燃氣蒸汽鍋爐回燃室前管板及煙管管端開裂分析

羅兆生 李小良 李盛好 陳志慧 楊 毅 寧 濤

(廣西壯族自治區特種設備檢驗研究院桂林分院 桂林 541004)

2016年9月某日，桂林市某飲料生產企業一臺燃氣蒸汽鍋爐在運行中前煙箱出現蒸汽泄漏，經停爐檢查，發現鍋爐前管板與煙管管頭連接部位有多條裂紋，裂紋自煙管管頭內壁向外徑向延伸，部分裂紋延伸至管板。鍋內汽水自前管板及煙管管頭開裂處泄漏到前煙箱，導致鍋爐停爐，未造成人員傷亡。

2017年1月12日，使用單位委托廣西壯族自治區特種設備檢驗研究院桂林分院（以下簡稱桂林分院）對該鍋爐泄漏事故進行原因分析。

1 檢驗情況

1.1 資料查閱

事故鍋爐型號 RB-2500[WNS4．0-1．25-Y(Q)]，出廠編號F203506，制造日期2009年12月，由杭州某熱能設備有限公司制造（許可級別B級），經當地特種設備檢測院制造監督檢驗合格。鍋爐技術參數、主要受壓部件分別見表1、表2。

表1 鍋爐主要技術參數

表2 鍋爐主要受壓元件

鍋爐安裝完成日期2010年2月，由成都鐵路鍋爐設備安裝修理廠負責安裝（安裝許可級別三級），經桂林市特種設備監督檢驗所監督檢驗[1]合格。2010年2月投入運行，并于同年4月辦理了鍋爐使用登記證。

經查閱：

1）鍋爐出廠設計文件、產品質量合格證、制造監督檢驗證書以及鍋爐安裝竣工資料、安裝監督檢驗證書齊全，符合《鍋爐安全技術監察規程》及其相關技術標準的規定。

2）鍋爐使用登記證、鍋爐作業人員證件齊全有效。

3）鍋爐歷次檢驗資料齊全，歷次檢驗發現的問題見表3。

表3 歷次檢驗發現的問題

4）使用單位未能提供鍋爐日常使用記錄、運行故障和事故記錄，根據使用單位出具的《關于鍋爐的運行情況說明》：鍋爐2010年2月投入運行，未實施過改造和重大修理，但因燃燒器點火故障更換過火焰檢測器。2011年10月～2014年10月停用，2010年2月～2011年9月，2014年11月～2016年9月正常使用鍋爐每天24h運行，工作壓力區間840～1207．5 Pa，鍋爐啟、停壓力分別為 1186．5 Pa和 1207．5 Pa，每小時鍋爐啟、停次數為3-5次。

1.2 宏觀檢查

依照《鍋爐定期檢驗規則》[2]對鍋爐進行宏觀檢查，檢查結果如下：

1）鍋爐內部存水部位結有0．5～1．0mm厚的水垢，覆蓋率約60%，水垢顏色呈黃紅色。

建議將近年來比較成熟的科技創新政策與科研眾包平臺發展結合起來。如廣東省科技廳推動實施的科技創新券后補助政策，就是其中一項。獲得創新券使用許可的平臺，發包方可以在科研眾包平臺上使用科技創新券來支付創客的費用。首先這一方式符合科技創新券政策制定的初衷，即鼓勵和支持中小企業積極開展研發活動。其次，在科研眾包平臺上使用科技創新券，能讓所有參與科研活動的人，包括發包方和接包方都享受到政策恩惠，這也是普惠大眾的普惠性政策的最佳體現。最后，這一方式也會促使申領到科技創新券的企業到平臺上來發布技術難題，從而大大增加平臺的創新活躍度和交易量。

2）鍋殼（筒）、后管板、爐膽、拉撐件、各種管座、人手孔圈經檢查未發現裂紋、起槽、過熱、變形、泄漏、腐蝕、磨損等缺陷。

3）燃燒器、保溫、管道閥門、水處理設備、排污系統、安全附件齊全完好。

4）前管板與煙管、拉撐管進行了脹管，消除了管孔與管子間的間隙，前管板的煙管和拉撐管管端已刮至與前管板平齊，管端內壁倒了圓角。前管板的煙管管頭發現36條裂紋，裂紋自煙管管頭內壁向外徑向延伸，部分裂紋已延伸至管板（見圖1），鍋內汽水自前管板及煙管管頭開裂處泄漏。前管板、煙管經檢查未發現明顯起槽、過熱、變形、腐蝕、磨損等缺陷。

