导读

船龄十年左右的XX轮燃油锅炉出现部分烟管锈穿漏水的问题，并且在烟管下部端部与底板连接处出现圆形焊缝裂纹。

我们经过现场排查得出的结论是：

这次问题是由于锅炉发生了烟管水侧腐蚀以及锅炉在燃烧运行中热应力的影响。

针对该轮锅炉腐蚀问题和出现裂纹现象，通过对该型号的锅炉进行检查，发现锅炉炉管腐蚀和热应力裂纹与船员的日常管理及维护保养方面的相关性进行了分析和阐述。

情况说明：

XX轮是一艘于2006年12月由日本造船厂建造的巴拿马型船舶，该船舶配备的是日本大阪锅炉工业生产的燃油和废气组合型锅炉。

图1  锅炉结构图

锅炉参数及信息说明：

（一）型号：OVS2-125/95-25     

（二）最大工作压力：7.0 bar    

（三）常用压力：6.0bar  

 (四)蒸发量：

1575kg/h(废气侧) 

1250kg/h (燃油侧)

（五）锅炉结构：

1、锅炉为立式烟管锅炉。

2、废气侧(废气炉)和燃油侧(辅锅炉)共用一个立式筒体作为水腔，燃烧室设计也为立式的。

3、该型号锅炉为全焊接型。

4、辅锅炉为压力喷射式。

5、辅锅炉侧的主要换热件和废气炉侧换热件为烟管。

6、在组合锅炉的燃油侧和废气侧都设计有人孔和手孔，可以方便检修。

7、锅炉烟管采用中低压无缝锅炉管，没有进行额外的机加工，烟管垂直布置，管子两端经过胀管后在烟面焊接在上下管板上。

图2 锅炉烟管低端端部裂纹

一．问题发现

2023年9月25日该船舶抵达巴西锚地待泊，于26日报告称该船舶热水井补水量增加。

该船舶在上个航次曾发生过燃油锅炉漏水，当时该船舶船员进行了以下临时性修理：

（一）切断电源

停炉，切断电源，移开燃烧器。

（二）检查试漏

废气锅炉打开烟侧清洁道门，检查泄漏从哪个区域的管群。

未发现废气锅炉漏水，辅锅炉燃烧室漏水呈水雾状漏水12处，其中3处呈线性漏水。

喷出并做好记号，以缩小范围，进一步试漏。

（三）检查破损

将蒸汽及炉水放空，待锅炉温度下降后，以塞子塞住可疑管之下端，从炉管上端注水至管内水位与管板齐平，如发现个别炉管内水位有下降迹象即表示该炉管有破损。

（四）检查清理

清洁破漏炉管两端内部。

锅炉水侧检查炉管表面中部发现轻微水垢，根部结垢较严重，根部表面以及下管板表面发现腐蚀凹坑，而管子其他部位只是轻微的一层浮锈。

蒸汽侧表面锈蚀较严重。

二．船舶燃油锅炉漏水修理

（一）对于燃烧室锅炉烟管端部进行打磨清洁

对于燃烧室锅炉烟管端部进行打磨清洁，可以清晰的观察到裂纹。

然后对环焊缝裂纹进行挖槽处理，挖到裂纹根部，进行打磨成半圆弧凹槽补焊，（圆弧形凹槽可以释放裂纹端的应力集中）等措施以防裂纹处进一步延伸。

有可能因受水分侵蚀烟管下部焊缝变薄加强补焊加固。

图3 裂纹挖槽处理

图4 挖槽处堆焊

图5 裂纹较深，管子穿孔采用钢锥封堵

图6 裂缝挖槽堆焊后效果

（二）对于裂纹已经延伸烟管内部无法进行烧焊的采用堵塞封堵措施

用钢塞堵漏并打紧后，将塞子与炉管之接缝以电焊密封。

若备用钢塞不够，可切割钢板电焊堵漏，钢板厚度不小于管板厚度。

破漏炉管之相邻炉管极有可能因受水分侵蚀而管壁变薄，若有怀疑要全部予以堵漏。

不确定炉管破漏而予以堵漏时，应将该炉管开孔，以避免管内受热膨胀将钢塞冲开。

（三）对燃烧器、雾化片、布风机部分进行喷油器检修

检修中发现大部分对于燃烧器部分进行喷油器进行拆检，雾化片研磨，布风器进行清洁调整。

减少因燃烧不良形成的局部高温产生较大的热应力。

（四）对锅炉补水等处理

锅炉补水使用造水机用水，减少盐度硬度影响，立刻按要求进行化学品使用药物处理。

（五）调整热水井供水温度

提高热水井供水温度至85°C以上。

