工業鍋爐管板焊縫泄漏的原因分析及改進措施

王雄飛

【摘 要】在對本廠一臺DZL4-1.25-AⅡ3鍋爐進行內部檢驗時，發現鍋爐管板與煙管連接焊縫因鍋爐缺水造成泄漏事故，本文針對此事故原因進行分析，提出了相應的改進措施。

【關鍵詞】鍋爐；管板焊縫；缺水；泄漏；預防措施

【中圖分類號】 TK22【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0188-02

本廠一臺DZL4-1.25-AⅡ3鍋爐，現已使用13年，根據《鍋爐定期檢驗規則》要求，鍋爐壓力容器檢驗檢測人員在對該設備進行內部檢驗時，發現該鍋爐管板與煙管連接焊縫有泄漏痕跡。經過進一步檢驗，發現該鍋爐高低水位報警及低水位聯鎖保護裝置失效；鍋爐煙管彎曲變形；鍋爐左側爐墻變形外拱，后煙室爐墻開裂，裂縫寬達20mm。針對這種現象本文進行了原因分析，并提出相應的改進措施，以防日后發生更嚴重的安全事故，給員工生命安全和工廠經濟造成損失。

1 鍋爐管板焊縫缺陷原因分析：

1）根據現場調查，造成該鍋爐管板與煙管連接焊縫泄漏缺陷的主要原因是本廠司爐人員未按操作規程要求觀察水位表，沒有及時發現鍋爐缺水。由于熱脹冷縮，當溫度升高時，物體的長度就會伸長，體積就會增大；反之，當溫度降低時，物體的長度就會縮短，體積就會縮小。物體因溫度升高而引起的長度伸長，稱為線膨脹（圖1）。而引起體積增大稱為體膨脹。固體的膨脹既是線膨脹又是體膨脹，液體和汽體的膨脹僅是體膨脹。

DZL4-13一AIII鍋爐管板受熱膨脹量計算。該爐鍋筒長4160mm，外徑1500mm，壁厚16mm，由20℃冷爐生火到1.27MPa壓力時，鍋筒壁溫升至193℃，管板受熱運行后的伸長量為？L=？L0（t2-t1）=1.05×10-5×1.5×（193—20）

=0.00272m=2.72mm

當鍋爐缺水時管板壁溫更高，此時的管板的伸長量也更大，同時煙管也受熱伸長，在這種情況下司爐人員未緩慢冷卻鍋爐或立即停爐而直接補充冷水，使鍋爐快速冷卻，必將造成過熱的管板與煙管連接焊縫因急劇收縮開裂而泄漏。爐膛溫度一般為1000℃多度，缺水嚴重時，管板壁溫繼續升高，當壁溫超過350℃時，管板鋼材會發生蠕變現象，使鋼材強度降低，當鍋內壓力大于鍋爐受壓元件所能承受的壓力時造成鍋爐破壞和爆炸事故。這是鍋爐管板與煙管連接焊縫產生裂紋泄漏事故的重要原因；

2）司爐人員缺乏責任心，操作鍋爐時注意力不集中，疏忽大意，不精心監視水位，安全意思淡薄，且司爐人員操作水平低，當發現鍋爐缺水時操作不當，未按操作規程要求立即停爐并進行“叫水”操作，檢查鍋爐缺水情況而直接補充冷水，使鍋爐快速冷卻，這是鍋爐管板與煙管連接焊縫產生裂紋泄漏事故的主要原因；

3）高低水位報警及低水位聯鎖保護裝置失效，不能及時提醒司爐人員補充鍋水，同時當鍋爐水位在最低水位時未切斷鍋爐的鼓風機和引風機電源，停止鍋爐燃燒，造成鍋爐干燒缺水；

4）給水自動調節器失效，當鍋爐水位少于低水位時，無法自動補充鍋爐給水，保證鍋爐在正常水位下運行；

5）水位表模糊，水位表汽水連通管堵塞、水位表各個旋塞損壞造成假水位，使操作人員判斷水位失誤；

6）鍋爐排污管道、排污閥泄漏，在排污操作時，未及時關閉、關嚴排污閥。

7）金屬疲勞作用。金屬在承受大小和方向都隨時間發生周期性變化的交變載荷作用下，盡管載荷所產生的應力不大，低于材料的屈服極限，但長期受這種載荷的作用，往往會在它的表面、晶界及非金屬夾雜物等處產生不均勻的滑移而引起裂紋，這就是金屬疲勞。而疲勞裂紋的核心常常產生在幾何形狀不連續處等應力集中部位。

