驗(yàn)周期加強(qiáng)監(jiān)督。實(shí)際監(jiān)督表明，鍋爐使用至今未發(fā)現(xiàn)異常。本文為工業(yè)鍋爐超載水壓試驗(yàn)的安全性能評估提供參考。

工業(yè)鍋爐 超載水壓試驗(yàn) 安全 評估

在工業(yè)生產(chǎn)和建設(shè)中，為避免潛在危險對人身、設(shè)備和環(huán)境造成傷害或損失，安全評估方法與手段對保障設(shè)備和人員安全發(fā)揮重要的積極作用［1］。鍋爐作為重要的設(shè)備，其水壓試驗(yàn)是對承壓部件強(qiáng)度和嚴(yán)密性的綜合檢驗(yàn)，對于新安裝鍋爐可以檢驗(yàn)焊接質(zhì)量和承壓部件的制造質(zhì)量。對于在用鍋爐可以檢驗(yàn)鍋爐承壓部件因腐蝕、磨損、機(jī)械損傷、蠕變和熱應(yīng)力疲勞等的損傷程度和焊縫、法蘭及閥門等的嚴(yán)密程度［2-4］。鍋爐的水壓試驗(yàn)過程必須嚴(yán)格按照《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（以下簡稱《鍋規(guī)》）要求進(jìn)行。在實(shí)際試壓過程中，操作不當(dāng)會給設(shè)備本身帶來安全隱患，甚至造成操作人員的傷亡［5］。對于超壓過程未按《鍋規(guī)》要求對設(shè)備帶來的潛在危害，必須通過一定的安全評估方法確保設(shè)備安全，并采取措施加強(qiáng)監(jiān)控，才能保證設(shè)備安全運(yùn)行。

1 鍋爐的超載水壓試驗(yàn)

某型號為WNS4-1.0-Y（Q）的新安裝工業(yè)鍋爐，在監(jiān)檢人員未在場情況下預(yù)先進(jìn)行水壓試驗(yàn)，由于安裝單位人員操作不當(dāng)，試驗(yàn)的超壓壓力達(dá)2.3MPa，現(xiàn)場水壓曲線，見圖1。

圖1 水壓試驗(yàn)曲線

2 安全測試研究

按《鍋規(guī)》要求，正確試驗(yàn)壓力應(yīng)為1.4MPa。按《鍋規(guī)》規(guī)定的試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行水壓試驗(yàn)不會對鍋爐造成破壞的，但實(shí)際超載水壓試驗(yàn)壓力達(dá)2.3MPa，為正常試驗(yàn)壓力1.4MPa的1.64倍，是否對鍋爐造成損害，必須通過一定的安全評定方法評估超載對鍋爐本體的影響，故采取了宏觀檢查、壁厚測量、硬度測量、磁記憶檢測、磁粉檢測和強(qiáng)度校核等手段對其安全性進(jìn)行測試研究。

圖2 檢測部位示意圖

2.1 宏觀檢查

對鍋爐的鍋殼筒體、爐膽、回燃室、前管板、后管板、拉撐管、斜拉撐等承壓部位進(jìn)行宏觀檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯變形及其它宏觀缺陷。如爐膽和拉撐管的宏觀外貌見圖3和圖4。

圖3 爐膽宏觀外貌

圖4 拉撐管宏觀外貌

2.2 壁厚檢測

對鍋爐的鍋殼筒體、爐膽、回燃室、前管板、后管板進(jìn)行壁厚檢測，鍋殼實(shí)測最小壁厚為12.0mm，前管板實(shí)測最小壁厚為16.1mm，后管板實(shí)測最小壁厚為16.1mm，錐形爐膽實(shí)測最小壁厚為14.3mm，波形爐膽實(shí)測最小壁厚為12.2mm，回燃室實(shí)測最小壁厚為14.5mm。檢測結(jié)果均大于理論計算需要壁厚。如回燃室厚度檢測位置見圖2，測量結(jié)果見表1。

