鍋爐設計、制造、安裝中的問題與對策

何有 馮國發

摘 要：鍋爐作為工業生產和社會生活中必不可少的裝備之一，隨著社會經濟的發展和人們生活水平的提高，其需求量和裝機量逐年增長。在這樣的增長趨勢下，鍋爐的安全問題逐漸引起社會重視。鍋爐安全涉及設計、制造和安裝環節，其結構復雜，部件繁多，安裝精細化要求高。本文簡要分析了鍋爐設計、制造和安裝過程中存在的問題，然后提出相應的對策，為鍋爐行業從業人員提供參考。

關鍵詞：鍋爐;設計;制造;安裝

中圖分類號：TK22文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）23-0053-04

Abstract： As one of the indispensable equipment in industrial production and social life， with the development of social economy and the improvement of people's living standards， the demand and installed capacity of boilers increase year by year. With this growth trend， the safety of boilers has gradually attracted social attention. Boiler safety involves design， manufacturing and installation， and its structure is complex， components are numerous， and installation requirements are high. This paper briefly analyzed the problems in the boiler design， manufacture and installation process， and then proposed corresponding countermeasures to provide references for practitioners in the boiler industry.

keywords： boiler;design;manufacture;installation

隨著鍋爐行業的蓬勃發展，我國目前已經形成了較為完備的鍋爐行業安全管理法規體系。這使得鍋爐行業從設計到安裝的全生命周期都具有相應的管理規范和操作流程要求。盡管如此，不可否認的是行業中仍然存在不少問題。近年來，鍋爐行業逐漸放開，但是部分小型鍋爐設計、制造和安裝企業管理比較混亂。鍋爐作為具有承壓功能的工業設備，相對而言，存在較高的危險系數，容易因為各種因素發生爆炸[1-2]。因此，在鍋爐設計到安裝的全生命周期中，人們需要嚴格控制各個環節的工藝質量，從而確保鍋爐的使用安全。

1 鍋爐設計、制造和安裝存在的問題

鍋爐結構復雜，焊接是其制造和安裝過程中必不可少的工序。在鍋爐制造和安裝過程中，焊接質量決定鍋爐的使用壽命和安全程度?，F階段，鍋爐生產較多使用人工焊接，因此如何控制好人工焊接質量是鍋爐制造和安裝環節需要格外關注的問題[3-4]。從現有鍋爐制造和安裝環節導致的事故原因分析來看，人工焊接對于水冷壁管與管材連接處存在的縫隙把控容易出現問題。鍋爐焊接對焊接的精確度具有較高要求，要盡量減少焊接導致的部件磨損與變形帶來的誤差。如果這個環節存在問題，就會導致整個鍋爐焊接無法滿足鍋爐壓力的需求，從而容易在使用過程中出現安全事故。通常而言，控制好鍋爐焊接環節的質量，就能基本確保鍋爐整體的制造和安裝質量，其重要性可見一斑。在這個過程中，要重點關注人為因素對鍋爐整體質量的影響。

從鍋爐工作原理不難看出，鍋爐需要較高的內部壓力來完成能量轉化和做功。因此，材質方面，鍋爐壁需要承受較高的壓強，具有較好的強度，能夠承受長時間使用的磨損。在鍋爐設計中，要根據不同的使用需求，選擇符合要求的材質。鍋爐運行原理決定了所處的工作環境必定具有較高的濕度，因此鍋爐材質需要具有很強的耐腐蝕性，避免由于潮濕導致部件生銹腐蝕，最終在沒有得到及時修復的情況下引起鍋爐爆炸。同時，鍋爐焊接技術的特點要求鍋爐材質必須可以通過焊接連接起來，這不僅是鍋爐制造和安裝的要求，也是鍋爐日常使用和維護的需求。鍋爐的日常維護要求鍋爐材質具有便于焊接、容易修復的特點，從而確保在滿足日常使用需求的同時，能夠及時處理鍋爐部件彎曲或者斷裂等老化問題，保證鍋爐在使用過程中的安全，延長鍋爐使用年限。

