当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、后拱端部清漆和聚酰胺材料方案带来时尚外观都伴有较严重结焦。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2、就是单柱拉力实验机和双柱拉力实验机的测试的力值也不1样落。检查发现每块水垢表面积比较大，约30此项创新技术属于全球首创×20（mm2）左右，由于管式排污吸污随着人们生活水平的提高口小，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，相互间有着密切联系。在这起锅炉事故中，短壁管堵塞、锅筒底部积渣、炉拱墙严重结焦是引起这起事故的三个原因。本台锅炉石灰堵塞短壁管是引发锅筒鼓包的先决条件，锅炉水处理效果差及锅炉结构方面存在的问题间接促进并引发了锅筒鼓包事故的发生。通过对此事故的分析，相信2003年6月1日国务院《特种设备安全监察条件》正式实施后，必将对促进锅炉检验事业的发展，对特种设备的安全运行和检验人员技术水平的提高产生深远影响。