工業鍋爐煙管泄漏成因分析及預防措施

陳　林（福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院）

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工業鍋爐煙管泄漏成因分析及預防措施

陳林（福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院）

鍋爐煙管因變形、穿孔發生泄漏，本文通過對該鍋爐煙管失效的實際情況和以往的運行狀況，分析其發生的原因，并提出了相應的預防措施。

鍋爐；變形；穿孔；泄漏；預防措施

DZG型蒸汽鍋爐是單鍋筒縱置式固定爐排鍋殼鍋爐，該型號鍋爐操作簡便，升溫升壓快，熱效率高，因而使用比較廣泛，普遍用于印染等加工行業，近些年，我們在鍋爐定期檢驗時發現，該型號鍋爐煙管泄漏事故時有發生，本文針對該型號一臺鍋爐的煙管失效事故進行研究，對工業鍋爐運行、管理等方面應注意的問題進行探討，提出一些有效的預防措施。

1　檢驗及分析

某洗滌廠 1臺型號為DZG2-1.25-AⅡ的燃煤鍋爐于2015年11月因煙管變形嚴重及泄漏事故導致工廠停廠，該鍋爐的主要技術參數為：額定蒸汽壓力：1.25MPa，額定出力：2t/h，出口溫度：193℃，煙管尺寸為：φ63.5×3.5mm，三回程固定爐排，檢查現場運行燃料主要以木屑，谷糠為主，運行記錄不全，現場管理混亂。內部檢驗時發現：

（1）高溫區最上兩排煙管存在直管段彎曲變形，最大變形量為80mm，鍋筒內壁上有多條低水位線（如圖1），檢查其水位自動控制裝置為失靈狀態。

圖1　鍋筒內壁低水位線及變形煙管

（2）煙管在后管板高溫區側第一排第2、5根，第二排第3、5、6，第四排第3根存在煙管局部穿孔，穿孔面積最大約10mm×20mm（如圖2所示）穿孔大部分集中在靠近出煙口處的煙管上（如圖3所示）。

圖2　煙管穿孔位置

圖3　煙氣流動方向及磨損位置

2　變形及穿孔原因分析

2.1煙管變形原因分析

該鍋爐為全天24h連續運轉，水位自動控制裝置失靈，僅憑司爐工手動補水無法保證水位的正常，從鍋筒內壁水位線痕跡分析鍋爐運行時時有缺水現象發生，司爐工操作不規范，制度不健全。鍋爐在正常運行狀況下，煙管與鍋筒兩者都會有一定的伸長，壁溫差在設計允許的溫度條件下，管板在彈性范圍內允許其一定的伸長能力，煙管不會有可見的塑性變形。因此在低溫側煙管與鍋筒壁溫溫差較小，不易發生變形。針對此臺型號的鍋爐，鍋筒長L=4000mm，壁厚16mm，外徑1800mm，材質Q345R，煙管尺寸為：φ63.5×3.5mm，煙管材質20G，鍋筒壁溫193℃，煙氣溫度 750℃，高溫區上排煙管因缺水溫度升高，全長平均溫度取 500℃，進水溫度取20℃，經查表鍋筒與煙管材料線膨脹系數a=1.05×10-5C-1，計算低水位時高溫煙管伸長量與鍋筒伸長量分別為：

鍋筒伸長量△L筒=aL（t2-t1）=1.05×10-5×4000×（194-20）= 7.31mm

煙管伸長量△L管=aL（t2′-t1）=1.05×10-5×4000×（500-20）= 20.16mm

△L管-△L筒=20.16-7.31=12.85mm

式中：a——線膨脹系數；

L——煙管長度；

t2——鍋筒壁溫；

t2′——高溫區第一排煙管平均壁溫；

t1——進水溫度。

該煙管若超溫伸長量超出鍋管本身的伸長量，當無法利用管板的呼吸空間伸長，多余的長度只有通過彎曲變形來釋放，受高溫煙氣加熱的煙管因得不到鍋爐水的可靠冷卻，管壁超溫，產生過量的線膨脹，在兩端管板的限制下產生塑性變形，經反復多次缺水，膨脹產生軸向力致使煙管的變形量愈來愈大。

2.2煙管穿孔原因分析

將磨損穿孔附近的煙管切割一段觀察，其內壁表面光亮圓滑，在圓柱形的管壁內側出現平整的平面，經厚度檢測，在穿孔磨損附近的平面處檢測壁厚明顯減薄，最小值為1.5mm（如圖4所示）。進入爐膛內部及煙箱檢查時發現大量積灰。