鍋爐在工作時產生大量熱量，導致外表面溫度升高，容易造成前側爐墻在高溫影響下發生形變。從鍋爐的設計、制造和安裝規范來看，要確保鍋爐防焦箱與爐墻之間具有一定距離，一般來說，鍋爐防焦箱與爐墻之間保持1 cm間距即可滿足散熱需求。在實際操作中，受鍋爐高溫炙烤，鍋爐防焦箱會發生形變，因此一般要求鍋爐防焦箱與爐墻的間距應當保持在2 cm左右。這樣不僅能夠確保鍋爐設備平穩安全運行，還能夠保證爐墻不會由于鍋爐高溫和受熱膨脹的影響發生形變、遭到破壞。在鍋爐實際應用中，鍋爐爐墻發生破裂導致鍋爐故障和安全事故的情況比較常見，應當引起鍋爐設計、制造、安裝和使用維護人員的重視。

鍋爐本體容易發生安全問題而導致事故，除此之外，鍋爐配套的輔助設備也容易發生問題。除渣機作為重要的鍋爐輔助設備，在過去的鍋爐設計、制造和安裝實踐中常常會被忽視。在鍋爐設計、制造和安裝中，缺少對除渣機的專門研究和設計，沒有針對不同鍋爐的除渣機運行環境特點進行個性化設計和制造，無法確保除渣機最大限度地發揮作用，導致除渣機在鍋爐日常運行中不滿足整體精度要求，頻繁維修導致后續使用成本高昂。從目前我國鍋爐使用情況來看，鍋爐普遍使用循環泵與水泵相結合的方式，容易出現無用功導致能耗過高的情況。導致能耗過高的無用功主要成因有二。一是電流過高導致內部渦流，會增加能耗，而在鍋爐啟動過程中，操作不當會成倍放大電機內部電流，導致電機發生損壞;二是鍋爐泵與風機之間沒有可靠連接，導致鼓風機風向不受控制，造成鍋爐做功損失。這些問題都會導致鍋爐運行能耗損失。

隨著鍋爐市場的不斷放開和鍋爐制造技術的不斷成熟，鍋爐行業進入了成熟的發展階段，市場對鍋爐的需求也越來越旺盛。在這樣的社會背景下，大量小型鍋爐設計、制造和安裝企業涌現。由于經驗不足、技術不夠先進，運營資本和生產技術往往無法滿足鍋爐生產要求，無法滿足鍋爐設計、制造和安裝的資質要求。另外，很多傳統鍋爐制造企業無法適應市場經濟的需求，不能根據市場變化，及時更新自身技術，生產出的鍋爐產品已經不發滿足日常使用需求。這些都導致鍋爐設計、制造與安裝環節存在大量問題，當前鍋爐行業需要發揮市場的主體作用，優勝劣汰，提高全行業的安全和技術水平。

隨著信息技術的快速發展，各行各業信息化、電子化、智能化水平不斷提高。目前來看，鍋爐設計行業仍然有相當一部分企業采用傳統鍋爐設計工藝。傳統鍋爐設計工藝要求設計人員對鍋爐參數進行人為調查，例如，鍋爐容量的確定、鍋爐體積的設計、鍋爐燃料特性的影響等內容都需要對人工調查得到的數據進行人為分析，選取調查資料中有用的部分開展鍋爐設計工作。由于人為因素的存在，傳統鍋爐設計結果通常存在較大的誤差，不能精確計算爐排面積、爐膛容積、爐排熱強度等參數。另外，傳統鍋爐設計工藝主要輸出二維平面的設計圖紙，這要求制造企業工人具備極強的讀圖能力，而很多工人缺乏直觀感受，在一定程度上影響了鍋爐制造的效率和質量。鍋爐設計應用新興鍋爐技術，這對于設計人員來說是一項巨大挑戰，由于缺少仿真試驗的手段，分層燃燒技術在實際應用中有可能出現煤料分層錯誤，實踐中容易存在低負荷運行的情況造成鍋爐故障。

