【锅炉爆炸原因分析概述3500字】

锅炉爆炸原因分析概述目录TOC\o"1-3"\h\u24699锅炉爆炸原因分析概述 115691.1锅炉内发生的反应 1145781.2水垢对锅炉工作的影响 249691.3爆炸原因分析 2206591.1.1垢下腐蚀的机理 2627(1)阳极在沉积物下0H离子浓度较高处，其反应是: 2325(2）阴极是未被沉积物覆盖的金属表面，其反应是: 331101.1.3金属蠕变对锅炉的影响 41.1锅炉内发生的反应水垢的物理产生与物质形成实际上可说是一个极为复杂的化学物理和自然化学反应的物质集合,主要原因是由于内因和外力两个多种各方面的原因综合组成。第一种为内因也是导致加热锅炉之中水垢快速形成的根本原因，水中所含有的诸如钙、镁等各种离子或者是有可能因为是其他重金属离子而直接引起的某种无机化学反应,第二种为外在原因,即为水中所含有的这些盐类杂质被直接由水携带后再直接进入加热锅炉之中,而且这些盐类还会受到多方面因素的影响，比如水温快速升高时，水被快速蒸发，这些盐类会加速析出，一旦加速析出，就会更快的聚在锅炉内壁上，水蒸发成为蒸汽，流动速度加快，同时会带动这些杂质更快的流动，浓缩，析出。久而久之，水中的这些盐类变得越来越多,当这些盐类的浓度超过这些盐类的溶解度的时候，它们就会大量的析出，慢慢的聚集在一起，一部分有可能直接附着在锅炉内部的一些部位上成为水垢，一部分可能随着水的流动附着到新的锅炉内的部位上，形成新的二次水垢。锅炉厂的用水基本上都是采用西宁市的地下水作为主要来源用水,西宁市位于上游地区,在上游，中游地区这些地下水一开始就受到许多大的河流的供应，所以颗粒物杂质之类的东西不多，含量很低，水流的路径很短而且很畅通，人为产生的垃圾也污染不到它，所以水质比较优良，整体水质和山区的地表水很像，化学成分也相差无几，矿化度小于500mg/l，总硬度(CaCO3计）小于450mg/l。【11】所以锅炉内主要沉淀反应Ca(HCO3)2→CaCO3↑+CO2↓+H2OMg(HCO3)2→MgCO3↑+CO2↓+H2O其中生成的MgCO3是不稳定的;MgCO3+H2O→Mg(OH)2↑+CO2↓所以垢的成分主要为CaCO3，MgCO3和Mg(OH)2的混合物，呈弱碱性。1.2水垢对锅炉工作的影响(1)由于水垢属于不良受热导体,其导热系数通常比一般受热钢材的导热系数小很多,水垢堆积在金属表面，大大降低了整体的导热性，这就造成了要想达到同样的效果，必须要多消耗很多燃料，所以非常浪费，降低了锅炉整体的热效率。(2)由于锅炉水垢的导热性能非常差,燃料在整个锅炉过程中的持续燃烧所产生的大量热量不能很好地直接通过这些金属表面向整个锅炉内部传递给水,导致这些金属直接受到剩余热量致使温度不断升高而直接发生温度过热,金属结构的强度随之下降,发生垢下腐蚀,引起部分锅筒和锅炉水冷壁表面直接发生变形、鼓包,使得锅炉管内壁断面大大缩小,这样就可能会直接造成锅炉水循环不良甚至锅炉没有任何办法再通过水而引起由于水冷壁管被烧穿的不良事故,严重时水垢还有可能直接造成锅炉爆管。水垢堆积在金属表面之后，或者是别的杂质堆积在金属表面，就会使被覆盖的金属更容易被腐蚀，这种现象我们称之为垢下腐蚀，因为杂质或者是水垢的成分不同，垢下腐蚀有酸性和碱性两种，主要辨别因素就是锅炉用水中含有物质的PH值。【12】1.3爆炸原因分析1.1.1垢下腐蚀的机理从图（b）中可看出，锅炉内部有一些红褐色的覆盖物，而铁被腐蚀之后的产物也成红褐色，而且通过它的腐蚀形态，大致猜测，可能是垢下腐蚀。一般锅炉用的钢材，在制作时会有一层膜，作为它的保护膜，一旦有一部分水垢堆积在膜上，膜很容易被溶解掉，被溶解掉之后，钢材就暴露在了拥有很多杂质的锅炉用水中，这就是垢下腐蚀的机理，因此，很容易发生下面这一系列反应。(1)阳极在沉积物下0H离子浓度较高处，其反应是:Fe-2e—Fe2+即铁失去电子与高浓度的0H离子生成如下反应:Fe++20H-—Fe(OH)2Fe(OH)2是不稳定的，容易进一步和水中某些物质发生反应，被称之为腐蚀的二次过程，生成的产物我们把它叫做二次产物，即:4Fe(OH)2+2H20+02—4Fe(OH)3Fe(OH)2+2Fe(OH)3—Fe304+4H2O如果锅炉发生的是碱性的垢下腐蚀，那么还有可能产物里面的氢氧化亚铁和空气接触之后会发生以下变化，从白色产物变成红褐色产物，即:4Fe(OH)2+2H2O+02—4Fe(OH)3(2）阴极是未被沉积物覆盖的金属表面，其反应是:2H++2e—H2这个反应会生成氢气，氢气没有办法被阻拦，所以氢气就会混入水和水蒸气的混合物里面被带走，而仅发生这个反应时阴极也没有什么变化，所以也不好检测。【13】爆口处设计基本壁厚为10mm，测试爆口断面壁厚为4—10mm，局部壁厚有明显减薄现象。