氫氣鍋爐的檢測與分析

周興，謝毅龍

(寧波鎮洋化工發展有限公司，浙江 寧波 315040)

【材料與設備】

氫氣鍋爐的檢測與分析

周興*，謝毅龍

(寧波鎮洋化工發展有限公司，浙江 寧波 315040)

氫氣鍋爐；材質；硬度；金相組織；拉伸強度；檢測；分析

鍋爐長時間低水位運行，停爐后又瞬間進水。為確認鍋爐的損傷情況，對鍋爐進行了檢測并進行了分析。

氫氣是一種極為優越的新能源。其燃燒熱值高，1 kg氫氣的熱值為143 000 kJ，約為汽油的3倍，焦炭的4.5倍；燃燒的產物是水，不會造成污染，是最干凈的能源：因此，將富余的氫氣用于蒸汽鍋爐是理想的選擇。自2002年第一套燃氫蒸汽鍋爐在上海氯堿化工有限公司成功投運以來，在全國的氯堿行業得到廣泛的應用，取得了良好的效果。

某氯堿企業于2010年購置了1臺LHS10-1.25-Q型燃氫氣蒸汽鍋爐(額定蒸發量10 t/h，工作壓力1.25 MPa，額定蒸汽溫度194 ℃，鍋爐水容積34.8 m3)，所產蒸汽供氯堿生產崗位使用。

該公司曾發生了一起由于司爐人員手動點擊鍋爐清洗液位計按鈕，擅自將鍋爐水位控制系統連鎖退出，導致鍋爐長時間低水位運行,后被迫停爐,且在停爐后又瞬間進水。

為確認鍋爐損傷情況，按TSG G7002—2015[1]對鍋爐進行了檢查：爐膛內部除部分爐墻開裂外，未發現異常；鍋筒內部煙管下部(約1 m內)的部分水垢剝落；上封板與鍋筒的環焊縫交接處一周大面積變為藍紫色。

考慮到鍋爐在長期缺水、高溫條件下運行后，在已停爐但未完全冷卻時突然進水，可能會影響金屬硬度、金相組織及機械強度，對鍋爐進行了以下檢驗：硬度檢測、金相試驗及水壓試驗。提出了處理意見。

1 爐體及運行概況

1.1 鍋爐本體技術參數

鍋爐本體技術參數如表1所示。

1.2 鍋爐本體結構

該型鍋爐本體采用立式布置，本體受熱面采用水火管相結合的方式，輻射受熱面由布置于爐膛內四周的水冷壁組成，內側水冷壁管與外側下降管形成一個自然循環回路,水冷壁管及下降管下部與Φ273×8的環形集箱相連，上部與鍋殼下管板連接。本體對流受熱面由布置于鍋殼筒體內的煙管組成。

表1 鍋爐本體技術參數

1.3 使用情況

鍋爐自投運以來，于2012年12月、2014年7月、2017年1月，對爐膛耐火層進行過多次修補；2014年7月,火壁管由制造廠家進行了檢驗；2015年11月曾作過一處消漏處理。周期內的全面檢驗情況合格,未見異常。

1.4 事故經過

2017年年初的某一天,凌晨2:14鍋爐為滿液位(約有34.8 t水)，2:21開始，液位計出現低液位報警，當班司爐人員主觀意識認為除氧器剛處理過，應該是正常的，聽到報警聲后立即手動按掉沖洗液位計按扭(鍋爐水位控制系統退出)，直至5:45該員工經旁人提醒，才發現液位計無液位,手動緊急停爐。在此3個多小時內，鍋爐呈進水狀態，其實三通閥未進水(雖開度30%，但已卡死未進水)，期間共產蒸汽28 t，計消耗水28 t，爐內剩水約6.8 t，鍋筒內實際液位為0.82 m。專業人員通過人孔發現鍋筒內有約1.34 m高的液位，通過查除氧器液位趨勢圖等，發現司爐人員在6:13～6:31間(停爐期間)將約3.5 t水充入鍋筒。

2 檢測分析過程

考慮到鍋爐急冷可能對爐內材質造成傷害,影響金屬硬度、金相組織及機械強度，為此進行了以下檢測。

(1)對上封板與鍋筒的環焊縫交接處的硬度和金相進行了檢測，無淬火現象，結論為符合要求。

對上封板5個點(其中變色處2點)、鍋筒(距上封板70 mm內)4個點(其中變色處2點)進行了檢測，得硬度HB135～154，根據GB/T 1172—1999[2]得其抗拉強度σb=506～534 MPa，符合GB 713—2014[3]中σb=500～630 MPa，接近于鍋爐廠質保書中σb=505 MPa。對上封板1個點的金相組織進行了檢測，無異常，無相變。

經核算，鍋筒上封板處煙道理論溫度約為340 ℃，未達到Q345R淬火臨界溫度730 ℃[4]，且上封板與鍋筒的環焊縫交接處的外部相應位置為保溫層，不在煙道內，不受煙道氣直接影響。

