某 DZL型燃煤鍋爐鍋筒鼓包原因分析和對策

劉課秀 盧忠銘 王 戀

（廣州特種承壓設備檢測研究院 廣州 510663）

某 DZL型燃煤鍋爐鍋筒鼓包原因分析和對策

劉課秀 盧忠銘 王 戀

（廣州特種承壓設備檢測研究院 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對措施，本文通過壁厚測定、金相分析、硬度測定、計算分析、水質(zhì)檢測等對鍋爐鼓包原因進行了分析，結(jié)果表明鍋爐鍋筒鼓包的主要原因為鍋筒筒節(jié)直接受火焰加熱，未按要求采用耐火隔熱層進行覆蓋；同時，鍋爐給水和鍋水的濁度、硬度等多項指標不合格，導致鍋筒內(nèi)壁被較厚水垢覆蓋、導熱性能變差。當鍋筒發(fā)生過熱甚至過燒從而導致金屬結(jié)構(gòu)強度降低時，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、運輸方便、安裝方便、占地面積小等特點，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，對于防止事故擴大、鍋爐的維修和預防措施的制定有一定的實際意義[1-3]。

某單位燃煤鍋爐在內(nèi)部檢驗時發(fā)現(xiàn)鍋筒底部受熱面的第一、二筒節(jié)存在鼓包現(xiàn)象，存在嚴重的安全隱患。為了找出鍋筒鼓包原因，對該鍋爐情況進行了現(xiàn)場勘查，并通過壁厚測定、金相分析、硬度測定、計算分析、水質(zhì)檢測等對鍋爐鼓包原因進行了分析和探討了相應對策。

1 基本情況

鍋筒出現(xiàn)鼓包的鍋爐型號為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 檢驗分析結(jié)果

2.1 壁厚測定

對鍋筒底部鼓包部位的不同區(qū)域進行壁厚測定，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

對鍋筒鼓包區(qū)域進行金相分析，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 硬度測定

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

根據(jù)壁厚測量結(jié)果可知，鍋殼殼體鼓包處最小實測壁厚為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準強度要求。

3 原因分析

表2 硬度測定及強度轉(zhuǎn)換結(jié)果

2.4 水質(zhì)分析

鍋爐近期的兩次水質(zhì)檢測結(jié)果見表3。從水質(zhì)檢測結(jié)果可發(fā)現(xiàn)鍋爐給水的濁度、硬度、全鐵含量、電導率均超標，其中給水濁度超標達4倍。鍋爐的鍋水多項指標不符合標準要求，其中磷酸根、亞硫酸根遠低于標準要求。

表3 水質(zhì)檢測結(jié)果

2.5 計算分析

按照GB/T 16508.3—2013《鍋殼鍋爐 第3部分：設計與強度計算》標準對鍋筒鼓包處壁厚進行計算。

相關計算參數(shù)選?。河嬎銐毫=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)），許用應力[σ]=122. 57MPa，附加壁厚

鍋殼殼體理論計算壁厚：

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度下降導致，從現(xiàn)場勘查及檢驗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標準要求，導致鍋筒內(nèi)部結(jié)垢嚴重。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，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]?，F(xiàn)場檢驗可見鍋筒受熱面區(qū)域內(nèi)壁被厚約3mm水垢覆蓋。水垢為熱的不良導體，其導熱系數(shù)僅約為鋼材的1/5，水垢的存在使鍋筒受熱面的導熱能力變差。鍋筒由于受熱不能及時傳導給鍋水而溫度上升，當溫度超過鍋筒所能承受的臨界點時，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，導致強度降低。

2）鍋筒受熱面設置與鍋爐設計文件不符，導致鍋筒受熱溫度過高。按鍋爐設計圖紙，鍋筒向火面部位應由耐火混凝土隔熱層覆蓋，不作為直接受熱面使用。根據(jù)《蒸汽鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》，鍋筒使用鋼板16M ng材料金屬壁溫不應超過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，其受熱溫度遠高于鍋筒設計受熱溫度，可導致鍋筒實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)不達標，鍋筒內(nèi)部結(jié)垢嚴重，鍋爐受熱面未按設計要求布置，鍋筒受熱溫度超出設計要求。當燃煤燃燒產(chǎn)生的火焰熱量直接傳導給鍋筒，且鍋筒受熱面內(nèi)側(cè)有較厚水垢覆蓋時，鍋筒所受的火焰熱量不能及時傳導給鍋水，從而導致鍋筒溫度升高而出現(xiàn)組織劣化、過燒、金屬結(jié)構(gòu)強度降低，并在鍋爐內(nèi)壓的作用下導致鼓包。

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，強度下降。根據(jù)TSG G7002—2015《鍋爐定期檢驗規(guī)則》要求，對鍋筒前數(shù)第一筒節(jié)受壓部件材質(zhì)出現(xiàn)過燒組織的部位，應進行挖補或更換；鍋爐前數(shù)第二筒節(jié)鼓包變形部位可進行復位、挖補或更換修理。

2）應嚴格按鍋爐設計圖紙布置受熱面，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煙氣，減少鍋筒溫度過高風險。

3）鍋爐使用單位應配備并使用合格的水處理設備和藥劑，切實加強鍋爐的水質(zhì)管理和監(jiān)測，確保鍋爐水質(zhì)的各項指標符合標準GB/T 1576—2008要求。

4）針對鍋筒、集箱及煙管水側(cè)水垢現(xiàn)狀，根據(jù)TSG G5003—2008《鍋爐化學清洗規(guī)則》的要求，應對該爐進行除垢清洗。采取化學清洗方法時，鍋爐使用單位應委托具有相應資質(zhì)或者能力的化學清洗單位對鍋爐進行化學清洗；清洗完畢，鍋爐使用單位應委托檢驗檢測機構(gòu)對清洗質(zhì)量進行檢驗。通過減少水垢，改善鍋筒導熱性能，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，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，從事金屬材料檢測和機械裝備及構(gòu)件失效分析工作。

劉課秀，E-mail: liukexiu@126.com。

2016-10-31）