表1 壁厚檢測結(jié)果（mm）

2.3 硬度檢測

為評估是否己造成冷變形從而引起硬度變化，對鍋殼筒體、回燃室按GB/T 17394—2014要求進(jìn)行硬度檢測。測量結(jié)果均符合要求。如回燃室焊縫測量值在111～132HBHLD之間，回燃室母材測量值在122～141HBHLD之間，符合要求?；厝际矣捕葴y量位置見圖2，測量結(jié)果見表2。

表2 硬度測量結(jié)果（HB）

2.4 磁記憶檢測

按標(biāo)準(zhǔn)DL/T 370—2010《承壓設(shè)備焊接接頭金屬磁記憶檢測》，對拉撐管、安全閥和主汽閥角焊縫進(jìn)行磁記憶檢測，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)異常。檢測位置見圖2。

2.5 磁粉檢測

對拉撐管角焊縫和回燃室筒體內(nèi)壁對接焊縫按NB/T 47013—2015相關(guān)要求進(jìn)行磁粉探傷，未發(fā)現(xiàn)缺陷顯示，評定級別為Ⅰ級?；厝际业奶絺恢靡妶D2。

2.6 強(qiáng)度校核

鍋 殼：p=2.3MPa，φJ(rèn)=1，Dn=2002mm，ty=12.0mm，σS=295MPa。

前管板：p=2.3MPa，t=16.1mm，K=Kmax=0.467，dJ=（dJ）max=296.6mm，σS=266MPa。

后管板：p=2.3MPa，t=16.1mm，K=Kmax=0.453，dJ=（dJ）max=287.1mm，σS=266MPa。

錐 形 爐 膽： p=2.3MPa，Dp=775mm， n1=2.5，n2=3， L=643mm， u=1.5， Et=195000，σ=300MPa。

波形爐膽：p=2.3MPa，Dw=924mm，［σ］=0.9σs=0.9×245=265.5MPa

回 燃 室：p=2.3MPa，Dp=1414mm，n1=2.5，n2=3，L=396mm，u=1.5，Et=195000，σ=320MPa。

強(qiáng)度校核計算如下：

錐形爐膽、回燃室：

tmin取tmin1和tmin2中較大值。

錐形爐膽：tmin=12.15＜14.3mm

回燃室：tmin=14.90＞14.5mm

強(qiáng)度校核結(jié)果表明，鍋殼、前管板、后管板在2.3MPa試驗(yàn)壓力下薄膜應(yīng)力均小于材料常溫下屈服強(qiáng)度的90%，符合要求。錐形爐膽、波形爐膽在2.3MPa實(shí)際試驗(yàn)壓力下的最小需要厚度小于實(shí)測最小壁厚，符合要求?；厝际以?.3MPa實(shí)際試驗(yàn)壓力下的最小需要厚度14.90mm略大于實(shí)測最小壁厚14.5mm。

3 安全測試結(jié)論

1）對如上所述部位進(jìn)行宏觀檢查、壁厚檢測、硬度檢測、磁記憶檢測和磁粉檢測均未發(fā)現(xiàn)異常；

2）強(qiáng)度校核表明，鍋殼、前管板、后管板在2.3MPa試驗(yàn)壓力下薄膜應(yīng)力均小于材料常溫下屈服強(qiáng)度的90%，符合要求。錐形爐膽、波形爐膽在2.3MPa實(shí)際試驗(yàn)壓力下的最小需要厚度小于實(shí)測最小壁厚，符合要求?；厝际以?.3MPa實(shí)際試驗(yàn)壓力下的最小需要厚度14.90mm略大于實(shí)測最小壁厚14.5mm。

3）綜合判斷，安裝監(jiān)督檢驗(yàn)合格并正式投入運(yùn)行后可監(jiān)控使用。第一次內(nèi)部檢驗(yàn)日期應(yīng)安排在正式投運(yùn)半年內(nèi)進(jìn)行，此后的兩次內(nèi)部檢驗(yàn)周期應(yīng)縮短為一年。

