對鍋爐爆管事故的分析和處理

叢艷輝

【摘 要】通過對一臺發(fā)生爆管鍋爐割管的檢驗(yàn)，認(rèn)為該凝渣管爆管是由于下降管設(shè)計(jì)不合理，上升管、下降管截面比偏離設(shè)計(jì)要求，后墻水冷壁管受熱強(qiáng)，彎頭數(shù)量多，局部阻力過大，造成管子內(nèi)部完全汽化，形成自由水面，導(dǎo)致傳熱惡化管子發(fā)生過熱、變形和熱疲勞裂紋，造成管子開裂失效，對此，提出技術(shù)改造措施。

【關(guān)鍵詞】鍋爐 分析 處理

一、事故的概況及經(jīng)過

2005年，本市某工廠，一臺SHL20—1.25-AII型蒸汽鍋爐爐膛水冷壁管發(fā)生爆管事故。受該廠邀請，我單位派員到事故現(xiàn)場進(jìn)行了事故調(diào)查分析。鍋爐的技術(shù)規(guī)范如下：額定蒸發(fā)量20噸／時(shí)，額定蒸汽壓力：l.25Mpa，額定蒸汽溫度194℃，（飽和）給水溫度60℃，燃燒方式鏈條爐排層燃。

該工廠于1984年安裝了由北京某鍋爐廠制造的2臺SHL20—1.25-All型鍋爐，投產(chǎn)20多年來，這2臺鍋爐在爐膛出口煙窗部位的第一排凝渣管（共18根管）處，經(jīng)常因變形逃漏、爆管而頻繁進(jìn)行檢修。通常每三年要徹底進(jìn)行大修一次。特別是在2005年年初一號鍋爐大修時(shí)，更換了由有資質(zhì)的正規(guī)鍋爐制造廠制造且經(jīng)檢驗(yàn)合格的全部受熱面管子，但運(yùn)行了半年突然發(fā)生爆管。爆管部位導(dǎo)鍋爐后墻爐膛出煙窗的隔火墻數(shù)起的第10號管。該根管的迎火面有一橫向55毫米、寬35毫米、高I0毫米的鼓皰，鼓皰的頂點(diǎn)裂開一橫向長40毫米、寬2毫米的裂口。在爆破口處附近的500毫米管段內(nèi)，還有五處小鼓包，迎火面有三個(gè)，背火面有兩個(gè)。這些鼓皰都是橫向的，長70—80毫米、寬15毫米，高5－6毫米，外觀很象彎管時(shí)的波浪度。此外，第一排凝渣管的其余15根管全部在同一管段部位向后方彎曲變形，個(gè)別管也有小的鼓皰，過熱變形管段長約2米，最大彎曲度為295毫米，這部分管段的管徑

由直徑70毫米，不同程度脹粗達(dá)直徑74-直徑77.5毫米。

二、事故原因分析

經(jīng)割管檢查，管壁有不同程度的變薄，內(nèi)壁也有過燒的顏色，凡是變薄處呈灰黑色與酸洗后相似，其余管壁還有些氧化鐵類附著物，附著物上有片狀白色鹽類。對爆管采樣進(jìn)行金相和機(jī)械性能試驗(yàn)，金相組織為珠光體加鐵素體，并有輕微過燒、機(jī)械性能比正常降低20％左右。根據(jù)現(xiàn)場情況，我們對改鍋爐進(jìn)行了全面檢查和分析，認(rèn)為造成管子過熱，發(fā)生變形、爆管的原因主要是：

1.循環(huán)回路設(shè)計(jì)不合理，受熱面得不到充分的冷卻

該鍋爐左右爐膛水冷壁的受熱面都是上鍋筒引出的下降管供水，通過計(jì)算，下降管與上升管的截面比都在30％左右，回路的循環(huán)高度差大，下降管都布置在爐墻外面，絕熱可靠，因而循環(huán)比較可靠，受熱面沒有發(fā)生過因?yàn)樗h(huán)故障引起的缺水變形等現(xiàn)象。而后拱管和后墻水冷壁管水冷壁集箱的下降管由于結(jié)構(gòu)原因，設(shè)置在下鍋筒上，通過兩根Φ89的管子為35根Φ513X3.5的后拱管和后培管供水，下降管與上升管的截面比為19％，下降管截面積偏小，后拱管后是后墻和上部凝渣管，管子彎頭數(shù)量多，受熱面積大，受熱較強(qiáng)，雖然其循環(huán)回路本身是循環(huán)回路，但是凌回路由下鍋筒供水，水溫較高，同時(shí)與對流管束一起形成了復(fù)雜的循環(huán)回路，后排凝渣管由于從后墻直接引到鍋筒，沒有向前延伸成為棋管，在煙窗處也沒有向前延伸彎曲，水循環(huán)阻力小，循環(huán)比較可靠，沒有發(fā)生因冷卻不良導(dǎo)致的變形，而拱管由于彎頭數(shù)量多，循環(huán)阻力大，水分配少，造成管內(nèi)水完全汽化，管于內(nèi)部結(jié)水垢，破壞了冷卻條件，造成管于局部過熱變形，直至開裂。