以免低温度的水进入锅炉与锅炉中水温差较大。

三．分析报告

（一）锅炉焊缝裂纹原因

1、材料中金元素和硫磷含量越高，产生裂纹的倾向性越大，且产生微小裂纹后由于热应力作用下逐渐扩大延伸。

2、低温或有风的情况下焊接，冷却过快也容易产生裂纹，此前锅炉已有多处补焊，因时间较长未查阅到焊补时记录。

3、金属疲劳且长期处于工作运行状态，导致裂纹产生。

点炉扫风温度与烟管的温度差产生热应力都可能使其产生裂纹。本条原因可能性最大。

4、焊缝未焊透融合，焊缝金属与母材违背熔化留下缝隙以及为融合而形成的焊缝区域都可能产生焊缝裂纹。

由于无法充分了解前期焊接操作者的焊接技术和工艺，不能确定是否由于此因素所致。

5、停炉后未按正确的程序点炉升压，局部温度上升较快，烟管或者底部炉板膨胀产生热应力使得锅炉最有可能产生裂纹。

6、热水井温度过低，给水温度与锅炉烟管温度差大，这也是产生炉管裂纹的原因。

经询问调查，前期热水井温度一直在40--50°C。

7、炉管腐蚀严重再加上工作中不可避免地热应力也会产生裂纹甚至锅炉烟管大面积破裂现象。存在相应的安全隐患。

（二）锅炉的腐蚀问题

锅炉腐蚀种类：

酸性腐蚀，碱性腐蚀，缝隙腐蚀。

1、酸腐蚀

当炉水中氯化镁MgCI₂含量较高时，在高温的作用下，会发生水解反应而生成盐酸。

盐酸是一种强酸，它能破坏金属表面的氧化膜，又能腐蚀钢铁。

在炉水pH值较低的情况下，腐蚀产物(铁的氯化物)又可能与氢氧化镁Mg(OH)₂作用而生成新的氯化镁。

新生成的氯化镁在适宜的条件下则又可能水解成盐酸，如此周而复始，使钢铁不断遭到酸腐蚀而被损坏。

炉内酸腐蚀特点：

锅炉内酸腐蚀多发生在水冷壁管上，其特征是：

在水冷壁管皿状蚀坑上，有较硬的Fe₃O₄突起物，呈现层状结构，在附着物和金属交接处有明显的蚀坑，腐蚀部位金相组织发生变化，有明显的脱碳现象。

2、炉内碱腐蚀

在正常情况下，炉水PH值一般在9 -11之间时，炉内发生碱腐蚀的特征是：

炉内碱腐蚀多发生在锅炉水冷壁管的向火侧，热负荷较高或水循环不良的部位和倾斜管上；多孔沉积物下，和管壁与焊接的细小间隙处。

碱腐蚀一般具有局部性的特征：

腐蚀部位呈小沟槽或不规则的溃疡型，上附有腐蚀产物。

腐蚀部位金属的机械性能和金相组织一般没有变化，金属仍保留它的延性。

3、缝隙腐蚀

缝隙也是氧腐蚀的一种形式。

它是由于狭缝或间隙的存在，在狭缝内或近旁发生的腐蚀。

发生缝隙腐蚀的缝隙必须宽到腐蚀溶液能够进入，但又必须窄到能维持溶液静滞。

缝隙腐蚀通常发生在金属表面与垫片、垫圈、衬板、表面沉积物等接触的地方以及搭接缝、金属重叠处等地方。

一般认为缝隙腐蚀是：

腐蚀穿透为止，所以锅炉水腔要每半年打开一次检查状况，发现有锈包一定要清除干净，露出金属为止，这样在药液的作用下，腐蚀才会停止，为此需要根据投药量定期进行上、下排污操作，排掉下部的污泥和上部的浮渣，浮渣浓度太大也会覆盖并粘帖在管子上部，影响管子的传热容易形成腐蚀。

 

（三）其他可能的原因：

     锅炉出厂时直接在水腔内加入了防锈粉末，防锈粉末是一种白色物质，在锅炉内挥发后产生含气态氨，如有水分存在将溶解在水中形成弱碱性的氨水，能阻止锈蚀产生，但是锅炉出厂时又没做过煮炉和钝化的程序不得而知，锅炉厂一般不提供化学品和技术支持，在首次运行时，只是投药和加水，因此有可能交给船东时存在先天不足现象。

    船东接过船舶时并没有检查锅炉水腔内部状况便直接使用，如果水腔内存在垃圾、污泥等物质覆盖在下管板和炉管根部区域，这些物质将阻碍热的传导，使管板和根部炉管温度升高，金属晶体发生变化，更容易造成管板和炉管根部的腐蚀，一旦发生腐蚀，腐蚀产物覆盖在金属表面就会形成炉管局部水垢下腐蚀。

