陳江龍
(福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院泉州分院,福建 泉州 362000)
近年來,隨著我國經濟不斷高速發展,環境污染問題日益凸顯。以天然氣為燃料的燃氣鍋爐以其“清潔”天性,在工業生產中應用廣泛。然而伴隨而來的燃氣鍋爐安全運行問題不容忽視,2019年對某燃氣蒸汽鍋爐停機內檢時發現其回燃室有一處鼓包缺陷,存在嚴重安全隱患。文中通過壁厚測定、材質分析、硬度檢測、金相檢測、水質化驗檢查等方法,對該鍋爐回燃室鼓包缺陷進行成因分析,并提出處理建議。
該鍋爐為某公司設計制造的WNS6-1.25-Y,Q型整裝蒸汽鍋爐,本體采用臥式內燃三回程結構,排污口設于回燃室正對的鍋筒底部,回燃室規格為 Φ1600×20mm, 材 質 選 用 Q245R(GB/T713-2014)。該鍋爐給水采用鍋外預處理方式,水處理設備為鈉離子交換器。該公司此型號鍋爐于2015年通過定型測試,屬已批量制造的成熟產品,本臺鍋爐2018年3月制造出廠,2018年5月安裝完成后投用。鍋爐本體結構如圖1所示。
圖1 鍋爐本體結構圖
2019年5月對該鍋爐進行首次停機內檢時發現問題及缺陷情況如下:
(1)回燃室筒體底部存在一處面積相當于Φ400mm的鼓包變形,最大變形高度50mm,詳見圖2。
圖2 回燃室鼓包
(2)鍋筒底部沿鍋爐長度方向均勻沉積水渣,在回燃室區域的水渣堆積高度達回燃室底部,且部分已結垢并附著于回燃室底部;同時,該區域的水渣堆積物中夾雜有大量金屬絲纏繞物,并與結垢層緊固粘結,詳見圖3、圖4。
圖3 鍋筒底部沉積水渣
圖4 回燃室底部堆積物
采用26MG型超聲波測厚儀對鼓包區域進行壁厚測定,結果顯示鼓包的外圍周邊未變形處壁厚最薄處為19.8mm,在Q245R鋼板材料允許負偏差(-0.3mm)范圍內,鼓包中心處壁厚僅為18.5mm,減薄明顯。
采用FOUNDR-MASTER PRO型全定量光譜儀對鼓包區域進行光譜分析,鼓包中心和外圍周邊未變形處的元素含量如表1所示,均符合Q245R(GB 713-2014)范圍要求,未發生材質劣化。
表1 光譜檢測元素含量
采用TH160型里氏硬度計對鼓包區域進行硬度檢測,鼓包中心處硬度平均值為326HLD,外圍周邊未變形處硬度為349HLD,鼓包中心與外圍周邊區域均未發現材質硬化。
采用XF-800S型金相檢測儀對鼓包區域進行金相檢測,鼓包中心金相組織見圖5,外圍周邊未變形處金相組織見圖6。通過對比發現,鼓包中心處的晶粒較于外圍周邊未變形處的晶粒略有粗大。
圖5 鼓包中心金相組織
圖6 外圍周邊未變形處金相組織
查該鍋爐水質化驗報告,在鍋爐投運初期,2018年9月的水質化驗報告結論為基本合格,然而到了2019年4月水質化驗報告結論為不合格,不合格項目有:給水硬度、鍋水酚酞堿度、全堿度、PH值、電導率、溶解固形物、磷酸根、相對堿度。
該鍋爐回燃室底部存在局部鼓包變形,且該鼓包中心處的壁厚減薄明顯,符合過熱的損傷形態[1];同時,金相檢測時發現鼓包中心處的晶粒略變粗,為金屬過熱的特征之一[2]??梢?,鼓包處的損傷模式為過熱。
進一步結合鍋筒底部與回燃室底部間所堆積的大量水渣、水垢及金屬纏繞絲的結合物,可判定該缺陷的成因為:鍋爐在運行過程中,回燃室受火焰直接輻射,因堆積物中水垢的附著,回燃室底部無法得到及時冷卻,壁溫在短時間內快速上升,金屬的屈服強度急劇下降,在鍋爐水側的壓力作用下產生鼓包變形。
綜上,該鍋爐回燃室鼓包的直接成因為回燃室底部堆積水渣、水垢及金屬纏繞絲的結合物,導致此處無法得到鍋水冷卻后,使金屬過熱形成鼓包。
根據各項檢查情況和現狀分析,回燃室底部形成混合堆積物的原因主要有以下兩點:
(1)鍋爐給水硬度超標,在鍋內加藥作用下鍋筒底部形成大量水渣,鍋爐運行過程中未按時排污或排污量不夠,鍋筒底部的水渣不能完全排出;
(2)鍋爐投用前未進行有效內部檢查與異物清理,導致鍋爐內殘存有制造或安裝時遺留的金屬絲纏繞物,當鍋爐投運后正常排污時,由于金屬絲纏繞物的阻擾,水渣不能被及時有效排出而在排污口附近形成堆積,當堆積的水渣沉積到回燃室底部時,受熱二次結垢,最終堆積成水渣、水垢及金屬纏繞絲的結合物。
(1)根據《鍋爐定期檢驗規則》[3]第2.6.3條規定:筒體變形高度超過原直徑的1.5%或大于20mm的,應進行修理。該鍋爐回燃室鼓包最大變形高度為50mm,故該鍋爐應由具備相應資質的單位進行挖補修理。
(2)為確保鍋爐安全運行,后續應做好以下三點:
第一,加強日常水質管理,重點關注水處理設備投運情況,定期進行水質化驗,要求鍋爐給水符合GB/T 1576-2008《工業鍋爐水質》要求。
第二,落實鍋爐的加藥及定期排污制度,嚴格按規章執行加藥和排污程序,讓鍋筒內的垢渣及時排出。
第三,提高鍋爐安全責任意識,特別是新投用或改造后投用的鍋爐,務必在投用前進行內部檢查與異物清理,避免異物堆積而影響鍋爐安全正常運行。