2.由于循環(huán)停滯，形成自由水面

由于第一排凝渣管供水量不足，管內(nèi)循環(huán)水完全汽化，在管內(nèi)形成自由水面，汽水分界面上冷卻不足，管于壁溫高，甚至超過鋼材的允許使用溫度，發(fā)生過熱和脹粗；而分界線下部，管壁溫度接于介質(zhì)的飽和溫度；所以在汽水分界線處形成溫度應(yīng)力。在運(yùn)行情況下，自由水面是上下波動(dòng)的，因而溫度應(yīng)力屬于交變的應(yīng)力，達(dá)到疲勞極限后，就會產(chǎn)生疲勞破壞。該鍋爐的管子發(fā)生的脹粗是由于管內(nèi)水完全蒸發(fā)汽化，自由水面之上停滯的蒸汽被外部高溫?zé)煔猓ɑ鹧妫┘訜岢蔀檫^熱蒸汽，當(dāng)過熱蒸汽溫度達(dá)到500℃以上時(shí)，造成強(qiáng)度降低發(fā)生的過熱變形和脹粗或鼓包，同時(shí)高溫蒸汽對碳鋼生汽水腐蝕，使管壁變薄；由于管于內(nèi)部發(fā)生完全汽化，即便是鍋爐用水完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但是水中溶解的殘余硬度包括鹽份在蒸發(fā)時(shí)也會濃縮析出，在管內(nèi)壁形成水垢，進(jìn)一步增加管子傳熱的阻力，使受熱面管壁超溫，加劇了管子的變形，脹粗和高溫氧化腐蝕。

3.鍋爐的排污結(jié)構(gòu)不合理

蒸汽鍋爐的排污操作是保護(hù)受熱面管于水循環(huán)可靠性的一個(gè)重要操作環(huán)節(jié)。按照通常的規(guī)定每班不許排污一次。并且操作也應(yīng)該符合相應(yīng)的規(guī)定。該鍋爐的后墻水冷壁由于結(jié)構(gòu)原因只能在爐墻兩側(cè)設(shè)置，該鍋爐的右側(cè)只設(shè)置了一個(gè)Dn25的排污閥，為了可以關(guān)閉嚴(yán)密，其中的一個(gè)閥門采用的是J4lH－16CD的截止閥，在《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中規(guī)定排污應(yīng)采用l閘閥，斜截止閥，該鍋爐中采用的截止閥違反了《蒸鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定，排污阻力大；由于鍋爐寬度在4米多，只在單側(cè)設(shè)置排污，很難把集箱內(nèi)沉積的雜物排除。同時(shí)現(xiàn)場操作人員不全是經(jīng)過考試合格的鍋爐操作人員，不了解排污的具體規(guī)定，對排污的操作也不很熟練，在內(nèi)部檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，集箱內(nèi)部的沉積物高度超過集箱內(nèi)直徑的三分之一，由于沉積物的存在，縮小了集箱的流通截面積，嚴(yán)重影響水冷壁管子的供水。

三、處理措施

1.把集箱加長，從土鍋筒冷水區(qū)兩側(cè)爐墻外引出下降管。

2.加大下降管管直徑，由原來的Φ89增加到Φ108，下降管與上升管的截面比有原來的19％增加到29.5％，接近與正常設(shè)計(jì)的常規(guī)數(shù)據(jù)。

3.全面更換后墻水冷壁，把彎管直徑由原來的R160增加到R300，降低了水冷壁管的局部阻力。

4.后拱管上部分采取耐火涂層保護(hù)，降低了后墻管的受熱面積，避免內(nèi)部因吸熱量大完全汽化。

5.把排污管由單側(cè)設(shè)置改為雙側(cè)設(shè)置，在集箱內(nèi)設(shè)置了排污吸管，按照內(nèi)部裝置實(shí)際的規(guī)定，對吸污管的開孔進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算，且把排污管徑加大到Dn40，全部采用串聯(lián)的排污閥。

6.建立鍋爐操作的各項(xiàng)管理制度，全面使用經(jīng)過正規(guī)培訓(xùn)的有操作經(jīng)驗(yàn)的鍋爐司爐人員，避免因操作失誤造成事故隱患。