一臺(tái)DZH型鍋爐鍋筒底部環(huán)向裂紋的成因分析

蘇振，張繼周

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院安陽(yáng)分院，河南安陽(yáng) 455000）

一臺(tái)DZH型鍋爐鍋筒底部環(huán)向裂紋的成因分析

蘇振，張繼周

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院安陽(yáng)分院，河南安陽(yáng) 455000）

通過(guò)對(duì)鍋筒材料化學(xué)成分、裂紋的形態(tài)、設(shè)備使用條件的分析，找出了環(huán)向裂紋產(chǎn)生的原因，并給出了合理化建議。

鍋筒底部；環(huán)向裂紋；排污導(dǎo)鐵；成因分析

1 概況

安陽(yáng)市某食品加工廠一臺(tái)DZH1-0.7-AⅡ（鍋爐類型為單鍋筒縱置式活動(dòng)爐排，額定蒸發(fā)量為1.0t/h，額定工作壓力為0.7MPa，燃燒方式為Ⅱ類煙煤）型鍋爐，投用9個(gè)月后發(fā)現(xiàn)鍋筒底部滲漏，被迫停爐檢修。

該爐由某B級(jí)鍋爐制造廠2013年5月制造，產(chǎn)品質(zhì)量證明書(shū)、竣工圖及監(jiān)督檢驗(yàn)證書(shū)等技術(shù)資料齊全，鍋爐安裝驗(yàn)收資料齊全。

鍋爐于2013年7月投用后，于2013年11月發(fā)現(xiàn)全自動(dòng)水處理設(shè)備失效，用戶自行停爐檢查發(fā)現(xiàn)鍋內(nèi)有2～3mm水垢，隨即對(duì)鍋爐進(jìn)行酸洗，并停用水處理設(shè)備，改為爐內(nèi)加藥法處理鍋爐用水。該廠地處農(nóng)村，無(wú)自來(lái)水，鍋爐用水為自備井水，泥沙含量、硬度偏高。由于生產(chǎn)規(guī)模不大，鍋爐白天使用，夜里壓火，使用壓力在0.2 MPa～0.4 MPa。

2 檢驗(yàn)情況

查閱鍋爐產(chǎn)品質(zhì)量證明書(shū)，該爐鍋筒材料為Q245R，取用壁厚δ=10mm。

從爐膛檢查，滲透處位于鍋筒正底部，裂紋長(zhǎng)約24mm，距前管板與筒體環(huán)焊縫約760mm，方向?yàn)榄h(huán)向（與筒體軸線垂直）。從鍋筒內(nèi)部看，泄露處被鍋筒底部排污導(dǎo)鐵覆蓋。排污導(dǎo)鐵周?chē)皟蓚?cè)集箱內(nèi)有少量泥垢，鍋內(nèi)基本無(wú)水垢。去除排污導(dǎo)鐵進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，泄漏部位裂紋長(zhǎng)約40mm，在該裂紋向后約600mm被排污導(dǎo)鐵覆蓋的區(qū)域內(nèi)，還有17條間距不等的裂紋，裂紋長(zhǎng)度3mm～45mm不等，裂紋走向與泄漏處裂紋平行，均為環(huán)向裂紋。裂紋形貌如圖1所示。

表1給出了其中7條較長(zhǎng)的裂紋位置及尺寸。

表1 鍋筒底部裂紋位置及尺寸

對(duì)鍋筒及裂紋區(qū)域進(jìn)行超聲波壁厚測(cè)量，其厚度值在9.9mm～10.1mm之間，與質(zhì)量證明書(shū)提供的數(shù)據(jù)相符，未見(jiàn)明顯減薄。鍋筒底部受火面經(jīng)磁粉檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)陷磁痕顯示，鍋筒底部也未發(fā)現(xiàn)鼓包及其他過(guò)熱跡象。

3 原因分析

對(duì)裂紋部位材料取樣化驗(yàn)，其化學(xué)成分如表2所示，與質(zhì)量證明書(shū)提供的Q245R材質(zhì)[1]相符。

表2 鍋筒材料化學(xué)成分表

從裂紋的形貌及走向看，裂紋幾乎垂直于鍋筒軸線。就鍋筒的受力而言，我們知道，在外力的作用下，殼體內(nèi)的環(huán)向應(yīng)力是軸向應(yīng)力的2倍。如果運(yùn)行中超壓導(dǎo)致材料強(qiáng)度不足，則裂紋的走向應(yīng)大致與鍋筒軸向平行。了解該廠的生產(chǎn)工藝知道，其最高使用壓力不超過(guò)0.4MPa。因此排除了超壓運(yùn)行導(dǎo)致裂紋的可能性。

如果是由于水垢覆蓋致使傳熱不良、材料過(guò)熱形成的裂紋，裂紋起源應(yīng)位于向火面（火側(cè)），并通常伴有鼓包、材料劣化等現(xiàn)象。就裂紋形貌及分布而言，泄漏處裂紋在水側(cè)長(zhǎng)度為40mm、火側(cè)為24mm，且其余裂紋均分布于鍋筒水側(cè)（內(nèi)表面）而非向火面，說(shuō)明裂紋首先在水側(cè)形成。所以，裂紋不是由于水垢引起的過(guò)熱裂紋。

