燃氣鍋爐低水位運行后的檢測與評價

（浙江鎮(zhèn)洋發(fā)展股份有限公司 寧波 315204）

某公司一臺燃氣蒸汽鍋爐（型號LHS10-1.25-Q，額定蒸發(fā)量10t/h，工作壓力1.25MPa，額定蒸汽溫度194℃，鍋爐水容積34.8m3），在生產(chǎn)運行中由于違規(guī)操作，導致燃氣鍋爐發(fā)生了長時間的低水位運行操作事故。本文介紹了該起操作事故發(fā)生后，企業(yè)對該燃氣鍋爐本體進行的檢測內(nèi)容、評價和運行建議。

1 鍋爐本體簡介

事故鍋爐本體采用立式布置，輻射受熱面由布置于爐膛內(nèi)四周的水冷壁組成，為水、煙管相結(jié)合結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)水冷壁管與外側(cè)下降管形成一個自然循環(huán)回路，水冷壁管及下降管下部與φ273×8mm的環(huán)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(nèi)的煙管組成。

鍋爐本體材料主要由Q345R和20鋼組成，見表1。

表1 鍋爐本體技術(shù)參數(shù)

2 低水位運行發(fā)生的過程

低水位運行發(fā)生開始時間是凌晨2：21，當時鍋爐液位計發(fā)出低液位報警后，當班司爐工錯誤認為除氧器低液位報警剛剛處理正常不久，鍋爐低液位報警是誤報，聽到報警聲音響后沒有到現(xiàn)場確認，而是手動按掉沖洗液位計按鈕，退出鍋爐水位聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，直至5：45才由班長發(fā)現(xiàn)液位計無液位，手動緊急停爐。事后通過DCS調(diào)閱分析和計算，在鍋爐液位首次報警到停爐的3h多內(nèi)，鍋爐雖呈進水狀態(tài)，鍋爐進水三通閥開度為30%，但其實已卡死并未進水，期間產(chǎn)出蒸汽28t，計消耗鍋爐水28t（2：14時鍋爐為滿液位，內(nèi)有鍋爐水約34.8t），爐內(nèi)還剩約6.8t鍋爐水，鍋筒內(nèi)實際液位高度為0.82m。事后調(diào)查時，從人孔檢查發(fā)現(xiàn)鍋筒內(nèi)有約1.34m高的水位，通過DCS進水趨勢圖，發(fā)現(xiàn)該名司爐工在停爐后的6：13-6：31間，又擅自對鍋爐進水三通閥手動進行了調(diào)試，導致約3.5t鍋爐水充入鍋筒。

3 檢查和檢測

由于鍋爐本體在低水位非正常運行了3h多，且在已停爐但未完全冷卻時又突然進水，故需要對其進行全面的檢查、檢測，以便查清事故對爐內(nèi)材質(zhì)的損傷情況。

3.1 宏觀檢查

在對鍋爐通風降溫冷卻并置換合格后，按文獻[1]對鍋爐可能造成的損傷進行了認真檢查。

爐膛內(nèi)部除部分爐墻呈陳舊性開裂外，未發(fā)現(xiàn)鍋爐本體鋼材存在裂紋、起槽、變形、泄漏、腐蝕等影響安全的缺陷；煙管外徑?jīng)]有出現(xiàn)明顯脹粗現(xiàn)象，但下部約1m內(nèi)的部分水垢剝落；上封板靠近其與鍋筒的環(huán)焊縫交接處表面有較大面積變色而呈藍色，見圖1。

3.2 檢測

●3.2.1 壁厚及煙管外徑檢測

1）鍋筒壁厚。在距鍋筒頂部沿圓周方向隔開分別取6個檢測點（距頂部：70mm有3個，50mm、400mm、700mm各1個），距鍋筒底部600mm沿圓周方向隔開分別取3個檢測點。鍋筒名義厚度為18mm，檢測結(jié)果為17.3～17.7mm，滿足制造廠給出的成品最小需要厚度14.9mm的要求。

圖1 上封板與鍋筒變色處檢測點

2）煙管厚度。選取2根煙管距其頂部120mm處和距其底部400mm處檢測點各1個，另外選取2根煙管距其底部400mm處檢測點各1個。煙管名義厚度為4mm，檢測結(jié)果為3.4～3.5mm，滿足制造廠給出的成品最小需要厚度2.97mm的要求。

