李暉榕，林東文

（福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院漳州分院，福建 漳州 363000）

漳州地區(qū)食品罐頭業(yè)、食用菌菇業(yè)、建筑模板業(yè)等所用鍋爐均以小型DZG（單鍋筒縱置式）鍋爐為主，且保有數(shù)量較多，在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，往往會(huì)出現(xiàn)鍋爐鼓包變形事故。文中采用兩臺(tái)型號(hào)、材質(zhì)、規(guī)格相同的鍋爐，針對(duì)其鍋筒底部鼓包變形，分析研究鍋筒材料在外在因素作用下，通過內(nèi)在因素的顯微變化，最終導(dǎo)致失穩(wěn)變形的原因。

1 檢驗(yàn)過程與結(jié)果

1.1 現(xiàn)場(chǎng)宏觀檢查與分析

Ⅰ號(hào)鍋爐是在停爐檢修后正常燃燒一天后，發(fā)現(xiàn)鍋筒底部出現(xiàn)明顯鼓包變形，立即停爐檢驗(yàn)，檢驗(yàn)確認(rèn)該鼓包變形最大高度為63mm，面積350×250mm。Ⅱ號(hào)鍋爐由于鼓包變形量較小，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)時(shí)間保持正常燃燒狀態(tài)，在正常內(nèi)部檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)鍋筒底部鼓包變形，變形最大高度18mm，面積330mm×230mm，如圖1所示。經(jīng)表面磁粉檢測(cè)，確認(rèn)兩臺(tái)鍋爐鍋筒變形部位均未發(fā)現(xiàn)有表面裂紋?，F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，兩臺(tái)鍋爐鼓包變形部位的內(nèi)表面均存在有較厚的水垢、泥沙或泥垢沉積，厚度為2.0mm～3.0mm，Ⅱ號(hào)鍋爐鍋筒底部外表面鼓包和內(nèi)表面沉積見圖2。因此，經(jīng)外觀檢查判斷為水垢、泥垢阻礙了熱傳遞，導(dǎo)致鍋筒材料的過熱劣化變形。

圖1 兩臺(tái)鍋爐鍋筒底部鼓包變形高度示意圖

圖2 鍋筒底部外表面鼓包變形及內(nèi)表面泥垢沉積

1.2 化學(xué)成分分析

分別對(duì)兩臺(tái)鍋爐鍋筒底部正常區(qū)域的基體（Q345R）上進(jìn)行主要元素分析，分析結(jié)果見表1。

結(jié)果表明：以上兩臺(tái)鍋爐的鍋筒用材符合GB713-2008 的標(biāo)準(zhǔn)要求，選用材料不存在元素含量或偏析問題。

表1 光譜分析化學(xué)成分結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

1.3 金相檢驗(yàn)分析

金相檢驗(yàn)的取樣位置如圖1所示。從圖3可知，兩臺(tái)鍋爐鍋筒底部正常區(qū)域的金相組織為：鐵素體+珠光體，屬于正常組織。選取變形高度10mm（D點(diǎn)）位置進(jìn)行金相檢驗(yàn)，結(jié)果為正常：鐵素體+珠光體，說明組織未發(fā)生明顯變化（見圖4）。當(dāng)選取變形高度分別為18mm（C點(diǎn)）、43mm（B點(diǎn)）和63mm（A點(diǎn)）位置進(jìn)行金相檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在變形高度大于等于18mm時(shí)，珠光體中的碳化物已分散且向晶界聚集，且已發(fā)生球化，金相組織為：鐵素體+球化體及少量珠光體，A點(diǎn)、B點(diǎn)位置的球化級(jí)別為5級(jí)；其中C點(diǎn)位置球化程度最為嚴(yán)重，組織為鐵素體+球化體，且鐵素體晶粒長(zhǎng)大，球化級(jí)別為6級(jí)（見圖5）。

圖3 E點(diǎn)、F點(diǎn)位置金相組織（500×）

圖4 D點(diǎn)位置金相組織（500×）

圖5 A、B、C點(diǎn)位置金相組織（500×）

1.4 硬度分析

分別對(duì)圖1中所選取的位置點(diǎn)進(jìn)行布氏硬度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如圖6所示。從圖6可知，兩臺(tái)鍋爐鍋筒底部正常區(qū)域的硬度值正常；變形高度為10mm（D點(diǎn)）時(shí)，與正常區(qū)域相比，硬度值仍未發(fā)生明顯變化；當(dāng)變形高度繼續(xù)增大時(shí)，布氏硬度發(fā)生明顯下降，其中C點(diǎn)位置的硬度下降變化最為明顯，僅有110HB，這與上述的金相檢驗(yàn)結(jié)果相符。

