浅谈热水锅炉锅筒变形的检验

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摘要：本文通过在定期检验过程中一台热水锅炉锅筒变形的实例，对变形原因进行分析，对变形部位监控运行需增加检验项目，方能安全可靠。同时，对预防此类事故的再发生提出一点建议，共检验人员参考。

关键词：锅筒变形 检验 结论说明 建议

对我市某单位一台KZL140-0.7/95/70-AΠ型热水锅炉进行内部检验时，从炉门口发现位于炉膛主燃烧区的锅筒底部偏向炉门一侧有鼓凸变形迹象，变形部位并伴随有结焦。待除掉结焦后，鼓凸变形突显出来。经确认，锅筒底部已鼓包变形。“奶型”鼓包根部呈椭圆形，长轴位于锅筒横向，短轴平行于锅筒轴线。经测量鼓包中心距锅筒轴心线投影130㎜，距前管板内侧620㎜，鼓包变形最大尺寸为160×120㎜.经打开炉前人孔，发现鼓包变形部位垢渣堆积严重，高达160㎜，随即对锅筒内进行清理，掏出垢渣近70㎏。

该炉系陕西省某锅炉厂产品，于1988年11月安装投用至今已21年。该炉主要用于冬季取暖，每年只运行4个月，使用压力0.4MPa，并历年进行定期检验。历年检验发现锅内结垢，用户均采用碱洗的方法清洗，由于碱洗不进行检验监督，使用单位碱洗后从未停炉清理过锅内垢渣，历年造成“垢渣堆积”运行，导致锅筒传热不良，鼓凸变形。

根据上述基本信息，笔者采取了下述检验检测方法，以获得锅筒变形后的检验结果，确定检验结论。

数据测量

1.1鼓凸变形面积、方位。

用钢板尺或钢卷尺测量。见图1、图2.

1.2凹凸高度测量

制作高度测量样板（L=300㎜），用钢板尺。针形尺或焊缝检验尺配合检查，分别测量出变形部位内凹、外凸深度及高度。经测量，内凹11.5㎜，外凸8.2㎜，内外侧变形非均衡。 内凹深度：H'-h'；外凸高度：H-h。

1.3锅筒内径Ds

因技术资料丢失，该炉锅筒内布置有高、低温侧烟管，Ds测量只能从高、低温侧烟管中间分界空位处测量。在鼓包区附近取3点进行测量。Ds平=Ф1490㎜。

2、内凹、外凸表面PT检查

在PT检查中发现外凸变形部位“井”字型表面微裂纹，经打磨，“井”字型表面氧化微裂纹消失，厚度小于0.1㎜。内凹变形部位未发现“井”字型表面氧化微裂纹。

3、壁厚测定

测厚分3个区域，一区为外凸变形部位；二区为鼓包根部周围（160×120㎜）；三区为距鼓包根部50㎜范围。各区均取3点均布测试。一区的鼓包顶部3点厚度为9.2；9.5；9.7㎜，顶部最薄；一区的顶部周围区域厚度为10.9--11.1㎜；二区厚度为11.3；11.8；11.9㎜；三区厚度为11.8；11.9㎜。