工業鍋爐種類多樣、技術復雜，鍋爐安裝工藝有所不同。一般而言，其主要分為整體安裝和分散安裝兩大類。整體安裝適用于快裝鍋爐，分散安裝適用于水管鍋爐的安裝。在安裝過程中，現場測量和吊裝的誤差容易導致鍋爐前后空間過小，后續使用過程中無法順利完成煙管更換、積灰清理等工作。其間容易出現隨意變更輔助風機的問題，導致風道彎頭過多、阻力過大，使得鍋爐無法正常燃燒，造成熱能損耗。在鍋爐基礎施工過程中，有施工企業認為小型快裝鍋爐可以不澆筑鍋爐基礎，直接安放于地面即可。這種安裝方式不僅會加速鍋爐底部的腐蝕，還有可能導致鍋爐主體發生傾斜、管道發生變形，鍋爐在使用過程中容易因為振動出現整體下沉。鍋爐管道焊接采用有縫管材，容易因為焊接不良導致接縫處發生滲漏，造成不良安全影響。在鍋爐安裝過程中，問題主要表現在焊接表面咬邊現象嚴重、坡度方向焊接錯誤。對個別鍋爐安裝項目進行抽檢可以發現，安裝過程中存在鍋爐閥門配置不能滿足使用需求、閥門安裝不緊實和不到位的情況。鍋爐設計、制造和安裝人員需要重視這些問題，合理確定鍋爐布置位置，檢查驗收鍋爐基礎，按標準正確安裝鍋爐管道與閥門，從而確保鍋爐運行安全。

2 鍋爐設計、制造和安裝的改進策略

對鍋爐事故進行分析不難看出，在大部分鍋爐安全事故中，后續使用和維護是導致事故發生的重要因素[5-6]。這就要求鍋爐設計、制造和安裝過程中要確保技術交底的質量。在鍋爐安裝到位，準備交付使用之前，應當組織制造、安裝企業與維護人員進行技術交底，明確鍋爐制造、安裝過程中的重要環節，指出后續使用維護過程中必須重點關注的部件。使用和維護人員要參加由鍋爐制造企業組織的技術培訓和現場演示，以便及時處理使用過程中遇到的問題，確保鍋爐使用安全。針對現階段鍋爐設計、制造和安裝中存在的問題，鍋爐使用和維護人員要高度重視技術交底工作。鍋爐制造和安裝企業在技術交底過程中要向使用和維護人員詮釋鍋爐設計理念，指出鍋爐生產制造中進行的技術創新，講解鍋爐安裝過程中的現場問題，從而確保鍋爐設備的后續使用和維護順利開展。

鍋爐設計、制造和安裝過程中會產生大量的圖紙和資料。這些圖紙和施工檔案是以后對鍋爐進行使用、維護、大修的重要依據，是確保鍋爐安全運行的重要檔案材料。這些檔案材料作為鍋爐安全運行的重要支撐材料，在確保安全運行方面起到了重要作用。安全材料的內容十分豐富，涵蓋了鍋爐從設計到安裝的全部流程。這其中就包含了大量的設計圖紙、安裝測試數據以及安裝結構圖紙等。鍋爐設計、制造、安裝企業應當高度重視安全材料的積累和整理，應當在鍋爐交付使用時將安全材料匯總移交給鍋爐使用方。鍋爐設計、制造和安裝是一個動態的過程，安全材料的內容也不斷優化和更新。鍋爐設計、制造和安裝企業要及時修訂安全材料，在鍋爐交付使用前完成內容更新、目錄整理等工作，對鍋爐在設計、制造和安裝過程中發生的重要變更進行顯著標注。

在鍋爐設計、制造和安裝過程中，焊接是不同環節共同關注的重要部分。鍋爐設計階段，設計人員要根據鍋爐安裝的具體環境、鍋爐使用的具體場景，對鍋爐材料進行廣泛的市場調查，選取符合鍋爐使用和安裝需求，同時又具有最佳性價比的鍋爐材質。材質和用料的選擇方面，要針對鍋爐長時間處于高壓狀態的工作特征，高度關注鍋爐材質的耐腐蝕性和抗磨損性能，注重選材方面的實用性和經濟性。在鍋爐制造和安裝過程中，要對鍋爐制造和安裝人員進行專門培訓，對部件樣品進行焊接測試，選取合適的焊接方法，從而確保鍋爐制造和安裝環節不出差錯。在具體的鍋爐焊接過程中，焊接技術人員要準確把握鍋爐部件尺寸，有效控制焊接質量，特別是對焊接的速度、電流等參數進行準確調試，有效避免虛焊問題。另外，鍋爐在實際運行中使用的并非純凈水，鍋爐設計、制造和安裝人員要對鍋爐運行使用的水質進行查驗，綜合考慮不同水質對鍋爐內壁的腐蝕程度，認真對待鍋爐材質的選擇和鍋爐焊接的全流程，從焊接質量層面確保鍋爐的安全運行水平。

