一起水管式熱水鍋爐水循環(huán)事故分析

金永哲

摘要：鍋爐水循環(huán)是指鍋爐中的水和汽、水混合物在鍋爐蒸發(fā)受熱面的閉合回路中有規(guī)律的、連續(xù)的循環(huán)流動(dòng)，又叫鍋內(nèi)水循環(huán)。水循環(huán)的作用是帶走火焰，使?fàn)t膛內(nèi)大量的熱被吸收，在受熱面另一側(cè)加熱水以致產(chǎn)生蒸汽。因此，水循環(huán)是熱交換的必要條件。另外水循環(huán)可防止結(jié)垢。鍋爐水循環(huán)又可分為自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)兩種。依靠鍋內(nèi)水和汽、水混合物的密度差所造成的水循環(huán)稱自然循環(huán)；依靠水泵機(jī)械力的作用迫使水和汽、水混合物進(jìn)行的水循環(huán)稱為強(qiáng)制循環(huán)。鍋內(nèi)水循環(huán)工況的正常與否，在很大程度上決定了鍋爐運(yùn)行的安全可靠性。如果鍋內(nèi)水循環(huán)工況不良，就會(huì)使鍋爐局部受熱面上的金屬管壁由于過熱而降低溫度，當(dāng)管壁承受不了管內(nèi)壓力作用時(shí)，就有破裂的危險(xiǎn)?？梢婂亙?nèi)水循環(huán)對鍋爐設(shè)備的安全運(yùn)行具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：熱水鍋爐水循環(huán)

我市某單位一臺SZW2.8—0.7/95/70—11型鍋爐經(jīng)過兩個(gè)采暖期的運(yùn)行，左側(cè)一根水冷壁管約1m高處迎火面爆管，左、右、后水冷壁管有不同程度的堵管、漲粗、變形。用戶只更換了爆管的水冷壁管，又經(jīng)過一個(gè)采暖期的運(yùn)行，2根后拱管上部迎火面爆管，1根最左側(cè)后墻管上部迎火面開裂，爆管破口的形狀相仿，破口處直徑稍有脹粗，內(nèi)壁干凈，但上部結(jié)垢厚度達(dá)5mm之多，外表有氧化皮，邊緣不太尖銳，厚度約0.4mm，開裂管的裂口長約70mm，寬約0.5mm，裂口方向基本沿管子的軸向，外表氧化嚴(yán)重，裂口上部約400mm的范圍內(nèi)管徑明顯脹粗，最粗處管徑脹粗約10mm，內(nèi)壁有厚度為3mm的堅(jiān)硬水垢，左側(cè)2根水冷壁管和右側(cè)7根水冷壁管的頂棚管彎曲變形40～60mm，右側(cè)變形的3根水冷壁管外表有明顯的過熱、過燒痕跡，用檢驗(yàn)錘敲擊聲音沉悶，直徑脹粗2—3mm，對流管束尚無明顯損壞，少數(shù)管外表稍有過熱氧化產(chǎn)生的灰白色。

該爐的結(jié)構(gòu)為雙鍋筒縱置式往復(fù)爐排水管鍋爐，采用偏置式爐膛的三回程煙氣流動(dòng)方式。其水循環(huán)流程是：回水由位于上鍋筒后端的進(jìn)水分配管底部開空引入左側(cè)水室后，分三個(gè)循環(huán)；1、前下降管一前下集箱一前水冷壁管一上鍋筒的前上集箱；2、前、后下降管一右下集箱一右水冷壁管；3、右對流管束一下鍋筒，此循環(huán)又分三條支路，一是流入右側(cè)對流管束，二是經(jīng)兩根水平短接管一左下集箱一左水冷壁管，三是經(jīng)下鍋筒的后下集箱一后拱管和后墻管一上鍋筒的后上集箱。以上所有循環(huán)最終都匯入上鍋筒右側(cè)水室，并由出水匯集管上部的兩排短接管匯集后從上鍋筒后端離開鍋爐。上、下鍋簡直徑為中800×12mm，進(jìn)水分配管和出水匯集管直徑均為φ133×5mm，水冷壁管和對流管束直徑均為φ51×5mm，右水冷壁管前、后兩根下降管直徑均為φ133×5mm，前水冷壁管的下降管直徑為φ108×5mm，集箱直徑為φ159×6mm。

經(jīng)調(diào)查，該鍋爐正常點(diǎn)火啟爐升溫至出水溫度(80—90℃)的時(shí)間用時(shí)較長，需25小時(shí)左右，通常出水溫度為80℃，回水50℃，工作壓力0.45MPa。因此，可排除事故原因與操作運(yùn)行有關(guān)。