3）水壁管厚度。選取10個檢測點，其中6個檢測點位于水壁管頂部100mm處、4個檢測點位于水壁管底部1500mm處。水壁管名義厚度為3mm，檢測結(jié)果為2.4～2.7mm，滿足制造廠給出的成品最小需要厚度0.791mm的要求。

4）上封板厚度。選取5個檢測點，其中4個檢測點位于徑向距邊緣70mm處、1個檢測點位于徑向距邊緣100mm處。上封板名義厚度為20mm，檢測結(jié)果為19.5～19.8mm，滿足制造廠給出的成品最小需要厚度19.0mm的要求。

5） 煙管公稱外徑為76mm，實測外徑處為77mm，脹粗率為1.32%，符合文獻[1]2.6.3.2中規(guī)定的碳鋼受熱面管脹粗量不超過公稱直徑的3.5%的要求。

●3.2.2 著色檢查

對鍋筒焊縫、上封板與外側(cè)一圈水壁管焊縫、下管板與外側(cè)一圈水壁管焊縫等進行著色檢查，未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。

●3.2.3 硬度和金相檢測

硬度檢測取點位置與壁厚檢查點位置一致。

1）上封板與鍋筒的環(huán)焊縫交接處。共選取9個硬度檢測點，其中上封板5個檢測點（含藍色處2點）、鍋筒（距上封板70mm內(nèi)）4個檢測點（藍色處2點），測得硬度HB135-154，根據(jù)文獻[2]表格換算得到其抗拉強度σь=506～534MPa，符合文獻[3]中規(guī)定的σь=500～630MPa范圍，并接近于制造廠出廠質(zhì)保書的σь=505MPa。

對上封板南側(cè)徑向離鍋筒壁200mm處作為金相組織檢測點進行了檢測，其金相組織為珠光體-鐵素體結(jié)構(gòu)，珠光體區(qū)域中的碳化物未分散，珠光體形態(tài)明顯，未見球化現(xiàn)象，未見石墨化和過燒現(xiàn)象，見圖2。

圖2 上封板金相組織

2）鍋筒上部和下部。選取鍋筒上部及下部共5個檢測點進行檢測，測得硬度值為HB116-142，根據(jù)文獻[2]表格換算得到其抗拉強度σь=433～524MPa，比文獻[3]中規(guī)定的σь=500～630MPa，也比鍋爐廠出廠質(zhì)保書的σь=560MPa低。

對鍋筒上部南側(cè)離頂700mm處和下部東側(cè)離底1500處各選取1個檢測點，對其金相組織進行了檢測，如圖3、圖4所示，結(jié)論同上。

3）煙管。鍋筒在停爐未進水前約有820mm水位，選取煙管底400mm處2點和距上管板120mm、400mm處各2點，共計6個硬度檢測點。測量出煙管硬度HB83-97，根據(jù)文獻[2]表格換算得到其抗拉強度σь≈305～356MPa，低于文獻[5]中要求的σь=410～550MPa和鍋爐廠質(zhì)保書中的σь=455 ～ 460MPa。

選取2根東側(cè)煙管在其距鍋筒底部1500mm處，2根南側(cè)煙管在其距上管板400mm處分別確定1個檢測點，共計4點進行金相檢測，金相為鐵素體-珠光體組織，均未見石墨化和過燒現(xiàn)象。距上管板400mm的1個檢測點，其珠光體區(qū)域中的碳化物已分散，并向晶界聚集，珠光體形態(tài)尚保留，屬于3級輕度球化，見圖5；其余3個檢測點，其珠光體區(qū)域中的碳化物已明顯分散，并逐漸向晶界擴散，珠光體形態(tài)尚明顯，屬于4級中度球化，圖6為煙管上部檢測點2的金相組織形態(tài)，煙管下部2個檢測點的金相組織形態(tài)類似圖6。根據(jù)文獻[6]附錄E按4級球化查得σь=382MPa，低于文獻[5]中要求的σь=410～550MPa和鍋爐廠質(zhì)保書中的σь=455～460MPa，球化已造成煙管的機械能力的下降。

圖3 鍋筒上部金相組織

圖4 鍋筒下部金相組織

4）水壁管。選取爐膛水壁管上的6個點進行硬度檢測，測量出水壁管硬度為HB91-110，根據(jù)文獻[2]表格換算得到其抗拉強度σь≈335～407MPa，低于文獻[5]中要求的σь=410～550MPa和鍋爐廠質(zhì)保書中的σь=455MPa。

