鍋筒鼓包案例的分析及修復

周 兵，李越勝，吳士強，林根棟

（廣東省特種設備檢測研究院順德檢測院，廣東 順德 528300）

一、概況

對一家飼料公司在用型號為DZW2-1.25-SM的2t/h鍋爐內部檢驗中發(fā)現(xiàn)，該爐鍋筒底部鍋殼環(huán)焊縫至后管板間鍋殼底部出現(xiàn)一約400mm×400mm×80mm較大區(qū)域和兩塊φ50mm小區(qū)域的鼓包變形，變形區(qū)域有過燒現(xiàn)象，整個變形區(qū)域達1 690mm×700mm。同時還發(fā)現(xiàn)，鍋筒受熱面水側積垢嚴重，垢厚達2.0～4.0mm且積垢面積達80%以上；爐后排污系統(tǒng)不暢，該爐才使用3年時間，鍋殼材質為20g，厚16.0mm。設備參數為額定壓力1.40MPa，額定溫度194℃，使用壓力0.80MPa，出口溫度194℃，燃料為生物質顆粒。

二、變形原因分析

1.爐型結構不合理

從前管板手孔（檢查孔）觀察，手孔最低邊緣起至鍋筒底部為排污死角，該區(qū)域無排污口，與下集箱連接的水冷壁管與鍋筒最低點接口處也要比手孔最低邊緣處高25mm，故無法進行日常排污。

2.水質長期不合格

給水和鍋水檢測值與標準值要求相差很大，查看最近一次水質檢測報告測量結果為：給水硬度為2.89mmol/L，約為標準值的100倍，鍋水總堿度為3.5mmol/L，氯離子為600mg/L，溶解固形物為5 827mg/L，所測數據值均遠超出標準值。水質檢測執(zhí)行標準為GB/T1576-2008《工業(yè)鍋爐水質》，垢的組成主要是以碳酸鹽、硅酸鹽、氧化鐵等為主。

因該爐結構不合理無法進行日常運行排污操作和水質長期不合格導致鍋筒底部積垢嚴重，垢厚達2.0～4.0mm，爐后鍋筒底部外側直接受火焰加熱，而水垢的導熱系數比鋼的導熱系數小幾十倍至幾百倍，從而使受熱面的熱阻增大，鍋爐燃燒熱量不能迅速傳到鍋水中，水垢越厚，壁溫越高，使鋼板產生過燒而失去強度和塑性。據相關資料顯示，鍋爐在正常運行時，受熱面壁溫約為280℃以下，而結有1mm水垢時金屬壁溫和爐水溫度相差約200℃，當水垢厚度達到3.0mm金屬壁溫可達680℃，此時鋼材的抗拉強度會降為原先的25%，故該爐4.0mm垢厚時金屬壁溫會更高，達到980℃影響會更大，碳素鋼運行時允許壁溫一般為450℃以下。水垢還會導致金屬發(fā)生沉積物下腐蝕，從而誘導金屬產生腐蝕破壞。另外，水垢的產生會使大量的熱量被煙氣帶走，造成排煙溫度升高，排煙熱能損失增大，造成能源的浪費。

金屬材料一般隨著溫度的升高，各項塑性指標開始下降，同時在內壓力作用下，易發(fā)生變形；一般當溫度達到450℃時，碳素鋼金屬材料會因過熱和壓應力作用下產生蠕動變形，導致金屬材料強度降低，易使內壓力超出材料的屈服極限而發(fā)生鼓包變形、破裂而導致事故發(fā)生，溫度越高金屬材料抗蠕變性能會下降，溫度進一步升高金屬材料易發(fā)生過燒現(xiàn)象，一旦發(fā)生過燒的鋼板無法修復只能進行報廢或更換處理。

三、解決方案

對發(fā)生鼓包變形區(qū)域1690×700mm外，即需進行切割區(qū)域外，從四個方向選取四個試樣進行金相檢驗，并選取了爐前方向的試樣進行光譜分析，光譜分析采取的是型號為Belec Lab 3000s直讀光譜儀，分析結果見表1。

表1

表1中材料化學成分標準是參考GB713-1997標準中20g標準值，與原設計相符。從光譜分析結果來看，鍋殼實際選用材質為20g。按爐前、爐后、爐左、爐右四個方向順序選擇四個有代表性點進行金相分析，現(xiàn)場取樣，選取4%硝酸乙醇溶液腐蝕金屬試樣表面，結果如圖1～4所示.

從上述4張金相照片中可以得出顯微組織均為鐵素體+珠光體，所取點處未發(fā)生材質劣化，故可采取挖補工藝進行處理，將鼓包變形區(qū)域1690×700mm切割，切割過程中要避免鍋殼變形，同時清理干凈切割口并重新開坡口，焊接同樣規(guī)格、相同材質的補板，無損檢測合格后需進行強度試驗。同時在鍋筒底部后端增設1個φ45mm×3mm排污管，對排污管須采取絕熱措施，需加強日常運行定期排污制度。對于鍋爐內已有的水垢，需采取除垢處理，同時加強鍋爐日常運行水質監(jiān)測和提升鍋外水處理設備的有效處理給水能力，使給水、爐水達到標準。

[1]安全管理網.鍋爐水垢的形成及危害[J].2008.