刘课秀 卢忠铭 王 恋

（广州特种承压设备检测研究院 广州 510663）

某 DZL型燃煤锅炉锅筒鼓包原因分析和对策

刘课秀 卢忠铭 王 恋

（广州特种承压设备检测研究院 广州 510663）

某单位燃煤锅炉锅筒底部受热面出现两处鼓包，存在严重安全隐患。为了找出锅筒鼓包原因，并为锅炉使用维修提出应对措施，本文通过壁厚测定、金相分析、硬度测定、计算分析、水质检测等对锅炉鼓包原因进行了分析，结果表明锅炉锅筒鼓包的主要原因为锅筒筒节直接受火焰加热，未按要求采用耐火隔热层进行覆盖；同时，锅炉给水和锅水的浊度、硬度等多项指标不合格，导致锅筒内壁被较厚水垢覆盖、导热性能变差。当锅筒发生过热甚至过烧从而导致金属结构强度降低时，在内部蒸汽压力的作用下发生了鼓包变形。

DZL型锅炉 鼓包 原因分析

DZL型（单锅筒纵置式链条炉）卧式快装蒸汽锅炉具有结构紧凑、易于操作、运输方便、安装方便、占地面积小等特点，在中小型企业中得到广泛使用，其中，DZL型蒸汽锅炉锅筒底部鼓包事故时有发生，危害较大。通过分析找到锅炉鼓包的发生原因，对于防止事故扩大、锅炉的维修和预防措施的制定有一定的实际意义[1-3]。

某单位燃煤锅炉在内部检验时发现锅筒底部受热面的第一、二筒节存在鼓包现象，存在严重的安全隐患。为了找出锅筒鼓包原因，对该锅炉情况进行了现场勘查，并通过壁厚测定、金相分析、硬度测定、计算分析、水质检测等对锅炉鼓包原因进行了分析和探讨了相应对策。

1 基本情况

锅筒出现鼓包的锅炉型号为DZL6-1.57-AⅢ/ AⅡ，额定蒸发量为6t/h，结构形式为单锅筒纵置式（水火管）链条炉，额定蒸汽压力为1.57MPa，额定蒸汽温度为204 ℃，锅筒材料为16Mng，锅筒厚度规格为18mm。

现场勘查发现，鼓包部位分别位于锅筒前数第一筒节及第二筒节底部受热面。鼓包均呈椭圆状，第一筒节鼓包大小约为180×170mm，第二筒节鼓包大小约为660×300mm，变形最大高度为21mm，具体位置示意如图1所示。锅筒受热面鼓包部位均未有耐火层覆盖，金属层裸露，见图2。锅筒内壁、集箱水垢厚约3mm，水垢覆盖率约50%；水冷壁管、烟管水垢厚约2mm，水垢覆盖率约100%，见图3。

图1 锅筒鼓包部位及尺寸(mm)

图2 锅筒底部鼓包

图3 锅筒内壁、下集箱及烟管水垢

2 检验分析结果

2.1 壁厚测定

对锅筒底部鼓包部位的不同区域进行壁厚测定，结果见表1，锅筒鼓包区域壁厚减薄明显。

表1 锅筒鼓包处壁厚

2.2 金相分析

对锅筒鼓包区域进行金相分析，结果表明，第一筒节鼓包区域最大凸出部位金相组织为铁素体+颗粒状珠光体，晶界有过烧现象，见图4和图5；第二筒节鼓包部位金相组织为铁素体+片状珠光体，未出现过烧现象，组织正常，见图6。

图4 第一筒节鼓包金相（珠光体球化）

图5 第一筒节鼓包金相（晶界过烧）

图6 第二筒节鼓包金相

2.3 硬度测定

为分析鼓包部位金属材质的变化情况，运用里氏硬度计对鼓包部位硬度进行测定，将测定的硬度值按GB 1172—1999《黑色金属硬度及强度换算值》中的黑色金属硬度及强度换算表进行换算，得出鼓包部位金属材料的抗拉强度值。硬度测定结果表明，第一筒节鼓包部位最大凸出部位的硬度测定值较低，其转换抗拉强度值已低于16Mng的抗拉强度标准要求值（490～635MPa）（参见GB 713—1997《锅炉用钢板》），硬度测定和强度转换结果详见表2。

根据壁厚测量结果可知，锅壳壳体鼓包处最小实测壁厚为15.1mm，大于锅筒最小需要壁厚Smin，锅筒鼓包处的壁厚仍满足标准强度要求。

3 原因分析

表2 硬度测定及强度转换结果

2.4 水质分析

锅炉近期的两次水质检测结果见表3。从水质检测结果可发现锅炉给水的浊度、硬度、全铁含量、电导率均超标，其中给水浊度超标达4倍。锅炉的锅水多项指标不符合标准要求，其中磷酸根、亚硫酸根远低于标准要求。

表3 水质检测结果

2.5 计算分析

按照GB/T 16508.3—2013《锅壳锅炉 第3部分：设计与强度计算》标准对锅筒鼓包处壁厚进行计算。

相关计算参数选取：计算压力p=1. 63MPa，锅筒内直径Dn=1600 mm ，最小减弱系数φmin=1（鼓包部位不在孔桥区），许用应力[σ]=122. 57MPa，附加壁厚