由壁厚测定值可看出，位于一区的鼓包顶部因壁厚减薄属于危险部位，需进行强度校核。

4、强度校核

根据GB/T16509-1996《锅壳锅炉受压元件强度计算》标准进行强度校核。

[P]=2φJ[σ]Jty/Dn+ty

[P]—锅壳筒体的最高允许计算压力MPa；

φJ—校核部位的减弱系数；

Dn—锅壳筒体内径，㎜；

[σ]—许用应力，MPa；

ty—有效厚度，㎜。

取Dn=Ds平=φ1490㎜；φJ取1；C=2.8/21=0.13㎜/a；ty=tsmin-C=9.07㎜。

[σ]=η[σ]J η=0.9 tbi=ts+90=185℃ 取tbi=250℃

因用户技术资料丢失，锅筒材质按20钢对待。查GB711， [σ]J=123MPa，得[σ]=110.7 MPa，从而求得[P]=1.34 MPa。

求得的最高允许计算压力[P]为[P]g、ΔP、ΔPz、ΔPsz四项之和，而此处ΔPz、ΔPsz均等于零，ΔP=0.02 MPa，锅炉出口最高允许工作压力[P]g=1.34-0.02=1.32 MPa。多年来，该炉实际工作压力只有0.4 MPa，在此压力作用下，该锅筒能满足强度条件。

5、硬度测试及母材强度变化

根据各区域测点HB平均值，计算出各区域母材抗拉强度σb值。各区域硬度HB及σb下降值见表1。查GB711，20钢板σb=400 MPa.

由表1看出，鼓包顶部中心区HB值较低，次之，属过热区；鼓包根部与顶部区接近，硬度下降较平缓，属过渡区。距根部50㎜区域，是锅筒母材的正常区域。同理，抗拉强度σb由鼓包中心直至逐渐接近母材强度。对已使用21年的锅筒来说，理论上锅筒正常区域母材强度已下降10%，鼓包变形的中心区抗拉强度下降了13.1%，而实际上鼓包中心区σb相对未变形部位母材只下降了3.4%。因此，鼓包中心区母材与未变形区域母材抗拉强度差别不是很大，材质变化小，鼓包变形区母材亦有足够的强度，可信赖使用。

6、按《锅炉定期检验规则》验算

按99版《锅炉定期检验规则》第19条3和3（1）款中“承压部件的变形不超过下述规定时可予以保留监控”；“筒体变形高度不超过原直径的1.5%，且不大于20㎜”；之规定，对筒体变形高度是否超过规定进行验算。

取筒体变形最大高度（内凹高度）11.5㎜；

求得：1.5%Ds平=22.35㎜。

比较：筒体变形高度11.5㎜

筒体变形高度未超过上述规定，满足《锅炉定期检验规则》要求。

7、检验结论

按《锅炉定期检验规则》第19条3和3（1）款的规定，以及在筒体变形部位增加了测厚检查、硬度HB检查和MT检查等项目。其中，对壁厚减薄较严重的鼓包头部进行了强度校核，基本能满足强度条件（参考）；对变形部位进行了硬度测试，并换算其抗拉强度，在变形高度较低且外凸较平缓时，变形部位与非变形部位抗拉强度σb实际下降最大只有3.4%，差距不大。这说明，变形部位受火后母材蠕变过热和材质劣化程度不突出。对变形部位进行MT检测，未发现裂纹和可记录的缺陷磁痕。

因此，对该锅炉变形部位予以保留，可不修理，监控运行。

该锅炉采用上述检验对策，科学全面地对锅筒变形部位进行监控，已安全运行至2010年3月底，即一个采暖期。

8、结论说明

在确定这台热水锅炉的检验结论时，笔者以《锅炉定期检验规则》为依据，本着“安全使用”、“合于使用”原则，增加了检验项目，使检验人员根据检验结果对锅筒变形部位有了进一步了解，在没有监控保留经历的情况下，坚定了信念，使得检验结论更加有效和具有说服力，让人放心。

9、建议

笔者根据多年对锅筒裂纹、管板裂纹、锅筒鼓包的挖补经历，建议检验机构在对锅壳式锅炉进行检验时，尤其是要对锅筒的前置或后置人孔必须开孔检查，严防锅筒内垢渣堆积造成锅筒变形鼓包。对使用单位应加强水质监测，监督其加强排污，正确排污，重点是碱洗除垢后的锅筒垢渣清理，防止锅筒变形事故发生。

参考资料：

1、《工业锅炉安全技术基础》

2、《工业锅炉损坏与修理》

3、《蒸汽锅炉安全技术监察规程》、《锅炉定期检验规则》。