一台DZH型锅炉锅筒底部环向裂纹的成因分析

苏振，张继周

（河南省锅炉压力容器安全检测研究院安阳分院，河南安阳 455000）

一台DZH型锅炉锅筒底部环向裂纹的成因分析

苏振，张继周

（河南省锅炉压力容器安全检测研究院安阳分院，河南安阳 455000）

通过对锅筒材料化学成分、裂纹的形态、设备使用条件的分析，找出了环向裂纹产生的原因，并给出了合理化建议。

锅筒底部；环向裂纹；排污导铁；成因分析

1 概况

安阳市某食品加工厂一台DZH1-0.7-AⅡ（锅炉类型为单锅筒纵置式活动炉排，额定蒸发量为1.0t/h，额定工作压力为0.7MPa，燃烧方式为Ⅱ类烟煤）型锅炉，投用9个月后发现锅筒底部渗漏，被迫停炉检修。

该炉由某B级锅炉制造厂2013年5月制造，产品质量证明书、竣工图及监督检验证书等技术资料齐全，锅炉安装验收资料齐全。

锅炉于2013年7月投用后，于2013年11月发现全自动水处理设备失效，用户自行停炉检查发现锅内有2～3mm水垢，随即对锅炉进行酸洗，并停用水处理设备，改为炉内加药法处理锅炉用水。该厂地处农村，无自来水，锅炉用水为自备井水，泥沙含量、硬度偏高。由于生产规模不大，锅炉白天使用，夜里压火，使用压力在0.2 MPa～0.4 MPa。

2 检验情况

查阅锅炉产品质量证明书，该炉锅筒材料为Q245R，取用壁厚δ=10mm。

从炉膛检查，渗透处位于锅筒正底部，裂纹长约24mm，距前管板与筒体环焊缝约760mm，方向为环向（与筒体轴线垂直）。从锅筒内部看，泄露处被锅筒底部排污导铁覆盖。排污导铁周围及两侧集箱内有少量泥垢，锅内基本无水垢。去除排污导铁进一步检查发现，泄漏部位裂纹长约40mm，在该裂纹向后约600mm被排污导铁覆盖的区域内，还有17条间距不等的裂纹，裂纹长度3mm～45mm不等，裂纹走向与泄漏处裂纹平行，均为环向裂纹。裂纹形貌如图1所示。

表1给出了其中7条较长的裂纹位置及尺寸。

表1 锅筒底部裂纹位置及尺寸

对锅筒及裂纹区域进行超声波壁厚测量，其厚度值在9.9mm～10.1mm之间，与质量证明书提供的数据相符，未见明显减薄。锅筒底部受火面经磁粉检测，未发现陷磁痕显示，锅筒底部也未发现鼓包及其他过热迹象。

3 原因分析

对裂纹部位材料取样化验，其化学成分如表2所示，与质量证明书提供的Q245R材质[1]相符。

表2 锅筒材料化学成分表

从裂纹的形貌及走向看，裂纹几乎垂直于锅筒轴线。就锅筒的受力而言，我们知道，在外力的作用下，壳体内的环向应力是轴向应力的2倍。如果运行中超压导致材料强度不足，则裂纹的走向应大致与锅筒轴向平行。了解该厂的生产工艺知道，其最高使用压力不超过0.4MPa。因此排除了超压运行导致裂纹的可能性。

如果是由于水垢覆盖致使传热不良、材料过热形成的裂纹，裂纹起源应位于向火面（火侧），并通常伴有鼓包、材料劣化等现象。就裂纹形貌及分布而言，泄漏处裂纹在水侧长度为40mm、火侧为24mm，且其余裂纹均分布于锅筒水侧（内表面）而非向火面，说明裂纹首先在水侧形成。所以，裂纹不是由于水垢引起的过热裂纹。

由于锅炉用水为井水，且采用锅内加药法软化锅水，使锅筒内部泥污较多，泥污很容易堵塞排污导铁与锅筒之间的间隙及开在排污导铁上的导流孔。随着锅炉的运行，排污导铁覆盖的空间由于得不到锅水的及时补充及冷却，就形成了“汽空间”。但是由于泥污是松软的，上述“汽空间”内的蒸汽随着温度升高、压力的增大会穿过泥污进入锅水。当负荷变化时，锅水也会从排污导铁上的小孔补充进入“汽空间”，达到新的平衡。由于锅炉用水由锅外处理改成了锅内加药软化处理，司炉人员自然就加大了排污量和排污频次。司炉工在排污操作时，如果排污速度过快，就会造成上述“汽空间”的锅筒底部局部缺水过热，且压力急剧降低，排污导铁外侧的锅水就会穿过导流孔喷入，使该区域内的锅壳突然冷却，如此周而复始，就形成了裂纹。进一步了解该食品厂的生产工艺知道，由于生产用汽量不大，锅炉压力达到0.4MPa后便停下来，待压力低于0.2MPa时再重新运行，也即处于间隙升压降压的使用模式。

就锅筒材料而言，Q245R在较高温度时其中的奥氏体形成粗大的晶粒，粗大的奥氏体晶粒在较快的冷却速度下形成一种特殊的过热组织——魏氏组织，其组织特征为在一个粗大的奥氏体晶粒内会形成许多平行的铁素体(渗碳体)针片，它对基体具有分割作用，使钢的强度降低而脆性上升，并造成材料开裂[2]。

综上所述，锅筒底部受热后在高温下得到锅水的迅速冷却是形成裂纹的根源，锅炉运行中的间隙升压降压过程加快了裂纹扩展的速率。

4 结束语

1)锅炉设计制造单位应综合考虑用户使用锅炉的复杂情况，特别是蒸发量不大于2 t/h、允许使用锅内加药进行水处理的锅炉，在结构设计上应进行必要的改进，如在锅筒底部受火面敷设耐火材料，避免锅筒底部直接受火焰加热；或增加排污导铁上的开孔数及开孔尺寸，确保锅筒底部的污垢能够顺畅、有效的排出锅外。

2)锅炉用水源必须符合GB/T 1576-2008《工业锅炉水质》[3]的相应要求。当采用井水或坑、塘、河、渠水源时，应设置沉淀池，使其中的泥沙等杂质得到充分的沉淀和过滤。

3)排污应严格按照操作规程操作，做到勤排、少排、均衡排，且不可单一位置长时间排污。

4)排污应尽量在低负荷时进行，条件许可时可以采取压火的方式，使炉膛温度降到足够低时再排污，避免排污时导致受压元件局部过热而损害受压元件。

[1]国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.锅炉和压力容器用钢板：GB 713-2008[S].北京：中国标准出版社，2008.

[2]黄振东.钢铁金相图谱[M].北京：中国科技文化出版社，2005.

[3]国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.工业锅炉水质：GB/T 1576-2008[S].北京：中国标准出版社，2009.

The Causes of Circular Crack of the Bottom of DZH Boiler Barrel Analysis

SU Zhen,ZHANG Jizhou
（Anyang Branch of Henan Province lnstitute of Boiler and Pressure Vessel Safery Testing,Anyang 455000,China）

This article finds out the causes of the cracks,and presents a rationalization through to the drum mate⁃rial chemical composition,morphology of crack,equipment conditions of use of analysis。

at the bottom of the drum；ring to crack；drainage guide rail；cause analysis

TK228

A

1673-2928（2015）06-0007-02

（责任编辑：王彦永）

2015-08-08

苏振（1986-），男，河南省安阳人，河南省锅炉压力容器安全检测研究院助理工程师。