對東側(cè)1根水壁管在其底部1300mm高處選取金相檢測點進行檢測，其金相為珠光體—鐵素體組織，珠光體區(qū)域中的碳化物未分散，珠光體形態(tài)明顯，未見球化現(xiàn)象，未見石墨化和過燒現(xiàn)象，見圖7。

圖5 煙管上部檢測點1的金相組織

圖6 煙管上部檢測點2的金相組織

4 水壓試驗

按文獻[1]中的表4—表1確定水壓試驗壓力為1.65MPa，在水壓試驗初期，對下集箱排放管處和部分法蘭墊片的泄漏進行了消漏處理，最終在1.65MPa下保壓20min不泄漏，壓降為0.04MPa，低于文獻[1]中的規(guī)定的壓降值；在受壓元件金屬壁和焊縫上沒有水珠和水霧，脹口處不滴水珠；水壓試驗后沒有發(fā)現(xiàn)明顯殘余變形，符合文獻[1]中鍋爐水壓試驗合格要求。

圖7 水壁管金相組織

5 評價和建議

1）通過對燃氣鍋爐本體進行的宏觀檢查、幾何尺寸測定，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的壁厚減薄、形狀和幾何尺寸改變。測定的煙管外徑最大脹粗率為1.32%，符合文獻[1]2.6.3.2中規(guī)定的碳鋼受熱面管脹粗量不超過公稱直徑的3.5%的要求。

2）對燃氣鍋爐本體鋼材、焊縫抽樣進行了著色檢查，沒有發(fā)現(xiàn)裂紋和其他表觀缺陷。

3）對燃氣鍋爐鍋筒、水壁管、煙管等部件進行了硬度、金相檢測，未發(fā)現(xiàn)裂紋、起槽、過熱、變形、泄漏、腐蝕、磨損、結(jié)垢、積碳等影響安全的缺陷，受壓部件的材質(zhì)未檢出過燒和石墨化組織。

4）按文獻[1]中規(guī)定的水壓試驗壓力進行了強度試驗，符合規(guī)范要求，試驗合格。

5）經(jīng)核算，鍋筒上封板處煙道理論計算溫度約為340℃，未達到Q345R淬火臨界溫度730℃[4]，且上封板與鍋筒的環(huán)焊縫交接處的外部相應位置為保溫層，不在煙道內(nèi)，不受煙道氣直接影響。宏觀檢查發(fā)現(xiàn)的上封板有較大面積為藍色，與黑色金屬在320℃左右呈現(xiàn)的顏色改變?yōu)樗{色相吻合，也接近于理論計算溫度。由此，可排除上封板與鍋筒的環(huán)焊縫交接處一周淬火的可能，判斷該處變色是由于上封板與鍋筒因受突然進水熱脹冷縮，導致水垢脫落，露出了金屬顏色。

6）鍋筒和水壁管的檢測結(jié)果顯示，硬度有所降低，相對應的力學性能有一定的下降，這是其長期工作在較高工作溫度環(huán)境下的結(jié)果，需要在下輪定期檢驗中加以關(guān)注。

7）對煙管進行的檢測發(fā)現(xiàn)，其硬度下降明顯，而且部分金相組織中珠光體產(chǎn)生了4級球化現(xiàn)象，相對應的常溫力學性能下降較多。文獻[1]僅規(guī)定了電站鍋爐部件存在碳鋼、鉬鋼的石墨化程度達到4級以上缺陷時，應當對相關(guān)部件及時安排進行更換，在缺陷處理中未列出珠光體球化，而對電站鍋爐以外的鍋爐缺陷處理中未列出珠光體球化和石墨化的要求。為兼顧安全和經(jīng)濟運行，參考文獻[7]和文獻[8]，需要高度重視煙管的球化趨勢，要求一年內(nèi)復查球化情況，如球化加劇達5級以上或有其它超標缺陷產(chǎn)生時，則限期更換。

8）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3h以上，基于上述檢查結(jié)果，建議對爐墻等其它存在的缺陷進行全面消缺后，先低負荷運行一段時間，等穩(wěn)定運行后再提至滿負荷運行；同時要求崗位精心操作，避免負荷急升急降，防止燃燒器火焰偏燒，杜絕出現(xiàn)缺水運行和低水位運行等事故的發(fā)生。