一臺燃氣鍋爐回燃室鼓包成因分析

陳江龍

（福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院泉州分院，福建 泉州 362000）

1 引言

近年來，隨著我國經濟不斷高速發展，環境污染問題日益凸顯。以天然氣為燃料的燃氣鍋爐以其“清潔”天性，在工業生產中應用廣泛。然而伴隨而來的燃氣鍋爐安全運行問題不容忽視，2019年對某燃氣蒸汽鍋爐停機內檢時發現其回燃室有一處鼓包缺陷，存在嚴重安全隱患。文中通過壁厚測定、材質分析、硬度檢測、金相檢測、水質化驗檢查等方法，對該鍋爐回燃室鼓包缺陷進行成因分析，并提出處理建議。

2 設備概況

該鍋爐為某公司設計制造的WNS6-1.25-Y,Q型整裝蒸汽鍋爐，本體采用臥式內燃三回程結構，排污口設于回燃室正對的鍋筒底部，回燃室規格為 Φ1600×20mm， 材 質 選 用 Q245R（GB/T713-2014）。該鍋爐給水采用鍋外預處理方式，水處理設備為鈉離子交換器。該公司此型號鍋爐于2015年通過定型測試，屬已批量制造的成熟產品，本臺鍋爐2018年3月制造出廠，2018年5月安裝完成后投用。鍋爐本體結構如圖1所示。

圖1 鍋爐本體結構圖

3 問題與缺陷特征

2019年5月對該鍋爐進行首次停機內檢時發現問題及缺陷情況如下：

（1）回燃室筒體底部存在一處面積相當于Φ400mm的鼓包變形，最大變形高度50mm，詳見圖2。

圖2 回燃室鼓包

（2）鍋筒底部沿鍋爐長度方向均勻沉積水渣，在回燃室區域的水渣堆積高度達回燃室底部，且部分已結垢并附著于回燃室底部；同時，該區域的水渣堆積物中夾雜有大量金屬絲纏繞物，并與結垢層緊固粘結，詳見圖3、圖4。

圖3 鍋筒底部沉積水渣

圖4 回燃室底部堆積物

4 檢測情況

4.1 壁厚測定

采用26MG型超聲波測厚儀對鼓包區域進行壁厚測定，結果顯示鼓包的外圍周邊未變形處壁厚最薄處為19.8mm，在Q245R鋼板材料允許負偏差（-0.3mm）范圍內，鼓包中心處壁厚僅為18.5mm，減薄明顯。

4.2 材質分析

采用FOUNDR-MASTER PRO型全定量光譜儀對鼓包區域進行光譜分析，鼓包中心和外圍周邊未變形處的元素含量如表1所示，均符合Q245R（GB 713-2014）范圍要求，未發生材質劣化。

表1 光譜檢測元素含量

4.3 硬度檢測

采用TH160型里氏硬度計對鼓包區域進行硬度檢測，鼓包中心處硬度平均值為326HLD，外圍周邊未變形處硬度為349HLD，鼓包中心與外圍周邊區域均未發現材質硬化。

4.4 金相檢測

采用XF-800S型金相檢測儀對鼓包區域進行金相檢測，鼓包中心金相組織見圖5，外圍周邊未變形處金相組織見圖6。通過對比發現，鼓包中心處的晶粒較于外圍周邊未變形處的晶粒略有粗大。

圖5 鼓包中心金相組織

圖6 外圍周邊未變形處金相組織

4.5 水質化驗檢查

查該鍋爐水質化驗報告，在鍋爐投運初期，2018年9月的水質化驗報告結論為基本合格，然而到了2019年4月水質化驗報告結論為不合格，不合格項目有：給水硬度、鍋水酚酞堿度、全堿度、PH值、電導率、溶解固形物、磷酸根、相對堿度。

5 缺陷成因分析

5.1 直接成因

該鍋爐回燃室底部存在局部鼓包變形，且該鼓包中心處的壁厚減薄明顯，符合過熱的損傷形態[1]；同時，金相檢測時發現鼓包中心處的晶粒略變粗，為金屬過熱的特征之一[2]。可見，鼓包處的損傷模式為過熱。

進一步結合鍋筒底部與回燃室底部間所堆積的大量水渣、水垢及金屬纏繞絲的結合物，可判定該缺陷的成因為：鍋爐在運行過程中，回燃室受火焰直接輻射，因堆積物中水垢的附著，回燃室底部無法得到及時冷卻，壁溫在短時間內快速上升，金屬的屈服強度急劇下降，在鍋爐水側的壓力作用下產生鼓包變形。

綜上，該鍋爐回燃室鼓包的直接成因為回燃室底部堆積水渣、水垢及金屬纏繞絲的結合物，導致此處無法得到鍋水冷卻后，使金屬過熱形成鼓包。

5.2 形成堆積物的原因

根據各項檢查情況和現狀分析，回燃室底部形成混合堆積物的原因主要有以下兩點：

（1）鍋爐給水硬度超標，在鍋內加藥作用下鍋筒底部形成大量水渣，鍋爐運行過程中未按時排污或排污量不夠，鍋筒底部的水渣不能完全排出；

（2）鍋爐投用前未進行有效內部檢查與異物清理，導致鍋爐內殘存有制造或安裝時遺留的金屬絲纏繞物，當鍋爐投運后正常排污時，由于金屬絲纏繞物的阻擾，水渣不能被及時有效排出而在排污口附近形成堆積，當堆積的水渣沉積到回燃室底部時，受熱二次結垢，最終堆積成水渣、水垢及金屬纏繞絲的結合物。

6 整改與預防建議

（1）根據《鍋爐定期檢驗規則》[3]第2.6.3條規定：筒體變形高度超過原直徑的1.5%或大于20mm的，應進行修理。該鍋爐回燃室鼓包最大變形高度為50mm，故該鍋爐應由具備相應資質的單位進行挖補修理。

（2）為確保鍋爐安全運行，后續應做好以下三點：

第一，加強日常水質管理，重點關注水處理設備投運情況，定期進行水質化驗，要求鍋爐給水符合GB/T 1576-2008《工業鍋爐水質》要求。

第二，落實鍋爐的加藥及定期排污制度，嚴格按規章執行加藥和排污程序，讓鍋筒內的垢渣及時排出。

第三，提高鍋爐安全責任意識，特別是新投用或改造后投用的鍋爐，務必在投用前進行內部檢查與異物清理，避免異物堆積而影響鍋爐安全正常運行。