轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐集箱進(jìn)出水管漏水的分析處理

歐陽曉輝

（云南銅業(yè)股份有限公司西南銅業(yè)分公司，云南 昆明 650102）

1 事故概況

我單位使用PS轉(zhuǎn)爐對冰銅進(jìn)行精煉，冶煉煙氣采用強制循環(huán)余熱鍋爐進(jìn)行冷卻及余熱回收，但該余熱鍋爐自投產(chǎn)以來多次出現(xiàn)凝渣管束及第一對流管束進(jìn)出口集箱與受熱面連接管段處、受熱面進(jìn)出水管與鍋爐頂板焊接處漏水，且兩處漏水點均呈現(xiàn)環(huán)形裂紋，嚴(yán)重影響鍋爐的安全運行及正常的生產(chǎn)組織。為此，我們進(jìn)行原因分析、針對性的對結(jié)構(gòu)改造，取得了良好的效果，自改造后未在同部位發(fā)生漏水事故。

2 余熱鍋爐結(jié)構(gòu)介紹

轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐是我公司為回收銅冶煉過程中煙氣余熱而配套設(shè)置的，其型號為：QCF61/870-13-4.0，強制循環(huán)，設(shè)計時最大煙氣流量61998m3/h，進(jìn)入余熱鍋爐最高煙氣溫度740～870℃，鍋爐額定壓力4.0MPa，蒸汽溫度250.3℃，設(shè)計蒸發(fā)量13t/h。鍋爐四周受熱面為膜式壁結(jié)構(gòu)，內(nèi)部在第一、第二沉降室懸掛布置了凝渣管束和對流管束。

3 漏水現(xiàn)象概述

該余熱鍋爐自2006年投產(chǎn)至2009年，在凝渣管束與集箱連接管根部、凝渣管束進(jìn)出水管與頂板焊接處、第一對流管束與集箱連接管根部、第一對流管束進(jìn)出水管與頂板焊接處出現(xiàn)泄漏6次，圖1為凝渣管束結(jié)構(gòu)示意圖，圖中標(biāo)出了常發(fā)漏水點，對流管束漏水點位置類似于凝渣管束。歷次余熱鍋爐出現(xiàn)漏水時，管道漏水點均表現(xiàn)為環(huán)向裂紋，都出現(xiàn)在集箱兩側(cè)第一、第二根管道上。

圖1 凝渣管束結(jié)構(gòu)及漏水點示意圖

4 漏水原因分析

4.1 轉(zhuǎn)爐冶煉工藝簡述

銅冶煉轉(zhuǎn)爐接受上游貧化電爐含銅量為65%左右的冰銅，通過銅轉(zhuǎn)爐的吹煉，達(dá)到含銅量98%的品位，然后送入陽極爐系統(tǒng)再進(jìn)行進(jìn)一步精煉提純。在銅冶煉的過程中，主要有加料（進(jìn)冰銅）、造渣、放渣、出銅的基本操作步驟，同時還有加溶劑、篩爐、加冷料、取樣等環(huán)節(jié)，在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的整個過程中，爐內(nèi)料、渣不能一次性完全加入和倒出，使轉(zhuǎn)爐爐口多次搖開、合上。

當(dāng)爐口搖開停止吹煉時，且爐口敞開，進(jìn)入煙道煙氣量很少，但是爐口合上進(jìn)行吹煉時，煙氣量可達(dá)60000m3/h，溫度740℃以上。

4.2 余熱鍋爐運行概況

轉(zhuǎn)爐經(jīng)歷完出銅、等料后，鍋爐汽包壓力可降至1.0MPa附近，在完成進(jìn)料吹煉后熱源提高，鍋爐汽包壓力隨之升高，可升至3.8MPa（可升至額定4.0MPa,但控制在3.8MPa是出于安全考慮），但因轉(zhuǎn)爐整個生產(chǎn)過程中爐口不斷的發(fā)生調(diào)整，煙氣量及溫度波動很大，鍋爐汽包壓力也在一個不停的變化中。爐口搖開，熱源中斷，壓力不斷下降，爐口合上進(jìn)行通風(fēng)吹煉后，熱源提升，汽包壓力逐漸升高。