由于鍋爐用水為井水，且采用鍋內(nèi)加藥法軟化鍋水，使鍋筒內(nèi)部泥污較多，泥污很容易堵塞排污導(dǎo)鐵與鍋筒之間的間隙及開(kāi)在排污導(dǎo)鐵上的導(dǎo)流孔。隨著鍋爐的運(yùn)行，排污導(dǎo)鐵覆蓋的空間由于得不到鍋水的及時(shí)補(bǔ)充及冷卻，就形成了“汽空間”。但是由于泥污是松軟的，上述“汽空間”內(nèi)的蒸汽隨著溫度升高、壓力的增大會(huì)穿過(guò)泥污進(jìn)入鍋水。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，鍋水也會(huì)從排污導(dǎo)鐵上的小孔補(bǔ)充進(jìn)入“汽空間”，達(dá)到新的平衡。由于鍋爐用水由鍋外處理改成了鍋內(nèi)加藥軟化處理，司爐人員自然就加大了排污量和排污頻次。司爐工在排污操作時(shí)，如果排污速度過(guò)快，就會(huì)造成上述“汽空間”的鍋筒底部局部缺水過(guò)熱，且壓力急劇降低，排污導(dǎo)鐵外側(cè)的鍋水就會(huì)穿過(guò)導(dǎo)流孔噴入，使該區(qū)域內(nèi)的鍋殼突然冷卻，如此周而復(fù)始，就形成了裂紋。進(jìn)一步了解該食品廠的生產(chǎn)工藝知道，由于生產(chǎn)用汽量不大，鍋爐壓力達(dá)到0.4MPa后便停下來(lái)，待壓力低于0.2MPa時(shí)再重新運(yùn)行，也即處于間隙升壓降壓的使用模式。

就鍋筒材料而言，Q245R在較高溫度時(shí)其中的奧氏體形成粗大的晶粒，粗大的奧氏體晶粒在較快的冷卻速度下形成一種特殊的過(guò)熱組織——魏氏組織，其組織特征為在一個(gè)粗大的奧氏體晶粒內(nèi)會(huì)形成許多平行的鐵素體(滲碳體)針片，它對(duì)基體具有分割作用，使鋼的強(qiáng)度降低而脆性上升，并造成材料開(kāi)裂[2]。

綜上所述，鍋筒底部受熱后在高溫下得到鍋水的迅速冷卻是形成裂紋的根源，鍋爐運(yùn)行中的間隙升壓降壓過(guò)程加快了裂紋擴(kuò)展的速率。

4 結(jié)束語(yǔ)

1)鍋爐設(shè)計(jì)制造單位應(yīng)綜合考慮用戶使用鍋爐的復(fù)雜情況，特別是蒸發(fā)量不大于2 t/h、允許使用鍋內(nèi)加藥進(jìn)行水處理的鍋爐，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)進(jìn)行必要的改進(jìn)，如在鍋筒底部受火面敷設(shè)耐火材料，避免鍋筒底部直接受火焰加熱；或增加排污導(dǎo)鐵上的開(kāi)孔數(shù)及開(kāi)孔尺寸，確保鍋筒底部的污垢能夠順暢、有效的排出鍋外。

2)鍋爐用水源必須符合GB/T 1576-2008《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》[3]的相應(yīng)要求。當(dāng)采用井水或坑、塘、河、渠水源時(shí)，應(yīng)設(shè)置沉淀池，使其中的泥沙等雜質(zhì)得到充分的沉淀和過(guò)濾。

3)排污應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)程操作，做到勤排、少排、均衡排，且不可單一位置長(zhǎng)時(shí)間排污。

4)排污應(yīng)盡量在低負(fù)荷時(shí)進(jìn)行，條件許可時(shí)可以采取壓火的方式，使?fàn)t膛溫度降到足夠低時(shí)再排污，避免排污時(shí)導(dǎo)致受壓元件局部過(guò)熱而損害受壓元件。

[1]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).鍋爐和壓力容器用鋼板：GB 713-2008[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[2]黃振東.鋼鐵金相圖譜[M].北京：中國(guó)科技文化出版社，2005.

[3]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).工業(yè)鍋爐水質(zhì)：GB/T 1576-2008[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

The Causes of Circular Crack of the Bottom of DZH Boiler Barrel Analysis

SU Zhen,ZHANG Jizhou
（Anyang Branch of Henan Province lnstitute of Boiler and Pressure Vessel Safery Testing,Anyang 455000,China）

This article finds out the causes of the cracks,and presents a rationalization through to the drum mate?rial chemical composition,morphology of crack,equipment conditions of use of analysis。

at the bottom of the drum；ring to crack；drainage guide rail；cause analysis

TK228

A

1673-2928（2015）06-0007-02

（責(zé)任編輯：王彥永）

2015-08-08

蘇振（1986-），男，河南省安陽(yáng)人，河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院助理工程師。