不僅是鍋爐本體，在鍋爐設計、制造和安裝過程中，人們還要關注鍋爐安裝基礎的構筑。在鍋爐設計過程中，要充分考慮鍋爐安裝的地面條件、基礎承重能力。對于鍋爐安裝基礎的結構強度、構筑質量等重要指標，要進行嚴格檢查和驗收，確保鍋爐基礎符合國家標準的要求。人們要做好施工過程管理，做好施工記錄，對隱蔽工程和重要環節進行驗收和記錄。對于檢查驗收中發現的問題，特別是檢測結果與設計指標不符的情況，要及時記錄和通報，盡快完成修復，從而確保鍋爐安裝質量和運行安全。鍋爐設計、制造、安裝和使用各方要加強在施工現場的協調配合。只有相關各方協調配合，才能夠組織有效的設備調試，對圖紙中存在的問題進行澄清，及時調整設備安裝、試運行中存在的問題，對施工現場發生的設計變更進行會商，從而有效解決鍋爐設計、制造與安裝過程中遇到的問題。這就需要鍋爐制造企業在鍋爐安裝現場派駐工地代表，工地代表作為鍋爐制造企業在施工現場的代理人，應當掌握鍋爐安裝的進度，檢查鍋爐安裝質量，及時協調解決鍋爐在安裝過程中出現的技術問題。

鍋爐設計方面，要結合新技術、新理念加以創新，提高設計效率和質量。通過設計優化，人們可以提前規避鍋爐制造、安裝和使用過程中可能存在的問題，避免設計不當導致的安全隱患和使用故障。在鍋爐設計過程中，要關注鍋爐強度的設計。做好鍋爐強度設計，能夠提高鍋爐整體的荷載抗性，增強應對結構斷裂的能力。鍋爐的承壓特性要求鍋爐材質不應當出現結構整體屈服的現象。鍋爐強度設計要以鍋爐使用材料的安全系數和強度標準值作為依據，這些經過行業專家測定的數值具有科學性，是鍋爐強度設計的重要基礎數據。為了實現鍋爐精確設計，鍋爐設計行業要加強信息化創新。自動化、信息化技術的應用能夠有效提高設計效率和設計質量。在應用計算機軟件開展鍋爐設計的過程中，要結合設計實踐，對設計理論和算法進行創新和發展。計算機技術的應用，不僅能夠實現重要參數采集、確定的自動化，還能夠完成二維平面圖紙向三維立體圖紙的轉化，進一步改善鍋爐設計方案的直觀感受，提高鍋爐制造和安裝實踐的質量和效率。隨著計算機技術的不斷發展，鍋爐設計人員可以通過計算機仿真技術對鍋爐設計方案的實際應用效果進行仿真模擬，盡早發現鍋爐在制造、安裝和使用過程中存在的問題，提高鍋爐產品整體的安全性和競爭力。鍋爐設計仿真能夠有效規避鍋爐的低負荷運行，避免鍋爐“大馬拉小車”導致的能效浪費，針對使用需求進行系統設計優化，確保鍋爐在實際使用時能夠在較高負荷的狀態下高效運行。

3 結語

作為現代工業生產和社會生活保障的重要設備，鍋爐的運行效率和使用安全受到了社會和行業的高度關注。本文分析了鍋爐設計、制造和安裝過程中存在的問題，并提出相應對策，希望能夠為鍋爐設計、制造和安裝行業的研究與實踐提供參考。鍋爐行業從設計到制造、從安裝到使用構成了一個系統工程，具有較高的復雜度。這就需要鍋爐設計行業提高信息化水平，通過計算機技術對鍋爐的安全性和運行強度進行全面的分析，提高鍋爐制造的工藝水平和質量，優化鍋爐安裝程序，提高鍋爐安裝效率，確保鍋爐使用過程的安全性與可靠性。

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