一台燃气锅炉回燃室鼓包成因分析

陈江龙

（福建省锅炉压力容器检验研究院泉州分院，福建 泉州 362000）

1 引言

近年来，随着我国经济不断高速发展，环境污染问题日益凸显。以天然气为燃料的燃气锅炉以其“清洁”天性，在工业生产中应用广泛。然而伴随而来的燃气锅炉安全运行问题不容忽视，2019年对某燃气蒸汽锅炉停机内检时发现其回燃室有一处鼓包缺陷，存在严重安全隐患。文中通过壁厚测定、材质分析、硬度检测、金相检测、水质化验检查等方法，对该锅炉回燃室鼓包缺陷进行成因分析，并提出处理建议。

2 设备概况

该锅炉为某公司设计制造的WNS6-1.25-Y,Q型整装蒸汽锅炉，本体采用卧式内燃三回程结构，排污口设于回燃室正对的锅筒底部，回燃室规格为 Φ1600×20mm， 材 质 选 用 Q245R（GB/T713-2014）。该锅炉给水采用锅外预处理方式，水处理设备为钠离子交换器。该公司此型号锅炉于2015年通过定型测试，属已批量制造的成熟产品，本台锅炉2018年3月制造出厂，2018年5月安装完成后投用。锅炉本体结构如图1所示。

图1 锅炉本体结构图

3 问题与缺陷特征

2019年5月对该锅炉进行首次停机内检时发现问题及缺陷情况如下：

（1）回燃室筒体底部存在一处面积相当于Φ400mm的鼓包变形，最大变形高度50mm，详见图2。

图2 回燃室鼓包

（2）锅筒底部沿锅炉长度方向均匀沉积水渣，在回燃室区域的水渣堆积高度达回燃室底部，且部分已结垢并附着于回燃室底部；同时，该区域的水渣堆积物中夹杂有大量金属丝缠绕物，并与结垢层紧固粘结，详见图3、图4。

图3 锅筒底部沉积水渣

图4 回燃室底部堆积物

4 检测情况

4.1 壁厚测定

采用26MG型超声波测厚仪对鼓包区域进行壁厚测定，结果显示鼓包的外围周边未变形处壁厚最薄处为19.8mm，在Q245R钢板材料允许负偏差（-0.3mm）范围内，鼓包中心处壁厚仅为18.5mm，减薄明显。

4.2 材质分析

采用FOUNDR-MASTER PRO型全定量光谱仪对鼓包区域进行光谱分析，鼓包中心和外围周边未变形处的元素含量如表1所示，均符合Q245R（GB 713-2014）范围要求，未发生材质劣化。

表1 光谱检测元素含量

4.3 硬度检测

采用TH160型里氏硬度计对鼓包区域进行硬度检测，鼓包中心处硬度平均值为326HLD，外围周边未变形处硬度为349HLD，鼓包中心与外围周边区域均未发现材质硬化。

4.4 金相检测

采用XF-800S型金相检测仪对鼓包区域进行金相检测，鼓包中心金相组织见图5，外围周边未变形处金相组织见图6。通过对比发现，鼓包中心处的晶粒较于外围周边未变形处的晶粒略有粗大。

图5 鼓包中心金相组织

图6 外围周边未变形处金相组织

4.5 水质化验检查

查该锅炉水质化验报告，在锅炉投运初期，2018年9月的水质化验报告结论为基本合格，然而到了2019年4月水质化验报告结论为不合格，不合格项目有：给水硬度、锅水酚酞碱度、全碱度、PH值、电导率、溶解固形物、磷酸根、相对碱度。

5 缺陷成因分析

5.1 直接成因

该锅炉回燃室底部存在局部鼓包变形，且该鼓包中心处的壁厚减薄明显，符合过热的损伤形态[1]；同时，金相检测时发现鼓包中心处的晶粒略变粗，为金属过热的特征之一[2]。可见，鼓包处的损伤模式为过热。

进一步结合锅筒底部与回燃室底部间所堆积的大量水渣、水垢及金属缠绕丝的结合物，可判定该缺陷的成因为：锅炉在运行过程中，回燃室受火焰直接辐射，因堆积物中水垢的附着，回燃室底部无法得到及时冷却，壁温在短时间内快速上升，金属的屈服强度急剧下降，在锅炉水侧的压力作用下产生鼓包变形。

综上，该锅炉回燃室鼓包的直接成因为回燃室底部堆积水渣、水垢及金属缠绕丝的结合物，导致此处无法得到锅水冷却后，使金属过热形成鼓包。

5.2 形成堆积物的原因

根据各项检查情况和现状分析，回燃室底部形成混合堆积物的原因主要有以下两点：

（1）锅炉给水硬度超标，在锅内加药作用下锅筒底部形成大量水渣，锅炉运行过程中未按时排污或排污量不够，锅筒底部的水渣不能完全排出；

（2）锅炉投用前未进行有效内部检查与异物清理，导致锅炉内残存有制造或安装时遗留的金属丝缠绕物，当锅炉投运后正常排污时，由于金属丝缠绕物的阻扰，水渣不能被及时有效排出而在排污口附近形成堆积，当堆积的水渣沉积到回燃室底部时，受热二次结垢，最终堆积成水渣、水垢及金属缠绕丝的结合物。

6 整改与预防建议

（1）根据《锅炉定期检验规则》[3]第2.6.3条规定：筒体变形高度超过原直径的1.5%或大于20mm的，应进行修理。该锅炉回燃室鼓包最大变形高度为50mm，故该锅炉应由具备相应资质的单位进行挖补修理。

（2）为确保锅炉安全运行，后续应做好以下三点：

第一，加强日常水质管理，重点关注水处理设备投运情况，定期进行水质化验，要求锅炉给水符合GB/T 1576-2008《工业锅炉水质》要求。

第二，落实锅炉的加药及定期排污制度，严格按规章执行加药和排污程序，让锅筒内的垢渣及时排出。

第三，提高锅炉安全责任意识，特别是新投用或改造后投用的锅炉，务必在投用前进行内部检查与异物清理，避免异物堆积而影响锅炉安全正常运行。