氢气锅炉的检测与分析

周兴，谢毅龙

(宁波镇洋化工发展有限公司，浙江 宁波 315040)

【材料与设备】

氢气锅炉的检测与分析

周兴*，谢毅龙

(宁波镇洋化工发展有限公司，浙江 宁波 315040)

氢气锅炉；材质；硬度；金相组织；拉伸强度；检测；分析

锅炉长时间低水位运行，停炉后又瞬间进水。为确认锅炉的损伤情况，对锅炉进行了检测并进行了分析。

氢气是一种极为优越的新能源。其燃烧热值高，1 kg氢气的热值为143 000 kJ，约为汽油的3倍，焦炭的4.5倍；燃烧的产物是水，不会造成污染，是最干净的能源：因此，将富余的氢气用于蒸汽锅炉是理想的选择。自2002年第一套燃氢蒸汽锅炉在上海氯碱化工有限公司成功投运以来，在全国的氯碱行业得到广泛的应用，取得了良好的效果。

某氯碱企业于2010年购置了1台LHS10-1.25-Q型燃氢气蒸汽锅炉(额定蒸发量10 t/h，工作压力1.25 MPa，额定蒸汽温度194 ℃，锅炉水容积34.8 m3)，所产蒸汽供氯碱生产岗位使用。

该公司曾发生了一起由于司炉人员手动点击锅炉清洗液位计按钮，擅自将锅炉水位控制系统连锁退出，导致锅炉长时间低水位运行,后被迫停炉,且在停炉后又瞬间进水。

为确认锅炉损伤情况，按TSG G7002—2015[1]对锅炉进行了检查：炉膛内部除部分炉墙开裂外，未发现异常；锅筒内部烟管下部(约1 m内)的部分水垢剥落；上封板与锅筒的环焊缝交接处一周大面积变为蓝紫色。

考虑到锅炉在长期缺水、高温条件下运行后，在已停炉但未完全冷却时突然进水，可能会影响金属硬度、金相组织及机械强度，对锅炉进行了以下检验：硬度检测、金相试验及水压试验。提出了处理意见。

1 炉体及运行概况

1.1 锅炉本体技术参数

锅炉本体技术参数如表1所示。

1.2 锅炉本体结构

该型锅炉本体采用立式布置，本体受热面采用水火管相结合的方式，辐射受热面由布置于炉膛内四周的水冷壁组成，内侧水冷壁管与外侧下降管形成一个自然循环回路,水冷壁管及下降管下部与Φ273×8的环形集箱相连，上部与锅壳下管板连接。本体对流受热面由布置于锅壳筒体内的烟管组成。

表1 锅炉本体技术参数

1.3 使用情况

锅炉自投运以来，于2012年12月、2014年7月、2017年1月，对炉膛耐火层进行过多次修补；2014年7月,火壁管由制造厂家进行了检验；2015年11月曾作过一处消漏处理。周期内的全面检验情况合格,未见异常。

1.4 事故经过

2017年年初的某一天,凌晨2:14锅炉为满液位(约有34.8 t水)，2:21开始，液位计出现低液位报警，当班司炉人员主观意识认为除氧器刚处理过，应该是正常的，听到报警声后立即手动按掉冲洗液位计按扭(锅炉水位控制系统退出)，直至5:45该员工经旁人提醒，才发现液位计无液位,手动紧急停炉。在此3个多小时内，锅炉呈进水状态，其实三通阀未进水(虽开度30%，但已卡死未进水)，期间共产蒸汽28 t，计消耗水28 t，炉内剩水约6.8 t，锅筒内实际液位为0.82 m。专业人员通过人孔发现锅筒内有约1.34 m高的液位，通过查除氧器液位趋势图等，发现司炉人员在6:13～6:31间(停炉期间)将约3.5 t水充入锅筒。

2 检测分析过程

考虑到锅炉急冷可能对炉内材质造成伤害,影响金属硬度、金相组织及机械强度，为此进行了以下检测。

(1)对上封板与锅筒的环焊缝交接处的硬度和金相进行了检测，无淬火现象，结论为符合要求。

对上封板5个点(其中变色处2点)、锅筒(距上封板70 mm内)4个点(其中变色处2点)进行了检测，得硬度HB135～154，根据GB/T 1172—1999[2]得其抗拉强度σb=506～534 MPa，符合GB 713—2014[3]中σb=500～630 MPa，接近于锅炉厂质保书中σb=505 MPa。对上封板1个点的金相组织进行了检测，无异常，无相变。

经核算，锅筒上封板处烟道理论温度约为340 ℃，未达到Q345R淬火临界温度730 ℃[4]，且上封板与锅筒的环焊缝交接处的外部相应位置为保温层，不在烟道内，不受烟道气直接影响。

