热水锅炉短期鼓包成因及应对措施

热水锅炉短期鼓包成因及应对措施热水锅炉短期鼓包成因及应对措施 前言 2003 年春节前后 枣庄市相继发生数十起热水锅炉鼓包事故 其中有八起鼓包锅炉出自某一结构 同年 3 月 8 日 枣庄市某 学校又一该结构热水锅炉在使用仅 6 个月后发生锅筒鼓包 局 部裂纹以及水冷壁管堵塞渗漏事故 给推广使用这一结构类型 锅炉蒙上了阴影 笔者作为多年从事锅炉与水处理检验的技术 人员从该台锅炉的使用管理与锅炉结构入手 通过分析论证 发现鼓包锅炉普遍存在着一些共性问题 1 锅炉基本状况 经查 该台锅炉为 2001 年 9 月由我省某市锅炉厂生产的 dzl2 8 0 7 95 70 aii 型热水锅炉 炉膛两侧布置有长 短水 冷壁管 左右烟室后部还各有两根后水冷壁管 以下将水冷壁 管简称为壁管 长 短及后壁管从集箱上交叉引出焊接在锅 筒上 短壁管插入锅筒下部纵轴线两侧 240mm 处 长 短壁管 之间形成的空间密封绝热后组成左右第二回程烟室 锅内定期 排污装置为管式纵向吸污管 吸污管由焊接在锅筒底部的前后 支座固定 吸污管下侧开有两排直径为 12mm 吸渣孔 锅炉结 构见示意图 锅炉结构示意图 该锅炉于 2001 年 11 月下旬安装 12 月份开始投用 至 2003 年 3 月份出现鼓包事故 连续运行时间仅 6 个多月 炉膛情况 检查 后拱端以前的锅筒腹部设有厚约 80mm 长约 1 6m 绝热 层 第二回程烟室底部皆为绝热层覆盖 炉膛后拱上部比正常 后拱加厚约 150mm 检查中发现 在第二回程烟室绝热层 锅 筒绝热层及前 后拱端部都伴有较严重结焦 锅筒鼓包处检查 鼓包起始于锅筒腹部绝热层终止处 长约 300mm 宽约 100mm 高度约 25mm 30mm 检查中还发现在正对锅筒鼓包 左侧已有一根短壁管发生胀粗渗漏 进入锅筒腰孔检查 发现 锅筒底部有厚约 60mm 水渣 锅内 集箱内 长短壁管内及烟 管可见部位结垢厚度为 0 5mm 1mm 之间不等 未发现受热部 件严重结垢情况 对距鼓包中心约 450mm 吸污管后支座焊根检 查 发现有两条交叉热裂纹存在 对长 短壁管全面做堵塞情 况检查 发现在正对锅筒鼓包左右侧各有两根壁管在下部弯曲 处堵塞 含前面提及的左侧渗漏一根短壁管 2 事故原因检查化验分析 2 1 短壁管异物堵塞导致管内水流停止并加剧锅筒工作条件恶 化 堵塞的短壁管处于炉膛火焰辐射热区 堵塞部位处于烟室下部 管子弯曲的起始部位 该部位水流阻力大 极易产生水垢或造 成管子堵塞 为弄清堵塞原因 首先从水处理设备检查着手 经查 该卫校所用水处理设备属顺流再生交换器 为锅炉出厂 所带附机 对交换器接管及安装情况检查 其外观质量符合要 求 对充装树脂质量 数量检查 其树脂出厂见证资料齐全 树脂高度占交换器长度的 2 3 在视镜的中间部位 查阅该校水 处理分析记录 其原水总硬度为 10 5mmo1 1 总碱度为 4 6mmol 1 锅炉被给水硬度为 2mmol 1 3 5mmol 1 碱度的 基本单元为 hco3 oh 1 2co32 硬度的基本单元为 1 2ca2 1 2mg2 下同 锅水 ph 值为 8 5 9 对爆破及 堵塞的短壁管割管检验 发现在管子弯曲部位均被白色物堵死 堵塞长度近 150mm 对堵塞物检查 发现堵塞物比较疏松 经 敲打很快有钢丝清除 取堵塞物在 10 盐酸中进行溶解试验 堵塞物溶解并不剧烈 无大量汽泡出现 说明水垢不是以碳酸 盐为主 但从垢样色泽看 其为硫酸盐或硅酸盐水垢的可能性 很小 为慎重起见 向垢样溶液中又加入了 10 氯化钡溶液 但未发现大量白色沉淀物生成 另取垢样溶液 100ml 向其中加 入 20ml 氟化氢溶液也未发现有效溶解现象 也排除了堵塞物是 硫酸盐或硅酸盐水垢的可能 为弄清可疑堵塞物的来源 组织 了对司炉操作人员的详细询查 他们讲 2002 年春季对锅炉采取 石灰干保时 发现有石灰粉化后溢入锅内 并进行了清除 但 对管内情况未进行认真检查 因此 可以说石灰的进入导致了 个别管子的局部堵塞 并造成管内水流速的减弱和停滞 而管 壁的冷却能力下降 又加速了水垢的生成 于是造成了部分短 壁管的全部堵塞 在锅炉结构中锅筒短壁管的设置是锅炉安全运行的重要保证 管内水的快速流动对搅动锅内积渣 冲刷 冷却锅底起着极其 重要的作用 当短壁管工作正常时 既使锅内积存一定厚度的 水渣 锅筒也不会因此出现鼓包事故 但当部分短壁管发生堵 塞 管内水流减弱或停止后 未予进行绝热而完全置于辐射热 区的锅筒在积存一定厚度的水渣时 锅筒下部钢板工作环境则 加速恶化 所以 短壁管的部分堵塞直接导致并加速了锅筒鼓 包事故的发生 2 2 