鍋爐煙管泄漏事故的原因分析及處理

李芳

（湖南省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院常德分院，湖南 常德 415000）

1 事故概況

1．1 事故經(jīng)過(guò)

接報(bào)告一臺(tái)鍋爐發(fā)生煙管泄漏事故的報(bào)告：該廠一臺(tái)35t/h燃油燃?xì)忮仩t在正常運(yùn)行過(guò)程中因發(fā)生煙管泄漏而產(chǎn)生極低水位自動(dòng)停爐。據(jù)介紹，該鍋爐曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)保溫層外大量滲水的現(xiàn)象，后煙箱外側(cè)，以及右側(cè)人孔處還有流水的痕跡。發(fā)生泄漏時(shí)其他設(shè)備運(yùn)行正常。

1．2 鍋爐基本情況

該鍋爐由德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)鍋爐廠制造，鍋爐型號(hào)為HD01 35000，設(shè)計(jì)壓力1.65MPa，額定蒸發(fā)量35t/h。為全自動(dòng)油氣兩用蒸汽鍋爐，屬于雙爐膽、雙燃燒器、上下三回程濕背式鍋爐，尾部煙箱上部裝有節(jié)能器。該鍋爐正式投入使用，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間2754h。鍋爐主體材質(zhì)為P295GH，煙管規(guī)格為φ89×3mm，鍋筒長(zhǎng)度7056mm，外徑4200mm，爐膽長(zhǎng)度6196mm，內(nèi)徑1615mm。該鍋爐原始技術(shù)資料齊全，是一種定型產(chǎn)品，并進(jìn)行了進(jìn)出口鍋爐產(chǎn)品的安全性能監(jiān)督檢驗(yàn)，結(jié)論為合格產(chǎn)品。

2 事故檢驗(yàn)

2．1 破口煙管宏觀檢查

通過(guò)對(duì)泄漏煙管的宏觀觀察發(fā)現(xiàn)，煙管?chē)?yán)重腐蝕減薄的管段位于第三回程最下部，高于后煙箱底部約10mm的兩根煙管，且是煙管底部腐蝕嚴(yán)重，上部腐蝕程度較小。破口位置位于右側(cè)煙管距后管板約30mm內(nèi)，破口處金屬壁向管內(nèi)側(cè)變形，且內(nèi)表面均呈現(xiàn)明顯的潰瘍狀，有很?chē)?yán)重的腐蝕現(xiàn)象，在破口部位附近有大量的垢渣堆積，如圖1。相對(duì)應(yīng)左側(cè)煙管沒(méi)有破口，但內(nèi)表面現(xiàn)象與右側(cè)一樣，也存在嚴(yán)重的腐蝕痕跡。

圖1 右側(cè)底部煙管

圖2 后煙箱銹垢照片

2．2 煙管測(cè)厚情況（圖3、4）

根據(jù)測(cè)厚情況可知，煙管底部靠近后管板管段有明顯的減薄，且管子底部減薄嚴(yán)重，遠(yuǎn)離破口朝前管板方向呈增厚趨勢(shì)。另右側(cè)煙管破口周?chē)挥?.0mm，顯然破口處壁厚會(huì)更小，此厚度難以滿足管外側(cè)水壓力時(shí)即會(huì)短時(shí)間破裂。另對(duì)與其相鄰及其它煙管進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常情況。

2．3 煙管內(nèi)壁檢查

煙管內(nèi)壁檢查發(fā)現(xiàn)，第三回程最底部的兩根破壞煙管減薄部位的表面均呈現(xiàn)明顯的潰瘍狀，底部有較多水垢且有明顯流水痕跡，而其他未破壞煙管內(nèi)壁，經(jīng)檢查沒(méi)有腐蝕現(xiàn)象，也無(wú)明顯垢樣存在。

2．4 后煙箱檢查

對(duì)鍋爐尾部煙箱檢查發(fā)現(xiàn)，煙箱底部為一塊整鋼板，周?chē)媚突鸩牧掀鲋桑敳縿t為通往節(jié)能器的出口，排水管口處于后煙箱的正中部，排水管伸出煙箱底部鋼板15mm，與煙箱底板直接用角焊縫連接，煙箱底部排水管的水平高度高于第三回程最低的兩根煙管，即已經(jīng)嚴(yán)重腐蝕且有流水痕跡的兩根煙管?，F(xiàn)場(chǎng)后煙箱還存在積水，不能完全從排水管排出，從觀察其積水線痕跡判斷，平常的其積水深度應(yīng)在30mm左右，對(duì)積水進(jìn)行PH值測(cè)試約為4.0。檢查排水管發(fā)現(xiàn)，排水管閥門(mén)設(shè)置在距離地面二米多高的部位，排水管在煙箱底部轉(zhuǎn)了幾個(gè)彎，已被從節(jié)能器上掉下來(lái)的一些附著物堵塞。煙箱內(nèi)壁、管板外壁、以及節(jié)能器底面有大量的銹垢存在，如圖2。