锅壳壳体理论计算壁厚：

锅壳壳体最小需要壁厚：

锅炉第一筒节鼓包部位金相检验表明，最大凸出部位处的金相组织为铁素体+颗粒状珠光体，晶界有过烧劣化现象。据此判断锅筒鼓包变形是由于锅筒温度过高引起的强度下降导致，从现场勘查及检验可知锅筒过热主要原因如下：

1）锅炉给水和锅水水质不符合GB/T 1576—200标准要求，导致锅筒内部结垢严重。锅炉给水和锅水存在的给水浊度、硬度、磷酸根、亚硫酸根等超标问题。锅炉给水如未经软化处理，水中阳离子主要有Ca2+、Mg2+、Na+等，阴离子主要有HCO3-，Cl-，等。例如给水硬度过高时，这些“硬水”在锅炉内加热、受压和浓缩的作用下，水中一些含量较高的离子首先达到某些盐类的溶度积和过饱和状态而生成沉淀，形成水垢[4]。现场检验可见锅筒受热面区域内壁被厚约3mm水垢覆盖。水垢为热的不良导体，其导热系数仅约为钢材的1/5，水垢的存在使锅筒受热面的导热能力变差。锅筒由于受热不能及时传导给锅水而温度上升，当温度超过锅筒所能承受的临界点时，锅筒金属的金相组织发生变化，如珠光体球化、晶界过烧等，导致强度降低。

2）锅筒受热面设置与锅炉设计文件不符，导致锅筒受热温度过高。按锅炉设计图纸，锅筒向火面部位应由耐火混凝土隔热层覆盖，不作为直接受热面使用。根据《蒸汽锅炉安全技术监察规程》，锅筒使用钢板16M ng材料金属壁温不应超过400℃。该锅炉未按要求安装和使用，锅炉筒节直接作为受热面受高温火焰加热，其受热温度远高于锅筒设计受热温度，可导致锅筒实际壁温高于许用壁温。

综上分析，由于锅炉给水和锅水水质不达标，锅筒内部结垢严重，锅炉受热面未按设计要求布置，锅筒受热温度超出设计要求。当燃煤燃烧产生的火焰热量直接传导给锅筒，且锅筒受热面内侧有较厚水垢覆盖时，锅筒所受的火焰热量不能及时传导给锅水，从而导致锅筒温度升高而出现组织劣化、过烧、金属结构强度降低，并在锅炉内压的作用下导致鼓包。

4 处理措施

1）锅筒前数第一筒节鼓包底部已出现珠光体球化和过烧，强度下降。根据TSG G7002—2015《锅炉定期检验规则》要求，对锅筒前数第一筒节受压部件材质出现过烧组织的部位，应进行挖补或更换；锅炉前数第二筒节鼓包变形部位可进行复位、挖补或更换修理。

2）应严格按锅炉设计图纸布置受热面，在锅筒向火面部位用耐火混凝土隔热层覆盖，使锅筒不作为受热面直接接触火焰和高温烟气，减少锅筒温度过高风险。

3）锅炉使用单位应配备并使用合格的水处理设备和药剂，切实加强锅炉的水质管理和监测，确保锅炉水质的各项指标符合标准GB/T 1576—2008要求。

4）针对锅筒、集箱及烟管水侧水垢现状，根据TSG G5003—2008《锅炉化学清洗规则》的要求，应对该炉进行除垢清洗。采取化学清洗方法时，锅炉使用单位应委托具有相应资质或者能力的化学清洗单位对锅炉进行化学清洗；清洗完毕，锅炉使用单位应委托检验检测机构对清洗质量进行检验。通过减少水垢，改善锅筒导热性能，防止过热。

[1] 李耀荣．我国工业锅炉发展趋向探究[J］．工业锅炉，2006，(1)：11-16．

[2］余洁．中国燃煤工业锅炉现状[J］．洁净煤技术，2012，18(3)：89-91．

[3］何心良．我国工业锅炉使用现状与节能减排对策探讨［J]．工业锅炉，2010，(3)：1-8．

[4] 陶冶.锅炉水质与结垢控制[J].有色金属，2004，56（2)：115-116．

[5] 邓志成．从 DZL型卧式快装蒸汽锅炉锅筒底部鼓包事故探讨原因及修理方法[J]．工业锅炉，2006，(4)：51-52．

Analysis and Countermeasures of Drum Deformation of a DZL Coal-fired Boiler

Liu Kexiu Lu Zhongm ing Wang Lian
(Guangzhou Special Pressure Equipment Inspection and Research Institute Guangzhou 510663)

Two drum deformations were found in the heating surface of the boiler drum bottom of a coal-f red boiler, and there was serious hidden danger. In order to fnd out the reason of boiler drum deformation, and put forward countermeasures for boiler maintenance, through the wall thickness measure, metallographic analysis, hardness measure, calculation analysis and water quality testing, this paper analyzed the reason of boiler drum deformation. The results showed that the main reason of boiler drum deformation was that the drum section was directly heated by fame. And the inner drum was covered by thick scale that results in bad thermal conductivity. When the shell was overheated which lead to the decrease of strength, drum deformation happened under the action of the inner pressure of the pot.

DZL boiler Drum deformation Cause analysis

X 933.2

B

1673-257X(2017)06-0052-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.06.013

刘课秀（1984～)，男，硕士，工程师，从事金属材料检测和机械装备及构件失效分析工作。

刘课秀，E-mail: liukexiu@126.com。

2016-10-31）