由于未发现明显腐蚀痕迹，而且到锅炉爆炸前的锅炉运行时间为半年，可以断定壁厚明显减薄非腐蚀所为.1.1.2水垢对传热的影响（d）钢管的金相检测（e）钢板的金相检测图3钢管钢板的金相分析Fig.3Metallographicanalysisofsteelpipesteelplate根据图（d），（e）对锅炉金属材料进行材料化验和金相组织分析后确认锅筒材质为20g，金相组织为铁素体和珠光体组织，成分和组织符合设计要求。从金相图分析，取样材料铁素体晶粒有增大现象，晶粒增大致使金属材料的强度有所下降。相比较于钢铁而言，水垢的导热系数要低很多很多，况且水垢的成分差距也很大，这同样会影响它的导热性能，所以为了研究导热系数，只能假设举例，就比如锅炉的对流管上的热量传递，有没有水垢对于导热系数的影响可以进行计算估算：表3水垢与锅炉导热系数对比Table.3Comparisonofthermalconductivitybetweenscaleandboiler水垢与锅炉钢导热系数对比成分导热系数/(W·m-1K-1)对比钢铁钢铁45.9-.68.91碳酸盐水垢0.59-6.791/120-1/7硫酸盐水垢0.61-1.11/120-1/16硅酸盐水垢0.060-0.2291/1200-1/200混合水垢0.79-0.3521/85-1/132Q=K·H·ΔT（1）K=11α1+δ1λ1+式中:Q——总换热量，J;K——总传热系数，W/(mK);H——总传热面积，;ΔT——传热温差，℃;α1、α2——分别为对流管烟气侧、水汽侧传热系数，W/(m2K);δ1、δ2——分别为管壁厚度和水垢厚度，mm;λ1、λ2——分别为钢管和水垢导热系数，W/(mK)。由式(1)和式(2)可知，在其他参数不变的情况下，水垢厚度δ2越大或水垢导热系数λ2越小，则总传热系数K越小，有效换热量Q越小。当存在1mm厚度水垢时，设相关参数为ΔT=(700-194)=506℃，δ1=0.005m，δ2=0.001m，钢管的导热系数λ1=58W/(mK)，水垢导热系数λ2=0.79W/(mK)，H=1m，α1=50W/m2K)α2=580OW/(m2K)，则Q有/Q无≈0.942，当水垢厚度为3mm，5mm，7mm时，该值分别为0.839，0.766，0.701。由此看来,同样的温差和加热设备工作状态下,有没有水垢的存在，水垢存在的数量都会影响到锅炉加热时整体的传热效率，水垢越多，导热性就越差，换热效率就越低，所以，锅炉内部堆积水垢时，锅炉的被加热的部位的传热性能会被水垢影响大大降低，这样一来，燃料燃烧后难免会残留的剩余热量也不能很有效率的传递出去，排不出去的热量全都留到烟气中去，大大增加了燃料的使用量，造成巨大的浪费，锅炉产生的蒸汽的品质也会大大降低，综上所述这个锅炉的整体效率也是要大打折扣1.1.3金属蠕变对锅炉的影响依据GB713-2008《锅炉和压力容器用钢板》，20g和20R合并为Q245R。分析西钢金属材料检验报告及原始资料的数据对比，锅筒材质符合设计制造要求。其各项力学性能见表4。表4Q245R不同温度下许用应力Table.4AllowablestressatdifferenttemperaturesofQ245R温度（C。）100150200250300350400425450许用应力（MPa）14714013111710898918561锅筒爆破口部位的壁厚测试表明其最小壁厚为4mm，仪表显示为0.82MPa，安全阀未启动状态（启动压力0.95MPa），可以初步判断压力达到0.82MPa时，锅筒壁厚减薄至4mm而达到结构及材料的极限位置发生爆炸。从断口形状宏观检查及金相分析结合判断为韧性断裂，由此反推此时许用应力及可能到达的温度范围。（3）当时，依据表4可以初步判断此时材料温度应在350~400℃。一般情况下，碳钢的最低蠕变温度为300~350℃，当锅筒底部受热区温度达到350~400℃时已经完全到达该金属材料的蠕变温度极限。据现场对比判断，事故锅炉经过半年时间的运行，结有水垢达5~15mm，致使锅筒下部受热辐射区局部过热。另锅炉排污管道由于清理不及时，排污管堵塞无法正常排污，一些淤泥等混合物也转化为泥渣，钢板的导热系数为45.9-68.9w/m·℃，水垢的导热系数比钢板的导热系数要小很多，这样即影响传热又导致锅筒局部区域材料过热蠕变变形积累。。由此初步推断，锅炉正常运行的过程中，由于水垢的堆积，有一部分部位温度急剧上升，材料的受到高温的影响，发生鼓包，材料在鼓包处变薄，由于变薄，材料承受不住压力，然后发生了断裂，然后锅炉内部的水汽混合物冲出，与外界大气压结合，压力迅速变化，又对断裂处造成二次伤害，裂口变得更大。现场对该炉的安全附件进行了仔细检查，检查后确认锅炉安全阀完好，安全阀限压1.25、1.27MPa,自动超压及连锁保护装置完好且限压为0.95MPa，压力表外观完整，指针无弯曲变形，水位计水联通、汽联通没有堵塞。因此,锅炉发生爆炸