圖6 布氏硬度測(cè)量值對(duì)比圖

2 原因分析與結(jié)論

2.1 外部因素

從外部因素來(lái)看，通過現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)和咨詢發(fā)現(xiàn)，兩臺(tái)鍋爐給水均采用地下水水質(zhì)，未經(jīng)過濾和軟化水處理，給水中帶有一定的泥沙或泥垢，同時(shí)日常運(yùn)行中疏于管理，未對(duì)鍋爐進(jìn)行有效的定期排污。因此，在鍋爐運(yùn)行過程中，鍋內(nèi)水不斷蒸發(fā)濃縮，水中鹽類過飽和之后，析出沉淀形成水垢和大量沉積物覆蓋于底部受熱面。水垢、泥垢的導(dǎo)熱性極差，熱阻是鍋爐用鋼的40-100倍左右，高熱阻使得鍋筒底部直接受火焰加熱部分的金屬不能及時(shí)、有效的冷卻，造成壁溫過高，超過允許使用溫度（430℃）。

2.2 內(nèi)部因素

由于外部因素的影響，導(dǎo)致鍋筒底部金屬一直處于受熱不均勻狀態(tài)，變形部位壁溫過熱，具有較大的熱應(yīng)力[1]，不可避免的會(huì)導(dǎo)致材料的劣化，具體分析如下：

（1）從鍋筒底部正常區(qū)域的化學(xué)元素成分分析結(jié)果判斷，各元素含量和GB713中的Q345R鋼的化學(xué)成分相符。且從該部位的金相檢驗(yàn)結(jié)果可知，材料金相組織為：鐵素體+片狀珠光體，也完全符合材料標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，可以排除鍋筒材料的材質(zhì)問題。

（2）由金相檢驗(yàn)結(jié)果分析，鼓包變形部位的珠光體中的碳化物已分散且向晶界聚集，且已發(fā)生球化，最嚴(yán)重處球化級(jí)別為6級(jí)，判定變形部位發(fā)生了明顯的材料過熱劣化現(xiàn)象。

（3）從硬度測(cè)量結(jié)果可知，鼓包變形部位的硬度值相比于正常區(qū)域明顯下降，認(rèn)為相應(yīng)的材料沖擊韌度也會(huì)下降，這與金相檢驗(yàn)結(jié)果相符，說明材料組織的劣化對(duì)其性能具有較大影響。

（4）對(duì)于Ⅱ鍋爐較低變形高度18mm（C點(diǎn)）的位置，其金相檢驗(yàn)和硬度測(cè)量結(jié)果均低于變形高度較大的Ⅰ號(hào)鍋爐，分析認(rèn)為，這是由于Ⅱ鍋爐更長(zhǎng)時(shí)間處于 AC3 左右的高溫，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，組織變化更為徹底，性能下降更為嚴(yán)重。

綜合上述分析，兩臺(tái)鍋爐在高溫狀態(tài)下，由于冷卻不足，材料金相組織會(huì)發(fā)生變化，強(qiáng)度下降，無(wú)法滿足使用強(qiáng)度，這時(shí)，即使工作壓力不超過額定壓力，金屬晶體也會(huì)發(fā)生塑性流動(dòng)直至變形。

3 整改措施

（1）按照《鍋爐定期檢驗(yàn)規(guī)則》的要求，對(duì)上述兩臺(tái)鍋爐挖補(bǔ)修理，并徹底清除鍋筒底部的泥沙或泥垢[2]。

（2）針對(duì)鍋爐水側(cè)進(jìn)行物理或化學(xué)清洗，徹底清除水垢。

（3）完善鍋爐水處理系統(tǒng)。通過加裝鍋外鈉離子水處理設(shè)備，對(duì)鍋爐給水進(jìn)行處理，也可聯(lián)合加藥處理，以確保鍋爐給水符合 《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》的要求，并完善日常管理，加強(qiáng)運(yùn)行中定期排污。

（4）使用單位必須配備專職的水質(zhì)化驗(yàn)員，做好水質(zhì)化驗(yàn)工作，加強(qiáng)水質(zhì)管理，防止水質(zhì)超標(biāo)。

（5）對(duì)鍋爐司爐人員加強(qiáng)教育培訓(xùn)，提升其技術(shù)水平和責(zé)任心。

4 結(jié)語(yǔ)

上述兩臺(tái)鍋爐均已修理且經(jīng)監(jiān)督檢驗(yàn)合格，并重新投入使用，有效地避免了安全事故。但對(duì)鍋爐的修理既耗時(shí)、耗力，又影響企業(yè)的正常生產(chǎn)，造成了一定程度的經(jīng)濟(jì)損失。因此，使用單位在生產(chǎn)過程中更應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)于鍋爐的日常維護(hù)和運(yùn)行保養(yǎng)。同時(shí)，應(yīng)積極主動(dòng)同檢驗(yàn)單位加強(qiáng)溝通聯(lián)系，及時(shí)申報(bào)、配合檢驗(yàn)，確保鍋爐正常、可靠的運(yùn)行。

綜上所述，上述兩臺(tái)鍋爐均為日常運(yùn)行管理不規(guī)范引起的鍋筒底部結(jié)垢和泥沙、泥垢沉積，導(dǎo)致鍋筒底部受熱面過熱、過燒而形成鼓包變形。