水处理方面影响 虽然本台锅炉水处理质量未使锅炉出现大范围严重结垢 但给 水硬度较严重超标 锅水 ph 值不合格 在引起这次短壁管爆管 及锅筒鼓包事故中仍占有较大的份量 据统计 该类型鼓包锅 炉普遍存在给水硬度严重超标问题 其给水硬度严重超标会造 成以下严重后果 1 水硬度过高加剧了短壁管堵塞的速度 gb1576 2001 工业锅炉水质 规定承压热水锅炉给水硬度 0 6mmol 1 目的是防止热水锅炉严重结垢 造成锅炉受热承 压部件过热鼓包等事故 但目前仍有不少热水锅炉使用单位存 有麻痹思想认为热水炉出水温度 95 以下 给水硬度高一些问 题不大 枣庄地处矿区 原水硬度较高 用自来水做水源的原 水硬度已达 10 5mmol l 对于流再生交换器一级处理给水硬度达 标已属困难 如不重视水处理工作 给水硬度严重超标 在管 子受辐射热或内有异物时 管内热水就会发生汽化 从而会使 锅炉承压部件严重结垢 并导致管子堵塞 过热而鼓包 此台 锅炉短壁管的堵塞过热及爆破 给水硬度过高对已不畅通的管 孔起到了快速填充的作用 若此台锅炉安装运行初期给水硬度 控制在 gb1576 2001 规定范围之内 则管内金属面会比较平 滑 使遗落的石灰不存或少存成为可能 或在锅炉运行初期脱 落 从而起到避免短壁管堵塞爆破事故出现的时间 避免锅筒 底部出现的鼓包事故 2 水硬度过高造成了炉筒大量片状水渣的沉积 从本台锅炉锅内清除的水渣中发现 水渣多为烟管较簿的水垢 脱落沉积而成 烟管属对流受热面 受热不严重 管外水温低 水流冲刷力度大 故水垢容易脱落 检查发现每块水垢表面积 比较大 约 30 20 mm2 左右 由于管式排污吸污口小 难 以将其有效排出锅外 而当给水硬度符合标准时 结垢物质很 少 热水锅炉由于基本不存在锅水的蒸发与浓缩 因而锅水杂 质不会因溶解饱和而沉淀 少量沉淀的污物当锅水 ph 值符合标 准时其粘性小 流动性较好 多为粒状物 只要司炉工正确排 污 就会通过排污管排出锅外 或通过系统管道上的除污器而 排出 而此台锅炉由于给水硬度超出标准 3 6 倍 使锅内烟管 结垢 但由于给水硬度小于碱度 水垢为碳酸盐成份 垢样较 薄 吸附力也较弱 容易在锅内较高速水流的冲刷下片状脱落 而沉积在锅底 而锅水 ph 值的不达标 使水渣的流动性较差 固不能有效的排出锅外 加上此处未进行绝热 当水渣积到一 定厚度时 此处锅底短壁管又发生堵塞时 水流无法对锅筒底 部进行冲刷使有效冷却 造成此处钢板过热 钢板许用应力降 低 当达不到承受能力 出现塑性变形 而发生鼓包 而统计 显示 枣庄鼓包的锅炉中 锅内都存在较大厚度的片状水渣 2 3 锅炉结构本身存在的不足 锅炉厂为了防止热水锅炉鼓包及短壁管结垢爆管事故的出现 在制造锅炉时 分别在锅筒下腹部 1600mm 辐射受热面加上了 绝热层 也在短壁管组成的烟室下部统统设置了绝热层 并采 取了加厚后拱等一系列措施 经计算 这一措施 使锅炉辐射 受热面减少了近 1 2 第二回程烟室的设置又使炉膛的容积大大 减小 从而提了锅炉炉膛容积热强度 从下面炉膛容积热强度 的计算公式中可以看出上述结构对炉膛容积热强度的影响 qv bqd v 式中 qv 炉膛容积热强度 b 单 位时间耗煤量 qd 燃料的低位发热量 v 炉膛容积 从 上式可以看出 由于锅筒绝热层的增加 第二回程烟室的设置 及后拱的加厚 使炉膛容积 v 大大减小 炉膛容积热强度 qv增大 炉膛容积热强度 qv增大及辐射面的减少造成 了炉膛排烟温度的升高与超标 烟尘熔化而导致绝热层结焦 炉拱结焦 结焦一方面使炉膛容积热强度 qv进一步增大 更严重后果是恶化了锅炉未予绝热受热面的工作条件 当给水 硬度超标时 受热面会快速结垢 当锅筒水渣积存到一定厚度 时 从而导致承压部件因快速过热发生变形鼓包 值得注意的 是 以焊接方式与锅筒底部联接的引污管后支座 焊接根部的 开裂也是由于工作条件恶化因过热及传热不良引起的 3 应对措施 针对本锅炉查出的问题 为避免类似事故的出现 在保证锅炉 基本结构不变的同时 对我市该类型锅炉提出了以下应对措施 1 严格控制锅炉给水及锅水 ph 值 使其符合国标要求 2 拆 除锅筒腹部拱端 1600mm 绝热层 以降低锅炉炉膛容积热强度 3 将烟室短壁管由下面绝热密封改变成上面绝热密封 以增加 炉膛辐射受热面 并降低锅炉炉膛容积热强度 4 拆除锅内管 式排污管及支座 磨平支座底部焊肉 以增加对不同水渣污垢 的适应性 并消除由支座引起的过热裂纹因素 5 在锅内前端 距锅底 30mm 处自锅内回水管引一长约 1000mm 向后冲刷管 以搅动锅底积渣并提高后部排污效果 4 有益的启示 引起锅炉事故的因素不是孤立的 相互间有着