浅谈快装锅炉锅筒鼓包变形的原因及处理

李君

0.概述

在对我县一台KZG1-0.7型锅炉进行定期检验时，发现锅筒底部有一凸出鼓包。鼓包位于燃烧室隔烟墙上方，鼓包变形是沿锅筒的纵向，呈明显的丘形鼓包。鼓包凸出高度约45毫米，进入锅筒内检查，锅筒底部内壁沉积泥渣，结生水垢，鼓包变形部位水垢显白黄色，水垢厚6-8毫米，比较坚硬。

快装锅炉的锅筒底部位于燃烧室内，直接受高温火焰辐射，烟气冲刷，当其壁温超过金属强度允许的温度范围时，金属强度就会下降，工作应力就可能超过金属的屈服极限，使金属壁发生塑性屈服，进而改变锅筒的几何形状，出现宏观可见的凸出变形，这种现象就称为鼓包变形。

1.鼓包变形的原因分析

鼓包变形的根本原因是锅内严重结垢，受压元件（锅筒）没有得到良好的冷却，致使金属壁温过高。

锅筒钢材为20号碳钢，对于碳钢，工作温度在400℃以下被认为是安全的，火侧表面金属壁温最高不超过450℃，当壁温超过就有变形损坏的危险。其原因：

第一，温度升高超过设计规定值时，金属的强度下降，在高温下金属已不具有原来的强度。碳钢在高温条件下，强度下降的幅度是很大的，此时如果工作压力不变，即使材料内部仍保持原来的应力水平，受压元件必然发生塑性变形直到破坏。

第二，对于碳钢，当壁温大于400℃时，金属内部将发生晶粒滑移，形成明显的蠕变。所谓蠕变就是指金属受高温和不变应力的共同作用下，不断发生塑性变形的现象。当温度高达700-900℃时，金属加速蠕变的全过程也只有几分钟的时间就使受压元件立刻损坏。

第三，在高温下，碳钢组织中的珠光体球化，而使材料失去抵抗外力的能力。

锅筒底部沉积泥渣，结生水垢其主要是使用单位存在着对锅炉管理不善的问题，给水不经处理，锅水不进行监督，又不进行定期检修和清洗水垢，而使锅筒金属壁温过高，直至过热产生鼓包变形。

2.鼓包变形的处理方法

鼓包变形一般可分严重的鼓包变形和不严重的鼓包变形、轻微的鼓包变形三种。

（1）严重鼓包变形部应采取挖补的处理方法，严重鼓包变形指的是：①鼓包变形深度（或高度）﹥35毫米。②深度虽小于35毫米，但鼓包变形已产生裂纹。③管板平面的凸凹部分超过原平面25毫米。④金属出现过烧现象。

以上四条情况之一者，都必须通过挖补的方法来处理修复。

根据对我县这台KZG1-0.7型锅炉底部出现的鼓包变形缺陷，要求其清除锅内水垢采用挖补的方法按以下工艺要求进行挖补修复。

第一，挖补所用的材料（包括焊接材料）应满足锅炉原设计要求，使补板和原主板的材质一致。

第二，补板的下料应根据现场实测，并事先做出样板。在周边要消除尖角（避免焊接时应力集中），边角部位要制成曲率半径R≥100毫米的圆角。

第三，锅壳的补板无论长度a和宽度b均不得小于250毫米。因为补板过小，周围钢板对它的拘束变大，焊接时产生的残余应力与补板的面积大小成反比，补板的面积小，相对刚度就大，焊后残存的金属内部的应力就大。

第四，补板与主板间的拼缝间隙C≯2毫米。

第五，应按《锅炉受压元件焊接技术条件》施焊。

第六，焊后应对焊接接头进行局部热处理，减少或消除焊接的残余应力。

局部热处理可采用乙炔火焰均匀加热焊接接头，加热至600-650℃，用石棉灰保温冷却至常温。

（2）在检验中，如发现锅筒底部鼓包变形为下列情况之一者，属不严重鼓包变形。则处理方法可采用加热顶回法。

①凹陷深度和凸起高度<35毫米。②鼓包变形处无裂纹。③剩余的主板厚仍能保证原板厚的80%以上（可用超声波测厚仪测得壁厚）。④无过烧现象。

（3）轻微鼓包变形可暂时不修，待停炉检修时再处理，但是要注意观察变形鼓包的变化情况。

鼓包变形为下列情况之一者属轻微鼓包变形。

①变形的深度（或高度）1.5%dw；在外向火侧，变形深度<2%dw。

②最大变形尺寸（凸出高度）<15毫米。

③变形面积在100X100毫米以内。

④变形及其附近区域无裂纹，过烧等异常现象。

3.预防措施

（1）做好锅炉水质处理工作，方法可采用炉外软化处理，炉内加药处理，以使锅炉用水达到国家要求，保证锅炉安全经济运行。

（2）加强锅炉运行管理，坚持定期排污，及时清除锅炉内的沉渣。

4.修复后检验

4.1外观检查

①变形修复的边缘与原壳体圆滑过渡，不得有棱角，尽量保证补板的曲率与原锅壳的曲率相吻合。

②修后的边缘偏差不得超过2毫米。

③经校正后的锅壳，其允许存在的变形不得超过0.3dh，且最大不得超过±6毫米。

④被加工表面凸凹、疤痕等缺陷，其深度≤1mm时，可将其磨光，并平滑过渡，其深度﹥1毫米应补焊磨平。

4.2焊缝检验

挖补后对焊接进行100%射线探伤。按照GB3323-82标准，符合二级要求。

4.3水压试验

水压试验按《锅炉水压试验技术条件》和《蒸汽锅炉安全技术监察规程》进行。

锅筒是一个具有很大汽水容积的受压元件，在锅炉发生故障中，受压元件潜藏爆炸隐患的故障最严重，最危险。因而锅炉运行应采取预防，防止锅炉锅筒底部受火侧产生鼓包变形，通过定期检验，及时发生锅筒鼓包变形，通过定期检验，及时发现锅筒鼓包变形缺陷，采取正确的处理修复方法，确保锅炉安全运行，是十分重要的。