4 安全測試評估效果

通過采取縮短檢驗(yàn)周期后，使用至今3年半時間共進(jìn)行3次內(nèi)部檢驗(yàn)，采取宏觀檢查、壁厚測量、硬度測量、滲透檢測和磁粉檢測等方法對鍋爐本體進(jìn)行詳細(xì)檢驗(yàn)檢測，未發(fā)現(xiàn)異常，檢驗(yàn)結(jié)論為符合要求。

5 結(jié)束語

1）本文的鍋爐超載水壓試驗(yàn)案例，通過對鍋爐本體進(jìn)行宏觀檢查、壁厚檢測、硬度檢測、磁記憶檢測、磁粉檢測和強(qiáng)度校核方法對其安全性能進(jìn)行測試研究，并縮短定期檢驗(yàn)周期加強(qiáng)監(jiān)督。實(shí)際監(jiān)督表明，鍋爐使用至今未發(fā)現(xiàn)異常。

2）超載水壓后有可能出現(xiàn)焊縫開裂傾向，因此對本鍋爐的定期檢驗(yàn)中，應(yīng)注意煙管與管板焊接處開裂問題，可適當(dāng)增加磁粉檢驗(yàn)部位與比例。

3）本文是對出現(xiàn)威脅鍋爐安全時采取的一種監(jiān)督性的措施，安全性能評估過程及其方法是一種補(bǔ)救性措施，實(shí)際水壓試驗(yàn)過程必須嚴(yán)格按照《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》要求進(jìn)行。

4）鍋爐使用單位、安裝單位應(yīng)嚴(yán)格按照《特種設(shè)備安全法》規(guī)定，發(fā)現(xiàn)鍋爐存在安全問題時，應(yīng)及時通知監(jiān)察機(jī)構(gòu)和檢驗(yàn)單位。

［1］ 郭晶晶，白焰.火電廠汽包水位保護(hù)系統(tǒng)的安全評估［J］.中國電力，2011，44（1）：78-82.

［2］ 黎華，王小聰，李茂東，等.300MW電站鍋爐集箱管接頭角焊縫水壓泄漏原因分析及返修處理［J］.鍋爐技術(shù)，2013，44（3）：56-58.

［3］ 徐國.電站鍋爐首次水壓試驗(yàn)有關(guān)問題的探討［J］.鍋爐技術(shù)，2006，37（3）：56-59.

［4］ 張景陽，翟曉鷹.電站鍋爐整體水壓試驗(yàn)中應(yīng)注意的若干問題［J］.電站系統(tǒng)工程，2006，22（3）：27-30.

［5］ 張術(shù)寬，黎華，王戀.超載水壓試驗(yàn)泄漏筒體開裂分析與安全性能評估［J］.石油化工設(shè)備，2010，39（S1）：8-10.

Safety Assessment to Overload Hydrostatic Pressure Test of Industrial Boiler

Chen Zhigang Wang Xiaocong Li Maodong
（ Guangzhou Special Pressure Equipment Inspection and Research Institute Guangzhou 510663）

Overload hydrostatic pressure test influences the safety and service life of boiler.A type of WNS4-1.0-Y（Q） of industrial boiler was found that hydrostatic pressure was up to 2.3MPa because of improper operation.In order to evaluate the effect of overload on the boiler body， macroscopic detection， wall thickness testing， hardness testing， magnetic memory testing， magnetic particle testing and strength checking calculation were investigated， and periodic inspection was shortened to strengthen supervision.So far the actual supervision has showed that no abnormal phenomenon was found.This paper provides a reference for safety assessment to overload hydrostatic pressure test of industrial boiler.

Industrial boiler Overload hydrostatic pressure test Safety Assessment

X933.2

B

1673-257X（2016）09-0033-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.09.008

陳志剛（1964～），男，本科，院長，高級工程師，從事特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測工作。

（2016-04-09）