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、水質檢測等對鍋爐鼓包原因進行了分析，結果表明鍋爐鍋筒鼓包的主要原因為鍋筒筒節直接受火焰加熱，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，導致鍋筒內壁被較厚水垢覆蓋、導熱性能變差。當鍋筒發生過熱甚至過燒從而導致金屬結構強度降低時，在內部蒸汽壓力的作用下發生了鼓包變形。

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構緊湊、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生，危害較大。通過分析找到鍋爐鼓包的發生原因，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部檢驗時發現鍋筒底部受熱面的第一、二筒節存在鼓包現象，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場勘查，并通過壁厚測定、金相分析、硬度測定、計算分析、水質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

鍋筒出現鼓包的鍋爐型號為DZL6-1.57-AⅢ/ AⅡ，額定蒸發量為6t/h，結構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，鍋筒厚度規格為18mm。

現場勘查發現，鼓包部位分別位于鍋筒前數第一筒節及第二筒節底部受熱面。鼓包均呈橢圓狀，第一筒節鼓包大小約為180×170mm，第二筒節鼓包大小約為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 鍋筒內壁、下集箱及煙管水垢

2 檢驗分析結果

2.1 壁厚測定

對鍋筒底部鼓包部位的不同區域進行壁厚測定，結果見表1，鍋筒鼓包區域壁厚減薄明顯。

表1 鍋筒鼓包處壁厚

2.2 金相分析

對鍋筒鼓包區域進行金相分析，結果表明，第一筒節鼓包區域最大凸出部位金相組織為鐵素體+顆粒狀珠光體，晶界有過燒現象，見圖4和圖5；第二筒節鼓包部位金相組織為鐵素體+片狀珠光體，未出現過燒現象，組織正常，見圖6。

圖4 第一筒節鼓包金相（珠光體球化）

圖5 第一筒節鼓包金相（晶界過燒）

圖6 第二筒節鼓包金相

2.3 硬度測定

為分析鼓包部位金屬材質的變化情況，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。硬度測定結果表明，第一筒節鼓包部位最大凸出部位的硬度測定值較低，其轉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》），硬度測定和強度轉換結果詳見表2。

根據壁厚測量結果可知，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 硬度測定及強度轉換結果

2.4 水質分析

鍋爐近期的兩次水質檢測結果見表3。從水質檢測結果可發現鍋爐給水的濁度、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 水質檢測結果

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。

相關計算參數選取：計算壓力p=1. 63MPa，鍋筒內直徑Dn=1600 mm ，最小減弱系數φmin=1（鼓包部位不在孔橋區），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，晶界有過燒劣化現象。據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不符合GB/T 1576—200標準要求，導致鍋筒內部結垢嚴重。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而生成沉淀，形成水垢[4]。現場檢驗可見鍋筒受熱面區域內壁被厚約3mm水垢覆蓋。水垢為熱的不良導體，其導熱系數僅約為鋼材的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《蒸汽鍋爐安全技術監察規程》，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不達標，鍋筒內部結垢嚴重，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。當燃煤燃燒產生的火焰熱量直接傳導給鍋筒，且鍋筒受熱面內側有較厚水垢覆蓋時，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組織劣化、過燒、金屬結構強度降低，并在鍋爐內壓的作用下導致鼓包。

4 處理措施

1）鍋筒前數第一筒節鼓包底部已出現珠光體球化和過燒，強度下降。根據TSG G7002—2015《鍋爐定期檢驗規則》要求，對鍋筒前數第一筒節受壓部件材質出現過燒組織的部位，應進行挖補或更換；鍋爐前數第二筒節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管理和監測，確保鍋爐水質的各項指標符合標準GB/T 1576—2008要求。

4）針對鍋筒、集箱及煙管水側水垢現狀，根據TSG G5003—2008《鍋爐化學清洗規則》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對清洗質量進行檢驗。通過減少水垢，改善鍋筒導熱性能，防止過熱。

[1] 李耀榮．我國工業鍋爐發展趨向探究[J］．工業鍋爐，2006，(1)：11-16．

[2］余潔．中國燃煤工業鍋爐現狀[J］．潔凈煤技術，2012，18(3)：89-91．

[3］何心良．我國工業鍋爐使用現狀與節能減排對策探討［J]．工業鍋爐，2010，(3)：1-8．

[4] 陶冶.鍋爐水質與結垢控制[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件失效分析工作。

劉課秀，E-mail: liukexiu@126.com。

2016-10-31）