這次出現泄漏事故的鍋爐管板與煙管連接焊縫就符合這種應力集中部位的特征，且該臺鍋爐使用至今已有13年，管板處的角焊縫長期承受水位波動、壓力波動、溫度變化和周期性的外載荷所引起的反復作用的載荷，再加上管板處的應力集中比較嚴重，因而容易產生疲勞裂紋核心。

此時，如果疊加出現上述的人為失誤，就會加速焊縫裂紋的產生，從而出現類似的事故發生。

2 改進措施

為防止鍋爐管板與煙管連接焊縫因鍋爐缺水造成的泄漏事故的發生，可以采取以下措施：

l）經常對操作人員進行安全教育和技術培訓，提高司爐工的安全意識及責任心和司爐操作水平，嚴格操作規程，加強鍋爐的巡回檢查，杜絕疲勞操作。

2）當發現鍋爐缺水時，應先立即暫時停爐并進行“叫水”操作，判斷鍋爐缺水程度，然后針對鍋爐缺水情況進行處理。“叫水”操作只適用于鍋爐水位表的通水孔高于鍋爐受熱面最高火界和水容量較大的鍋爐。

“叫水”操作方法和原理：先開啟水位表的放水旋塞，后關閉水位表的汽旋塞，再關閉水位表的放水旋塞，一開一關重復幾次，此時注意水位表內是否出現了水位，最后開啟汽旋塞，關閉放水旋塞。“叫水”操作的原理是，先開啟水位表的放水旋塞目的是為了沖洗水位表，關閉水位表的汽旋塞時，使水位表與鍋爐的汽連通管切斷，此時水位表的水旋塞并沒有關閉，與鍋爐的水連通管暢通，當再打開放水旋塞時，水位表與大氣相通，水位表內的壓力很快下降。當關閉放水旋塞的瞬時，水位表內的壓力與鍋爐內的壓力不平衡，就會發生自動平衡現象，同時水位表內得到冷卻，蒸汽發生凝結，造成“真空”現象。此時，如果鍋爐內的水位在水位表水連通管口附近時，會把水帶入水位表，說明鍋爐內缺水程度并不十分嚴重。如果鍋爐內的水位在水位表水連通管口以下時，不可能把水帶入水位表，說明鍋爐內缺水程度比較嚴重。“叫水”操作要點是不要擰動水位表的水旋塞。

可以進行“叫水”操作的鍋爐，經“叫水”后，水位表中出現水位時，可以緩慢開啟鍋爐給水閥，當水位恢復正常后，啟動鍋爐的燃燒設備繼續投入使用。如果緩慢開啟鍋爐給水閥時，鍋內有強烈的響聲或加大給水時仍不見水位升上來，則絕不可啟動鍋爐的燃燒設備，必須緊急停爐待檢查，嚴格禁止向鍋爐內上水。不允許進行“叫水”操作的鍋爐，應緊急停爐。

3）企業應充分認識到鍋爐各種安全裝置的重要性，特別是高低水位報警裝置、低水位聯鎖保護裝置和給水自動調節器的重要性，定期試驗和維護， 以保證其在鍋爐出現安全隱患時能及時準確地報警和起到保護作用。

4）定時沖洗和維護水位表，保證水位表的水位清晰可見，防止出現假水位。

5）加強鍋爐運行管理，做好定期排污工作，關閉、關嚴排污閥。

6）加強鍋爐特別是老舊鍋爐的定期檢驗工作，及時發現初期的疲勞裂紋等缺陷，盡早排除安全隱患。

3 結束語

鍋爐管板與煙管連接焊縫泄漏缺陷的主要原因是鍋爐缺水，是司爐人員操作失誤，由于熱脹冷縮的作用，導致管板與煙管連接焊縫因急劇收縮開裂而泄漏。要保證鍋爐的安全運行，企業應做好鍋爐的安全管理工作，定期試驗和維護鍋爐的安全附件和儀表。司爐人員應嚴格遵守操作規程，一旦發現鍋爐缺水，無論什么情況，應先立即暫時停爐，對可以進行“叫水”操作的鍋爐進行“叫水”操作，檢查鍋爐缺水程度，然后針對鍋爐缺水情況再進行處理，嚴格禁止盲目向鍋爐內上水， 以防造成不必要的安全事故，給人民生命安全和經濟造成損失。

參考文獻

[1] 中華人民共和國勞動部.蒸汽鍋爐安全技術監察規程

[2] 《鍋爐定期檢驗規則》

[3] 劉龍淼.鍋爐故障處理大全[M].北京：兵器工業出版社，1993

[4] 鹿道智.工業鍋爐司爐教程[M].北京：航空工業出版社，2005