熱水鍋爐低壓運行事故原因及改進措施

雷　泓　劉　麗　張勝利

摘要通過對熱水鍋爐事故的分析，闡述了發生爆管的原因。由于鍋爐在低壓運行下，受熱面管內產生過冷沸騰導致結垢，使得管壁超溫過熱、強度下降，最終導致破裂，并在此基礎上提出相應的改進措施。

關鍵詞熱水鍋爐；低壓運行；事故原因；改進措施

中圖分類號TK223.7文獻標識碼B文章編號 1007-5739(2009)01-0283-01

燃煤鍋爐由于污染大，而最終被燃氣等鍋爐所替代。但是在西吉縣由于受到自然、經濟等因素的影響，一些生活小區的集中供熱鍋爐房仍然是自然循環的熱水鍋爐，結構形式有單鍋筒縱置式、雙鍋筒縱置式和雙鍋筒橫置式幾種，燃燒設備多為鏈條爐排，設計煤種大多為各類煙煤，出力一般在0.7～7.0MW。但經運行過幾個采暖期后鍋爐受熱面管發生不同程度的變形、脹粗，甚至穿透性裂紋，嚴重者可導致爆管等水循環事故，影響了鍋爐的安全運行和正常供暖。為此，筆者通過典型檢驗事例從鍋爐的結構特點、運行條件等方面入手，著重分析熱水鍋爐水循環事故的原因，并提出改進措施。

1事故原因

1.1管壁結垢直接導致了水冷壁管的過熱損壞

(1)鍋爐受熱面金屬的溫度總是高于其中工質的溫度。當管壁受熱面較清潔時，由于熱量被水吸收而得到充分的冷卻，受熱面金屬的強度在安全工作的范圍內。但是，如果受熱面結了水垢，金屬的狀況就會向不安全變化。對于碳酸鹽水垢來說，它的熱阻是一般鋼的幾十倍。受熱面水垢的存在阻止了金屬熱量的釋放，直接引起管內壁熱儲量增加，導致管壁溫度增高。當管壁結1mm的水垢時，管壁溫度將升高100℃以上，而管壁溫度升高導致鋼材的強度下降。而從現場水冷壁的顏色判斷，損壞管處的壁溫確實曾經超過500℃以上。所以結垢使管壁超溫過熱，強度下降，最終導致破裂。

(2)水垢和鋼材的熱膨脹系數不同，導致垢層局部開裂或脫落。這使較低溫度的熱水與溫度相當高的管壁相接觸，引起管壁溫度的巨大變化，并使管內壁受到冷熱應變，產生巨大的應力，以致管子產生很多裂紋。

(3)管壁溫度升高，管子就會發生伸長，因而造成頂棚管和水冷壁管的凸出變形。

1.2低壓運行下，過冷沸騰導致水冷壁管結垢

(1)本爐為上鍋筒進水和出水，屬于自然循環的熱水鍋爐。自然循環的熱水鍋爐是靠上升管和下降管水溫不同而造成的重度差形成水循環動力。水循環安全可靠的必要條件是各回路和各回路的熱偏差管都處于穩定的循環狀態。而在熱水鍋爐的上升管中，當局部熱負荷較大或工作壓力較低時，在管內可能產生過冷沸騰。因為在壓力低的情況下，水的飽和溫度也降低。在發生過冷沸騰時，如果靠近管壁的過熱水層厚度不大，則在受熱面形成的氣泡可能直接與欠熱水接觸，此時的氣泡根部是蒸發過程，氣泡超過過熱水層是蒸汽冷凝過程。氣泡的蒸發和冷凝嚴重時可引起水擊，從而導致鍋爐部件的損壞。管內的過冷沸騰將直接導致在汽化點附近結垢加劇。因此，對于熱水鍋爐來說過冷沸騰是很危險的。而且熱水鍋爐不像蒸汽鍋爐那樣，受熱面的水是汽化蒸發狀態，熱水鍋爐的受熱面管子內不允許發生汽化，并且管內的水溫也不能過高。因此，受熱面管子不發生超溫、汽化或過冷沸騰是保證熱水鍋爐自然循環安全性的關鍵。另外，鍋爐右側水冷壁管水循環流量小(無引射管接入下降管)。在受熱面管的橫截面上，水溫分布是不同的，管壁處較管中心處水溫高，因此在某段管的橫截面上，當平均水溫尚未達到飽和溫度，而管內壁溫度卻超過了飽和溫度。兩者之差達到一定值時，在管內壁開始生成氣泡，發生汽化，當氣泡與欠熱水接觸時冷凝消失，發生過冷沸騰現象。過冷沸騰的產生直接導致管內壁汽水處的鹽類蒸濃結垢，垢層的持續增厚使熱阻不斷加大，管子的導熱性能下降，最終造成管壁超溫，出現過熱變形，以至發生爆管。

(2)發生過冷沸騰的一些影響因素。①實際工作壓力的影響。工作壓力低，相應的飽和溫度也低。同理，管內最小質量流速增大，發生過冷沸騰的危險性也加大。②過冷沸騰的發生位置。按照計算公式，在一定工作壓力下，與管內壁傳熱熱流密度q和管內流體平均水溫t成正比。因此，熱水鍋爐在熱流密度最大和管內水溫最高處最容易發生過冷沸騰。在事例中變形、爆管部位都處于熱流密度最大處，這些部位發生了過冷沸騰。③燃用煤種的影響。本爐使用大同混煤，與設計煤種相比耗煤量減少。為正常運行，增大鼓風量，爐膛總產熱量增加，爐膛溫度升高，同時增大總煙氣量。煙氣流速加快，傳熱熱流密度提高，管內流體溫度隨之升高。按經驗公式，管內最小質量流速增大，發生過冷沸騰的危險性也加大。

2改進措施

2.1提高熱水鍋爐循環回路的質量流速

鍋爐在低壓運行時容易發生過冷沸騰，它是受熱面管變形、過熱、爆管等水循環事故的根本原因。過冷沸騰容易發生在鍋爐管熱流密度最大及水溫最高處。避免發生過冷沸騰的根本辦法是將發生過冷沸騰部位的受熱面管的質量流速提高到一定值。可考慮在鍋筒進水管加引射管，將回水直接引入下降管(本臺鍋爐的進水管就沒有引射管)。或者是通過在下降管入口加裝噴射器，所謂噴射器是利用進入鍋筒的給水壓力與鍋筒內水壓之間的壓力差，以較高的速度流出，引射壓力較低的鍋水，增加進入下降管的水流量，達到提高循環水速的目的。

2.2加強水質監督

使用單位確實搞好水質監督工作，嚴格執行GB1576-2001《工業鍋爐水質》。

2.3提高鍋爐運行工作壓力

在允許的條件下，提高鍋爐的運行工作壓力。

3結語

目前一些設計、使用單位存在一些認識誤區，認為在選用鍋爐時，設計參數越大越好，設計壓力越高越好，其實不然。應根據鍋爐實際需要運行壓力選擇與之相匹配的鍋爐。為了減少對環境的污染，燃煤鍋爐必將被新型節能防污的燃氣等鍋爐所取代。

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