如果不及时清除这些锈，判断锅炉是否发生了氧腐蚀的依据是锅炉水腔内的腐蚀凹坑，类似溃疡状或者小孔状局部腐蚀，其腐蚀产物表面颜色为黄褐色、黑色、砖红色不等，次层是黑色粉末，对金属强度破坏严重，腐蚀产物一般覆盖在金属表面，而腐蚀产物下的腐蚀仍然在继续，当腐蚀产物脱落后，腐蚀表面呈不规则形状，并出现深浅不一的凹坑。

锅炉水侧氧腐蚀的特征：

    钢铁表面形成许多小型鼓泡，其直径1-30mm不等；鼓泡是钢铁腐蚀的产物，其表面的颜色由黄褐色到砖红色不等，但就整个腐蚀产物大致可分为三层。

    其中，最外层是三价铁的水合氧化物，成分为Fe₂O₃-nH20,最内层为二价铁的水合氧化物，呈黑色，即FeO-nH20,中间层为粉末状的黑褐色水合氧化物，成为Fe₃O₄-nH20,也可看出中间层为粉末状的黑褐色水合氧化物，成为Fe₃O₄-nH20,也可看成FeO和Fe₂O₃结合产物；所有铁腐蚀的产物结构都比较疏松。

    且氧和铁的结合量自外层到内层逐渐减少， 当腐蚀产物除掉之后，便会出现因腐蚀而造成的蚀坑。

   坑底钢铁为阳极，在电化学的过程中，坑底底部的钢铁放出电子，并由钢铁本身传递到蚀坑上部周围处(阴极), 在阴极处的水中溶解氧获得电子后起阴极还原反应，但阴极处钢铁不受腐蚀。

    此时水中的阴离子(例：C1-、OH-)向坑底迁移，而二价铁的亚铁离子则向上迁移，为此连续不断地构成电流回路、腐蚀不止，造成腐蚀坑向纵深发展，直至穿孔，虽然由氧腐蚀损耗的钢铁总量不大，但由于集中于局部，特别是大面积的溃疡腐蚀，对锅炉的强度危害很大以致使锅炉报废，或更换受热面管。

    锅炉水腔中的水温分布情况是从下往上是递增的，靠近下管板处的水温较低，所含的氧气浓度会稍高一些，这一区域的腐蚀也会更严重一些，这些由于氧腐蚀形成的凹坑严重发展就会造成管壁的穿孔以及下管板的严重腐蚀，如果废气锅炉穿孔的炉管数量较多，达到15%以上时，因为封堵炉管造成了主机废气通道有效面积的缩小，会造成主机透平效率下降、喘振等进而造成主机整机排烟温度升高，烧损排气阀和主机活塞头、扫气箱着火等一系列严重后果，甚至造成船舶停航修理而发生很高的修理费用以及严重的营运直接和间接损失。

    补给水中所含的氧气是造成氧腐蚀的主要原因。锅炉给水中的溶解氧基本上是饱和的，如果给水除氧不力，在中性或碱性。

    综上所述，该轮锅炉燃烧室端炉管裂纹和水腔的腐蚀可以说是多种因素共同作用导致的，需要引起重视，下面就从各方面来探讨如何防止出现这种现象。

四．维护管理的注意事项

这件事的解决，作为管理人员深有感触：

总结经验、加强正规管理是保证设备正常运转的前提。

设备在船厂的维护和船员的日常管理都非常重要。

对于该轮锅炉的腐蚀损伤，设备厂家维护和船员日常维护两方面都有一定的责任。

作为该船舶的管理人员，对于船员在日常的维护中的问题进行了初步分析与反思。

例如：

船员在排污操作上的疏忽，致使锅炉下管板有铁锈和垃圾(处理后的污泥)沉积，对锅炉的腐蚀损失确有一定影响。

今后需要对船员加大培训力度，避免其他船舶出现类似的现象。

因此船用锅炉要维持长时间的无故障运转，需注意以下几点：

（一）严把出厂关：

厂家应加强锅炉在厂内时对锅炉的维护意识，需要做到以下几点：

1、尽可能人工清除锅炉内部油污

人工清理能够更好地清理锅炉，且减少对锅炉本身在清洁时受到的伤害，延长锅炉使用寿命。

2、确保无清洁工具遗留在锅炉内

避免因将工具遗留在锅炉内，从而使工具对锅炉造成一些不必要的磨损与破坏。

3、按照要求严格把控锅炉出厂标准

通过对使用时的必要的标准的把控来做到基本的维护工作。

在此列举出以下几个方面的标准示例：

（1）按照锅炉系统水容量及投药比例，计算所需LAC和LIQUID COAGULANT数量，添加进热水井中，同时添加2/3数量的LAC和LIQUID COAGULANT (剩余的1/3将在每次排污后添加)加炉水到正常水位，缓慢提升压力到7公斤。