由此,可排除上封板與鍋筒的環焊縫交接處一周淬火的可能，該處變色是由于上封板與鍋筒受突然進來的冷水熱脹冷縮，導致水垢脫落，露出了金屬顏色(煮爐后的金屬色)。

(2)對鍋筒進行了硬度和金相檢測，有變軟現象。

對鍋筒(距上封板400 mm以下)5個點進行了檢測，得硬度為HB116～142，根據GB/T 1172—1999[2]得σb=433～524 MPa，較GB 713—2014[3]中σb=500～630 MPa、鍋爐廠質保書中σb=560 MPa低。對鍋筒2個點的金相組織進行了檢測，無異常，無相變。

(3)對煙管硬度和金相進行了檢測，有變軟現象。

根據工藝計算出鍋筒在停爐未進水前約有820 mm水位，取煙管距鍋底400 mm處2點，距上管板120 mm、400 mm各處2點，共計6點進行了硬度檢測。測量出煙管硬度HB83～97，根據GB/T 1172—1999[2]得σb=305～356 MPa，較GB 5310—2008[5]中σb=410～550 MPa、鍋爐廠質保書中σb=455～460 MPa低。

取兩根煙管距鍋底1 500 mm處2點，距上管板400 mm處2點，共計4點進行金相檢測，無裂紋、過燒，但距離上管板400 mm的2點有4級球化現象。根據DLT 674—1999[6]得σb=382 MPa，較GB 5310—2008[5]中σb=410～550 MPa、鍋爐廠質保書中σb=455～460 MPa低，球化已造成煙管的機械強度下降。

(4)對水壁管的硬度和金相進行了檢測，有變軟現象。

取爐膛水壁管10點進行硬度檢測，測量出水壁管硬度HB91～110，根據GB/T 1172—1999[2]得σb≈335～407 MPa，較GB 5310—2008[5]中σb=410～550 MPa、鍋爐廠質保書中σb=455 MPa低。取爐膛水壁管1點進行金相檢測，無裂紋、過燒、相變發生。

(5)其他檢查。

煙管外徑76 mm，實測外徑最大處約為77 mm，符合碳鋼受熱面管粗量不超過公稱直徑的3.5%的要求。在水壓試驗過程，對下集箱排放管處和部分法蘭的泄漏進行了處理，最終在1.65 MPa下保壓20 min不泄漏，在受壓元件金屬壁和焊縫上沒有水珠和水霧；當降到工作壓力后脹口處不滴水珠。水壓試驗后沒有發現明顯殘余變形，符合鍋爐水壓試驗要求。

3 結論

對鍋爐鍋筒、水壁管、煙管、煙道的硬度30個點、金相8個點進行了檢測，未發現裂紋、起槽、過熱、變形、泄漏、腐蝕、磨損、結垢、積碳等影響安全的缺陷，受壓部件的材質未出現過燒組織。對煙管外徑進行了檢測，符合碳鋼受熱面管脹粗量不超過公稱直徑的3.5%的要求。對下集箱排放管處和部分法蘭的泄漏進行了處理，并進行了水壓試驗；在1.65 MPa下保壓20 min不泄漏，符合TSG G 7002—2015[1]的基本要求。

考慮到鍋筒上部受壓部件因缺水而在低液位高溫運行長達3 h以上，部分受壓部件已出現損傷，經微觀檢測發現煙管上部已出現球化現象，爐筒、煙管、水壁管已出現強度下降的問題，建議氫氣鍋爐先低負荷運行一段時間，等穩定運行后將提至滿負荷運行；同時要求崗位精心操作，避免出現缺水運行等事故的發生。

[1] 國家質量監督檢驗檢疫總局. TSG G 7002—2015 鍋爐定期檢驗規則[S]. 北京：新華出版社，2015.

[2] 國家質量技術監督局. GB/T 1172—1999 黑色金屬硬度及強度換算值[S].北京：中國標準出版社，2005.

[3] 國家質量監督檢驗檢疫總局.GB 713—2014 鍋爐和壓力容器用鋼板[S].北京：中國標準出版社，2014.

[4] 中國機械工程學會熱處理學會.熱處理手冊：第4卷熱處理質量控制和檢驗[M].4版.北京：機械工業出版社，2008.

[5] 國家質量監督檢驗檢疫總局. GB 5310—2008 高壓鍋爐用無縫鋼管[S].北京：中國標準出版社，2008.

[6] 國家經濟貿易委員會. DLT 674—1999 火電廠用20號鋼珠光體球化評級標準[S].北京：中國電力出版社，1999.

Detectionandanalysisofahydrogenboiler

ZHOUXing,XIEYilong

(Ningbo Oceanking Chemical Developing Corporation，Ningbo 315040，China)

hydrogen boiler; material; hardness; metallographical structure; tensile strength； detection; analysis

Water flowed into a boiler which had been operated at low water level for a long time just after it shut down. In order to confirm the damage of the boiler, the boiler was tested and analyzed.

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周興(1958—)，男，工程師，本科學歷，1982年畢業于浙江廣播電視大學機械專業，現于寧波鎮洋化工發展有限公司從事設備管理工作。

2017-06-10

TQ114.15

B

1008-133X(2017)09-0041-03

[編輯：董紅果]