經(jīng)開爐檢驗(yàn)，認(rèn)為該鍋爐在配水結(jié)構(gòu)上有很多不當(dāng)之處。首先，進(jìn)水分配管前部末端用盲板封死，此處與前下降管管口水平相距約200mm，后部也沒有對后下降管管口專門開孔，僅在進(jìn)水管底部開有三排孔，與左側(cè)對流管束相對應(yīng)，但距離較遠(yuǎn)，相距200mm以上。其次，進(jìn)出水管僅用高度為350mm的隔板隔開，隔板頂部基本與進(jìn)出水管管口頂部齊平。因此，回水進(jìn)入上鍋筒左水室后，有三種流向，一是流入前后三根下降管：二是流入左側(cè)對流管束；三是越過隔板直接流入出水管形成短路，因這一流向水阻力小，因此，部分回水未經(jīng)循環(huán)加熱就直接進(jìn)入出水管。導(dǎo)致出水溫度低，即使反復(fù)加熱也不能達(dá)到要求，造成損失，浪費(fèi)能源?；厮杏卸嗌偈橇魅肭?、后三根下降管和左對流管束的都難以計(jì)算，相應(yīng)的受熱面中的水的流速也是難以計(jì)算的。回水進(jìn)入下鍋筒后，由于下鍋筒內(nèi)沒有任何隔板，很容易直接經(jīng)右側(cè)對流管束又回到上鍋筒右側(cè)水室，因此，下鍋筒回水中又有多少是流向左、右下集箱的也是難以計(jì)算的?？傊?，這樣的配水結(jié)構(gòu)不能保證給水冷壁管提供可靠供水，致使因水冷壁管中水流速過低而產(chǎn)生冷沸騰，最終導(dǎo)致堵管、脹粗、彎曲、變形、過熱、過燒甚至開裂或爆管。

為確保水冷壁管的可靠供水及正常運(yùn)行，要求使用、維修單位對該陸的水循環(huán)系統(tǒng)做如下幾項(xiàng)改進(jìn)。①改進(jìn)進(jìn)水分配管開孔結(jié)構(gòu)，在進(jìn)水分配管前、后兩端引出接管直接插入前、后三根下降管管口，以確保對前、后水冷壁管的可靠供水。②改進(jìn)進(jìn)、出水管間隔板結(jié)構(gòu)，增加一塊水平隔板，盡量減少進(jìn)、出水之間的短路，迫使回水經(jīng)左對流管束流向下鍋筒。③在下鍋筒左下降與右上升對流管束之間增加一塊長、寬適當(dāng)?shù)纳晕⑾蛴覂A斜的垂直隔板，以避免下降回水直接流入上升的右對流管束，迫使部分下降回水流向左下和后下集箱，確保左水冷壁管、后拱管、后墻管的可靠供水。

由于各種水管式熱水鍋爐的配水結(jié)構(gòu)均不同，對于強(qiáng)制循環(huán)鍋爐的鍋筒內(nèi)不能完全按預(yù)定流向流動(dòng)時(shí)，就會(huì)同時(shí)存在強(qiáng)制和自然循環(huán)兩種循環(huán)方式，這種情況是很難建立起一個(gè)普遍適用的供水動(dòng)力計(jì)算數(shù)學(xué)模型的，簡單的按強(qiáng)制循環(huán)或自然循環(huán)做水動(dòng)力計(jì)算是不適當(dāng)?shù)?。在該爐型中，既不能把總回水量按左側(cè)對流管束和前、后三根下降管的流通面積分配后做強(qiáng)制循環(huán)的水動(dòng)力計(jì)算，也不能按自然循環(huán)對水冷壁管系統(tǒng)做水動(dòng)力計(jì)算。另外，在同時(shí)存在強(qiáng)制循環(huán)和自然循環(huán)的水系統(tǒng)中。自然循環(huán)所具有的自補(bǔ)償特性極不明顯，即熱負(fù)荷越高，受熱面管子中水的流速并不隨之增加，因而不能確保受熱面管子的可靠冷卻而導(dǎo)致過冷沸騰。這種現(xiàn)象在管子內(nèi)水流速設(shè)計(jì)不當(dāng)時(shí)應(yīng)特別引起注意，設(shè)計(jì)中一定要避免配水流向不清的結(jié)構(gòu)。使鍋爐的結(jié)構(gòu)更加合理。

事故留下的思考：①對鍋爐設(shè)計(jì)應(yīng)有必要的質(zhì)量監(jiān)督，以防設(shè)計(jì)缺陷影響運(yùn)行安全。②對鍋爐這種強(qiáng)制管理的設(shè)備在安裝質(zhì)量監(jiān)督方面應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)督。③運(yùn)行人員應(yīng)加強(qiáng)對膨脹的監(jiān)督。運(yùn)行人員往往對鍋爐膨脹指示器的作用重視不夠，啟動(dòng)過程中操作人員很少注意鍋爐的膨脹情況，也不做膨脹記錄，殊不知鍋爐膨脹指示器不僅反映了鍋爐受熱面膨脹是否受阻，而且還反映了鍋爐各受熟面的水循環(huán)情況。膨脹情況是指導(dǎo)鍋爐安全運(yùn)行的重要依據(jù)。④做好設(shè)備的全過程管理工作，嚴(yán)格按照規(guī)程辦事是防止同類事故發(fā)生的最根本辦法。