圖4　煙管內表面磨損簡圖

（1）進行光譜分析，切割下的減薄煙管材料成分光譜分析如表1所示，所抽查材料成分等同于20G，材質未見明顯異常，由此判定該變形及穿孔跟材質劣化無關。

表1　煙管光譜分析材料成分表

（2）燃燒情況進行分析，檢查現場燃料以木屑、谷糠為主，其發熱值達不到設計中使用的燃煤值，從鍋爐檢查門燒焦情況可判斷該鍋爐為滿足生產需求超負荷運行，當燃料熱值無法滿足時必須則加大風量，爐膛內部處于正壓燃燒，導致煙氣量過大，流速過快，更多的飛灰顆粒及不完全燃燒的碳粒隨著高速煙氣通過受熱面時，與壁管發生撞擊摩擦，飛灰顆粒經過高溫區煙管后在出煙口處需做90°的轉彎，大部分顆粒尤其是磨損性強的粗顆粒，在離心力的作用下被拋向外側使這里的飛灰濃度增高。當飛灰顆粒撞擊受熱面時，受熱面表面會出現微小凹坑，當撞擊力超過其強度極限或頻繁撞擊后，表面薄層會出現破壞脫落現象，形成撞擊磨損，煙速越高，灰料越大，對管壁的撞擊力就超大，煙氣攜帶的灰粒越多，撞擊的次數就越多，最終導致穿孔。由于煙氣通過前煙箱后有一定的緩沖，煙速減慢，灰粒減少，所以在第三回程煙管內壁磨損明顯減少，也未見穿孔現象。

（3）管理情況分析：鍋爐在使用過程中應按操作說明書定期清理爐膛、煙箱及煙管受熱面，從檢驗時發現，爐膛及煙箱內大量積灰，占用煙箱及煙管內通道空間，煙氣通過時偏流向未堵塞側從而導致煙氣在煙管中的流通速度加大，造成單側局部磨損的可能性就增大。鍋爐受熱面的磨損關系式如下：

式中：E——磨損量；

f1——灰粒特性系數；

f2——受熱布置型式及沖刷方式系數；

C——飛灰濃度；

V——煙氣流速。

從公式可以看出，灰粒磨損情況與灰粒的特性、受熱面結構及布置、煙氣流速都存在一定的關系，較大較硬的灰粒造成的磨損也較嚴重，受熱面管子的布置方式，如錯列，順列；橫向，縱向，斜向節距均對磨損有影響。當燃料和受熱面結構型式固定時，其磨損量與飛灰濃度的一次方成正比，與煙氣流速的3.5次方成正比，可見影響煙管磨損的首要因素是煙氣流速，其次才是飛灰濃度，所以爐膛及煙箱內大量積灰可大大增加磨損速度導致穿孔。

2.3分析小結

從光譜元素含量來看，該臺鍋爐煙管材質在金屬組織結構和成分上均符合要求，不存在過燒或劣化等跡象，造成變形及穿孔的主要原因有三條：①未按鍋爐使用說明進行定期保養，水位聯鎖保護裝置未能起到作用導致鍋爐不定期處于缺水運行狀況，加大了高溫區上排煙管的塑性變形；②用戶擅自改變鍋爐的燃料，將燃料設計的燃煤改為木屑及谷糠，為滿足生產需求超負荷燃燒，飛灰顆粒及不充分燃燒的碳粒對煙管內壁造成磨損；③管理不到位，操作人員責任心不強，相關規章制度不健全，鍋爐在運行當中沒有按照鍋爐使用說明書的要求進行定期清灰，造成煙管流通面積減小，煙氣流通速度增大，大大的加劇了煙管的磨損最終導致煙管穿孔。

3　解決方案及相關預防措施

針對上述鍋爐運行中出現的問題以及事故原因分析得出的結果，對該鍋爐運行中出現的問題提出以下幾點方案及措施：

3.1解決方案

①該煙管變形量超過其直徑或穿孔，需進行更換修理，用戶應請有資質的維修單位按照相關法律、法規的要求進行更換，根據《鍋爐安全技術監察規程》規定，當受熱面管子更換數量大于該受熱面管子的10%并且不少于10根時更換前還應報當地檢驗機構進行監檢，維修結果必須經當地檢驗機構監檢合格后方可重新投入使用；②更換燃料，使用鍋爐設計時的燃煤燃料，在未經設計單位同意的基礎上不得擅自更改鍋爐的燃料。

3.2預防措施

①定期保養鍋爐，鍋爐的保護裝置更應定期檢查其可靠性；②加強鍋爐的運行管理，及時清理爐膛及煙箱內的積灰，加大操作人員的管理，增強責任心，確保鍋爐可靠、高效的運行；③為了確保鍋爐的安全連續運行及良好經濟效益，不允許鍋爐處于超負荷運行。

4　結論

本文對某燃煤工業鍋爐煙管出現變形，穿孔致泄漏事故原因展開分析，得出導致鍋爐失效的原因是管理不到位，鍋爐的聯鎖保護裝置失效，水位控制不當，用戶擅自更改鍋爐燃料，造成鍋爐缺水工狀下超負荷燃燒，高溫區上排煙管缺水產生塑性變形，煙管第二回程靠近出口處磨損穿孔。針對這些問題提出了相應的解決方案及相關的管理建議，對鍋爐今后的運行管理具有一定的實際指導意義。

［1］馬昌華.鍋爐事故防范與安全運行［M］.工業鍋爐，2000.

［2］錢建新，夏臨明.臥式鍋殼式鍋爐煙管泄漏成因分析［M］.中國特種設備安全，2015，07.

2016-6-1

TK229

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2095-2066（2016）17-0012-02