由此,可排除上封板与锅筒的环焊缝交接处一周淬火的可能，该处变色是由于上封板与锅筒受突然进来的冷水热胀冷缩，导致水垢脱落，露出了金属颜色(煮炉后的金属色)。

(2)对锅筒进行了硬度和金相检测，有变软现象。

对锅筒(距上封板400 mm以下)5个点进行了检测，得硬度为HB116～142，根据GB/T 1172—1999[2]得σb=433～524 MPa，较GB 713—2014[3]中σb=500～630 MPa、锅炉厂质保书中σb=560 MPa低。对锅筒2个点的金相组织进行了检测，无异常，无相变。

(3)对烟管硬度和金相进行了检测，有变软现象。

根据工艺计算出锅筒在停炉未进水前约有820 mm水位，取烟管距锅底400 mm处2点，距上管板120 mm、400 mm各处2点，共计6点进行了硬度检测。测量出烟管硬度HB83～97，根据GB/T 1172—1999[2]得σb=305～356 MPa，较GB 5310—2008[5]中σb=410～550 MPa、锅炉厂质保书中σb=455～460 MPa低。

取两根烟管距锅底1 500 mm处2点，距上管板400 mm处2点，共计4点进行金相检测，无裂纹、过烧，但距离上管板400 mm的2点有4级球化现象。根据DLT 674—1999[6]得σb=382 MPa，较GB 5310—2008[5]中σb=410～550 MPa、锅炉厂质保书中σb=455～460 MPa低，球化已造成烟管的机械强度下降。

(4)对水壁管的硬度和金相进行了检测，有变软现象。

取炉膛水壁管10点进行硬度检测，测量出水壁管硬度HB91～110，根据GB/T 1172—1999[2]得σb≈335～407 MPa，较GB 5310—2008[5]中σb=410～550 MPa、锅炉厂质保书中σb=455 MPa低。取炉膛水壁管1点进行金相检测，无裂纹、过烧、相变发生。

(5)其他检查。

烟管外径76 mm，实测外径最大处约为77 mm，符合碳钢受热面管粗量不超过公称直径的3.5%的要求。在水压试验过程，对下集箱排放管处和部分法兰的泄漏进行了处理，最终在1.65 MPa下保压20 min不泄漏，在受压元件金属壁和焊缝上没有水珠和水雾；当降到工作压力后胀口处不滴水珠。水压试验后没有发现明显残余变形，符合锅炉水压试验要求。

3 结论

对锅炉锅筒、水壁管、烟管、烟道的硬度30个点、金相8个点进行了检测，未发现裂纹、起槽、过热、变形、泄漏、腐蚀、磨损、结垢、积碳等影响安全的缺陷，受压部件的材质未出现过烧组织。对烟管外径进行了检测，符合碳钢受热面管胀粗量不超过公称直径的3.5%的要求。对下集箱排放管处和部分法兰的泄漏进行了处理，并进行了水压试验；在1.65 MPa下保压20 min不泄漏，符合TSG G 7002—2015[1]的基本要求。

考虑到锅筒上部受压部件因缺水而在低液位高温运行长达3 h以上，部分受压部件已出现损伤，经微观检测发现烟管上部已出现球化现象，炉筒、烟管、水壁管已出现强度下降的问题，建议氢气锅炉先低负荷运行一段时间，等稳定运行后将提至满负荷运行；同时要求岗位精心操作，避免出现缺水运行等事故的发生。

[1] 国家质量监督检验检疫总局. TSG G 7002—2015 锅炉定期检验规则[S]. 北京：新华出版社，2015.

[2] 国家质量技术监督局. GB/T 1172—1999 黑色金属硬度及强度换算值[S].北京：中国标准出版社，2005.

[3] 国家质量监督检验检疫总局.GB 713—2014 锅炉和压力容器用钢板[S].北京：中国标准出版社，2014.

[4] 中国机械工程学会热处理学会.热处理手册：第4卷热处理质量控制和检验[M].4版.北京：机械工业出版社，2008.

[5] 国家质量监督检验检疫总局. GB 5310—2008 高压锅炉用无缝钢管[S].北京：中国标准出版社，2008.

[6] 国家经济贸易委员会. DLT 674—1999 火电厂用20号钢珠光体球化评级标准[S].北京：中国电力出版社，1999.

Detectionandanalysisofahydrogenboiler

ZHOUXing,XIEYilong

(Ningbo Oceanking Chemical Developing Corporation，Ningbo 315040，China)

hydrogen boiler; material; hardness; metallographical structure; tensile strength； detection; analysis

Water flowed into a boiler which had been operated at low water level for a long time just after it shut down. In order to confirm the damage of the boiler, the boiler was tested and analyzed.

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周兴(1958—)，男，工程师，本科学历，1982年毕业于浙江广播电视大学机械专业，现于宁波镇洋化工发展有限公司从事设备管理工作。

2017-06-10

TQ114.15

B

1008-133X(2017)09-0041-03

[编辑：董红果]