4.3 原因分析

在轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐生產(chǎn)時，長度為4m的集箱線性膨脹度發(fā)生變化，同時連接短管也承受同樣的工況影響，而引起集箱、連接短管產(chǎn)生一定的角變形量。集箱左右兩端采用管卡的形式進(jìn)行固定，雖能有效控制集箱左右、上下的移動，但長度方向的移動在一定程度上不能完全消除，使集箱在固定偏弱的一端由于累積產(chǎn)生較大的角變形，而固定相對穩(wěn)定的一端變形稍小。

材料為Q235的頂部密封板直接接觸高溫?zé)煔猓涓鞣较虻默F(xiàn)狀變化更加復(fù)雜，與受熱面進(jìn)出口的連接短管形成的變形角可能呈現(xiàn)多方向性。若僅考慮頂板在水平方向的現(xiàn)狀變化，同樣可以認(rèn)為在板邊緣處，即頂板靠近鍋爐左右側(cè)受熱面處的變化最大，與連接短管產(chǎn)生的變形角同樣最大。

因銅轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝特點，隨冶煉爐在進(jìn)料、造渣、除渣、出銅期的不斷調(diào)整，其熱源不斷發(fā)生溫度、流量上的改變，使集箱及受熱面承受1.0～3.8MPa的壓力變化,密封頂板亦受工況變化煙氣的影響，在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的不同階段，鍋爐整體的熱膨脹頻率相對一般類型鍋爐高得多，特別是集箱與連接短管、連接短管與頂板形成的拉扯變形，長期的膨脹、收縮使兩連接點處出現(xiàn)金屬疲勞，從而產(chǎn)生環(huán)形裂紋導(dǎo)致漏水事故的發(fā)生。

5 處理措施

根據(jù)分析，出現(xiàn)多次漏水事故是接管與集箱、接管與頂板在受變化熱源影響時金屬膨脹及線性變形、角變形造成的，為此我們對凝渣管束、第一對流管束與對應(yīng)受熱面的接管結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行改造，由原來的直管連接改為彎管連接，使集箱與頂板的間距從220mm增加到680mm，見圖2。

圖2 凝渣管束結(jié)構(gòu)改造示意圖

這樣改造的目的：第一，將連接短管由直管改造為彎管，消除集箱與鍋爐頂板變形不一致造成的兩連接點變形；第二，通過加長連接短管的長度，適當(dāng)減小集箱與連接短管、連接短管與頂板的變形角度。

同樣，也對工藝操作進(jìn)行了一定的調(diào)整，將鍋爐壓力控制在1.4～3.0MPa，利用出口調(diào)節(jié)閥的開度調(diào)整嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工況變化時壓力變化速率不得大于0.06MPa/10s，并通過強化培訓(xùn)、考核的方式，提高執(zhí)行效果，在一定程度上減輕變形及蠕變程度，提高鍋爐壽命，降低鍋爐漏水頻率。

6 改造效果評價

在2010年6月對以上兩漏水點進(jìn)行技術(shù)改造后，該轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐未在相同的部位發(fā)生相似的漏水事故，可以說消除了漏水隱患或者提高了該連接點處的金屬壽命，達(dá)到了預(yù)期的改造效果。

7 結(jié)語

銅轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐集箱與連接短管、連接短管與頂板連接處經(jīng)過多次漏水事故后，通過對事故的分析總結(jié)，對設(shè)計過程中未能完全考慮到的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)及實際運行情況，采取了針對性的技術(shù)改造措施和工藝調(diào)整，成功地解決了頻發(fā)漏水問題，提高了鍋爐運行安全性，為正常的生產(chǎn)組織創(chuàng)造了條件。

參考文獻(xiàn):

[1]齊福江等.動力工程師手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社,1999,7.

[2]樊泉桂,閻維平.鍋爐原理[M].北京：中國電力出版社,2004.

[3]趙明全等.鍋爐結(jié)構(gòu)與設(shè)計[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1991.

[4]中國恩菲工程公司.QCF61/870-12-4.0型余熱鍋爐設(shè)計說明書.