一臺DZH型鍋爐鍋筒底部環向裂紋的成因分析

蘇振，張繼周

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院安陽分院，河南安陽 455000）

一臺DZH型鍋爐鍋筒底部環向裂紋的成因分析

蘇振，張繼周

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院安陽分院，河南安陽 455000）

通過對鍋筒材料化學成分、裂紋的形態、設備使用條件的分析，找出了環向裂紋產生的原因，并給出了合理化建議。

鍋筒底部；環向裂紋；排污導鐵；成因分析

1 概況

安陽市某食品加工廠一臺DZH1-0.7-AⅡ（鍋爐類型為單鍋筒縱置式活動爐排，額定蒸發量為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個月后發現鍋筒底部滲漏，被迫停爐檢修。

該爐由某B級鍋爐制造廠2013年5月制造，產品質量證明書、竣工圖及監督檢驗證書等技術資料齊全，鍋爐安裝驗收資料齊全。

鍋爐于2013年7月投用后，于2013年11月發現全自動水處理設備失效，用戶自行停爐檢查發現鍋內有2～3mm水垢，隨即對鍋爐進行酸洗，并停用水處理設備，改為爐內加藥法處理鍋爐用水。該廠地處農村，無自來水，鍋爐用水為自備井水，泥沙含量、硬度偏高。由于生產規模不大，鍋爐白天使用，夜里壓火，使用壓力在0.2 MPa～0.4 MPa。

2 檢驗情況

查閱鍋爐產品質量證明書，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，裂紋長約24mm，距前管板與筒體環焊縫約760mm，方向為環向（與筒體軸線垂直）。從鍋筒內部看，泄露處被鍋筒底部排污導鐵覆蓋。排污導鐵周圍及兩側集箱內有少量泥垢，鍋內基本無水垢。去除排污導鐵進一步檢查發現，泄漏部位裂紋長約40mm，在該裂紋向后約600mm被排污導鐵覆蓋的區域內，還有17條間距不等的裂紋，裂紋長度3mm～45mm不等，裂紋走向與泄漏處裂紋平行，均為環向裂紋。裂紋形貌如圖1所示。

表1給出了其中7條較長的裂紋位置及尺寸。

表1 鍋筒底部裂紋位置及尺寸

對鍋筒及裂紋區域進行超聲波壁厚測量，其厚度值在9.9mm～10.1mm之間，與質量證明書提供的數據相符，未見明顯減薄。鍋筒底部受火面經磁粉檢測，未發現陷磁痕顯示，鍋筒底部也未發現鼓包及其他過熱跡象。

3 原因分析

對裂紋部位材料取樣化驗，其化學成分如表2所示，與質量證明書提供的Q245R材質[1]相符。

表2 鍋筒材料化學成分表

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，殼體內的環向應力是軸向應力的2倍。如果運行中超壓導致材料強度不足，則裂紋的走向應大致與鍋筒軸向平行。了解該廠的生產工藝知道，其最高使用壓力不超過0.4MPa。因此排除了超壓運行導致裂紋的可能性。

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

由于鍋爐用水為井水，且采用鍋內加藥法軟化鍋水，使鍋筒內部泥污較多，泥污很容易堵塞排污導鐵與鍋筒之間的間隙及開在排污導鐵上的導流孔。隨著鍋爐的運行，排污導鐵覆蓋的空間由于得不到鍋水的及時補充及冷卻，就形成了“汽空間”。但是由于泥污是松軟的，上述“汽空間”內的蒸汽隨著溫度升高、壓力的增大會穿過泥污進入鍋水。當負荷變化時，鍋水也會從排污導鐵上的小孔補充進入“汽空間”，達到新的平衡。由于鍋爐用水由鍋外處理改成了鍋內加藥軟化處理，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，如果排污速度過快，就會造成上述“汽空間”的鍋筒底部局部缺水過熱，且壓力急劇降低，排污導鐵外側的鍋水就會穿過導流孔噴入，使該區域內的鍋殼突然冷卻，如此周而復始，就形成了裂紋。進一步了解該食品廠的生產工藝知道，由于生產用汽量不大，鍋爐壓力達到0.4MPa后便停下來，待壓力低于0.2MPa時再重新運行，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熱組織——魏氏組織，其組織特征為在一個粗大的奧氏體晶粒內會形成許多平行的鐵素體(滲碳體)針片，它對基體具有分割作用，使鋼的強度降低而脆性上升，并造成材料開裂[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，鍋爐運行中的間隙升壓降壓過程加快了裂紋擴展的速率。

4 結束語

1)鍋爐設計制造單位應綜合考慮用戶使用鍋爐的復雜情況，特別是蒸發量不大于2 t/h、允許使用鍋內加藥進行水處理的鍋爐，在結構設計上應進行必要的改進，如在鍋筒底部受火面敷設耐火材料，避免鍋筒底部直接受火焰加熱；或增加排污導鐵上的開孔數及開孔尺寸，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《工業鍋爐水質》[3]的相應要求。當采用井水或坑、塘、河、渠水源時，應設置沉淀池，使其中的泥沙等雜質得到充分的沉淀和過濾。

3)排污應嚴格按照操作規程操作，做到勤排、少排、均衡排，且不可單一位置長時間排污。

4)排污應盡量在低負荷時進行，條件許可時可以采取壓火的方式，使爐膛溫度降到足夠低時再排污，避免排污時導致受壓元件局部過熱而損害受壓元件。

[1]國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.鍋爐和壓力容器用鋼板：GB 713-2008[S].北京：中國標準出版社，2008.

[2]黃振東.鋼鐵金相圖譜[M].北京：中國科技文化出版社，2005.

[3]國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.工業鍋爐水質：GB/T 1576-2008[S].北京：中國標準出版社，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

（責任編輯：王彥永）

2015-08-08

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