圖1 前管板及前管板煙管管頭裂紋照片

1.3 壁厚測量

對鍋殼（筒）、前管板、后管板、爐膽、煙管、拉撐管進行超聲波測厚抽查，未發現明顯壁厚減?。ㄒ姳?）。

表4 壁厚測量數據

1.4 無損檢測

1）對后管板及與其連接的煙管、拉撐管管頭表面進行100%磁粉檢測[3]，未發現超標缺陷；

2）對前管板及與其連接的煙管、拉撐管管頭表面進行100%滲透檢測[3]，發現36條裂紋，裂紋自煙管管頭內壁向外徑向延伸，部分裂紋已延伸至管板，裂紋長度2～22mm。

1.5 硬度檢測

對鍋殼（筒）、前管板、后管板、爐膽進行硬度檢測抽查，檢測結果未見異常（見表5）。

表5 硬度抽查數據

1.6 化學成分分析

對鍋殼（筒）、前管板、后管板、爐膽進行抽查光譜分析，檢測結果符合《鍋爐和壓力容器用鋼板》[4]的要求，且與鍋爐出廠質量證明書材料質量證明基本一致（見表6）。

表6 化學成分檢測數據

1.7 顯微組織分析

對前管板、后管板、爐膽進行顯微組織分析[5]，分析結果見表7。

表7 顯微組織分析

2 事故原因分析

2.1 鍋爐結構因素

1）該鍋爐爐膽僅設置入口，爐膽內的高溫煙氣在爐膽末端封板處折回爐膽入口，進入鍋爐前煙箱，前煙箱為高溫側[6]。

2）管板及與其連接的煙管管頭部位由于結構因素，存在較大集中應力[7]。

2.2 鍋爐運行因素

1）鍋爐啟、停爐的蒸汽壓力分別為1186．5Pa和1207．5 Pa，鍋爐每小時啟、停3～5次，正常運行時鍋爐啟、停爐累計達到7～11萬次。鍋爐頻繁啟、停致使鍋爐的受熱元件壁溫頻繁變化、引發交變熱應力。

2）2011年05月、2014年10月兩次鍋爐內部檢驗以及該次鍋爐宏觀檢查均發現鍋爐存水部位結垢，厚度0．5～1．0mm，覆蓋率60%～80%。TSG G5003—2008《鍋爐化學清洗規則》第十四條規定：鍋爐受熱面被水垢覆蓋80%以上，并且水垢平均厚度達到1mm以上需要進行化學清洗。由于水垢導熱系數遠低于金屬導熱系數，嚴重影響鍋爐受熱元件與鍋水之間的熱量傳遞，導致受熱元件壁溫偏高，處于高溫側的前管板和煙管管頭的壁溫偏高幅度更大。

3）2012年 4月、2013年3月、2014年3月的鍋爐水質檢驗均為不合格，根據TSG G5002—2010《鍋爐水（介）質處理檢驗規則》，檢驗員提出了相關的整改要求和3個月的期限，使用單位未按要求重新抽樣檢測，無法監測水質各項指標，如果鍋水的全堿度、酚酞堿度、pH值持續過高或偏高，易于造成受熱元件堿脆，增加了產生裂紋的機率。

3 結論

1）該鍋爐的設計、制造及安裝質量符合安全技術規范和相關標準的要求；

2）鍋爐水質時常不達標、鍋內長期結垢，鍋爐運行中各受熱元件因散熱不暢導致壁溫偏高；鍋爐啟、停頻繁，累計達7～11萬次，各受熱元件的壁溫變化頻繁、引起多次的熱應力交變；煙管與管板的連接部位由于結構原因，本身存在較大集中應力；處于高溫側的前管板與煙管的連接部位在壁溫偏高、應力集中、多次交變熱應力的共同作用下產生了疲勞裂紋。