（2）在压力达到7公斤时，每2小时进行下排污一次，排除悬渣，每4小时上排污一次，排除固体杂质颗粒。

（3）整个煮炉过程需要12小时。

即下排污6次，上排污3次。每次排污后，加炉水，同时提升压力到7公斤。

煮炉12小时后，让锅炉自然冷却。当温度降到65度时，排净炉水。

4、注重钝化这种对锅炉起到保护作用的方法

钝化的目的：

在水侧表面形成一层惰性保护膜，以阻止炉水中的有害性成分同更深层的金属发生反应，起到保护锅炉的作用，保护膜的形成可以通过不同的方法获得。

程序如下：

（1）加炉水到最高安全水位。

（2）隔离蒸汽管路。

（3）从汽鼓加入AMERZINE,或通过专门添加处理剂的旁通罐加入。

（4）锅炉点火到正常工作压力的一半。

（5）间歇性点火保持此状态8-12小时。

（6）通过排污，使炉水降到正常水位，钝化完成。

此时的锅炉可以添加处理剂并投入正常运行。

（二）盯住管理关：

在做好使用规范的同时，管理人员对器械使用的管理方面同样重要。

管理人员需从以下几点做好管理：

1、注意水氧含量和热水井温度

    降低给水氧含量降低氧腐蚀,保持热水井的高温度。

     船用锅炉结构设计较简单，没有专门的除氧设施，而且大多都是敞开式的给水柜(热水井) ,很容易混入氧气，为此锅炉说明书中要求保持热水井85-90℃，这样可以保持给水中较低的氧含量，但是由于热水井本身没有保温设施，冬季、夏季机舱内温度变化很大，冬季时很难保持高温，由于外界温度低回水温度即使不冷却也达不到85度，而且仅靠减少回水冷却器(condenser一康定生)冷却海水的流量来调节回水温度会导致康定生热交换管海水侧严重结垢，严重时管路堵塞清通非常困难。

    因此部分厂家设计了热水井的自动加温装置，利用蒸汽喷射入热水井保持高温除氧的有效性。

图7 示意图

   给水中添加除氧剂的方法除氧。

   锅炉给水的除氧剂常用的有亚硫酸钠(Na₂SO₃)联氨(N₂H₄)等。

    Unitor的产品中Liquitreat是一种常用的炉水处理剂，Liquitreat中除氧剂主要成份为亚硫酸钠，该成份为传统除氧剂，能快速和氧发生反应生成硫酸钠从而达到除氧目的，但是为了保证浓度需要经常添加。

   该除氧成份没有钝化功能，不能挥发到蒸汽管路中从而形成保护，硫酸钠会增加电导率，所以要求船员必须严格按照排污程序每天进行锅炉排污从而减少水垢和腐蚀的产生。

1、控制好锅炉的给水盐度与硬度

给水盐度需小于5ppm,从源头上减少水的硬度和结垢的风险。

可以通过投药来进行，需要注意的是尽管化学品可以疏松钙镁盐类，减少水垢在水管表面的形成，我们还是需要通过排污的方式来去除钙镁盐类。

对炉水盐度含量要求越低越好以此来减少腐蚀，保证蒸汽品质。所以要求一定做好日常的排污和给水水质控制。

最好使用船上造水机造的水。(一般盐度为2 ppm)

2、控制好炉水的碱度

要求控制酚酞碱度150-300ppm ,PH值要求9.5-11.5,在此碱性条件下，能很好的防止酸性腐蚀对锅炉的影响。

3、冷凝水质量的控制

为了对蒸汽侧和冷凝管路也能得到保护而不受腐蚀，我们要求冷水的PH值呈弱碱性， PH值要求控制在8.3-9.2之间。

这个我们可以通过化学品的投放得以实现。

运行检查锅炉每运行半年需要打开水腔进行检查是否有水垢沉积或者管路和管栏一的腐蚀现象。

4、严格管理避免氧腐蚀的发生

    锅炉停用时发生的氧腐蚀，通常是整个水汽系统中，特别容易发生在积水不易放干的部分，这与锅炉运行时发生的氧腐蚀常常局限在某一部位是不同的，锅炉短期停用时按照要求使用湿保养方法；长期停用时要使用干保养，彻底除去锅炉内水分，并添加防锈粉末防止腐蚀发生。

    结论综上所述，设备的维护要从源头上把关，而且后天的保养也是不容忽视的，无论是在设备制造和日常管理中，注意每个细节，设备厂家严格按照施工规范施使用者严格按照设备厂和化学品厂产品说明书的要求进行维护和保养，给设备一个良好的运行环境，以充分延长设备的无故障运行期，这是每一个管理人员的责任。

原创作者系：华星轮轮机长    郑  洁