圖3 右側(cè)煙管測(cè)厚示意圖

圖4 左側(cè)煙管測(cè)厚示意圖

2．5 垢樣成分分析

取了煙管內(nèi)以及后煙箱內(nèi)的垢樣進(jìn)行化學(xué)分析，垢樣主要由鐵的氧化物和鐵的亞硫酸鹽以及其硫酸鹽組成，這些產(chǎn)物是典型的煙氣腐蝕的產(chǎn)物。

3 原因分析

3．1 天然氣成分及燃燒原理

根據(jù)來(lái)源不同，天然氣主要有氣井氣、油田伴生氣、礦井氣。

該鍋爐使用的是氣井氣，主要成分為：CH4（98.0%）、C3H8（0.3%）、C4H10（0.3%）、CnHm（0.4%）、N2（1.0%），其燃燒反應(yīng)方程式為：CnHm+O2→CO2+H2O，煙氣中將含有大量水蒸氣。而煙氣中水的露點(diǎn)為煙氣中水蒸汽分壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度，查水蒸氣性質(zhì)表可知約為60～70℃，而節(jié)能器中水的溫度遠(yuǎn)低于水蒸氣的露點(diǎn)，容易造成大量的冷凝水。

3．2 煙氣腐蝕機(jī)理分析

一般認(rèn)為，對(duì)于鍋爐尾部煙氣的腐蝕屬于露點(diǎn)腐蝕。燃料中通常含有一定量的硫，由于燃燒生成SO2氣體和少量SO3氣體，這樣氣體與煙氣中的水分結(jié)合生成硫酸蒸汽。使煙氣中硫酸蒸汽結(jié)露的溫度稱為煙氣的酸露點(diǎn)（即煙氣露點(diǎn)），在處于露點(diǎn)以下的金屬表面凝結(jié)并腐蝕金屬，轉(zhuǎn)變過(guò) 程 如 下 ∶S+O2→ SO2,SO2+O2→ SO3,SO2+H2O→ H2SO3，SO3+H2O → H2SO4。

3．3 煙管腐蝕破壞產(chǎn)生原因分析

由鍋爐煙管及尾部煙箱內(nèi)垢樣的分析我們可以推斷，燃料燃燒產(chǎn)生了大量的SO2氣體，而在煙氣中水蒸氣的露點(diǎn)遠(yuǎn)高于節(jié)能器中水的溫度時(shí)，隨水蒸氣一起冷凝形成中強(qiáng)酸，對(duì)鍋爐形成嚴(yán)重腐蝕，這說(shuō)明天然氣的含硫量很高。由此，鍋爐尾部煙箱內(nèi)形成高濃度的酸性冷凝水，這樣就對(duì)鍋爐煙管的快速腐蝕創(chuàng)造了先決條件。

根據(jù)泄漏煙管只有第三回程對(duì)稱分布最低位置的兩根被嚴(yán)重腐蝕，而其他煙管沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的腐蝕，由此可知煙管泄漏與其所處位置有關(guān)。再由后煙箱的檢查，煙箱底部排水管的水平高度高于第三回程最低的兩根煙管，且排水管彎管設(shè)置多，排水閥門(mén)不方便操作，這樣使得在鍋爐運(yùn)行的過(guò)程中形成的冷凝水無(wú)法順利排出，從而倒流入煙管內(nèi)并造成了腐蝕，這是此次煙管泄漏的直接原因。

使用單位發(fā)現(xiàn)鍋爐大量冷凝水泄漏，出現(xiàn)異常狀況后，沒(méi)有引起足夠的重視，在情況不明的情況下仍然強(qiáng)行運(yùn)行，這也是該鍋爐事故的原因之一。

4 處理措施

依據(jù)以上對(duì)該事故原因調(diào)查和分析，為防止事故再次發(fā)生，除了按國(guó)家的法律法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求更換底部?jī)筛鶡煿苤猓€制定以下處理措施。

（1）對(duì)煙箱底部加以改進(jìn)，將平底改為漏斗狀，排水管處于漏斗的最低處，對(duì)節(jié)能器的底部也采取相同的方法，以確保煙箱內(nèi)和節(jié)能器的冷凝水能徹底自由排出。

（2）對(duì)排水管的轉(zhuǎn)彎位置，由原來(lái)的彎頭改為三通，以便在排水管發(fā)生堵塞時(shí)能及時(shí)進(jìn)行疏通，確保排水管的暢通；并將排水閥門(mén)設(shè)置于地面高度約1m的位置，從而方便司爐工進(jìn)行排水操作。

（3）加強(qiáng)對(duì)天然氣的脫硫脫水處理，減少燃料中的硫分，抑制二氧化硫及三氧化硫的產(chǎn)生，從根本上解決硫酸露點(diǎn)腐蝕問(wèn)題。

通過(guò)采取了上述措施進(jìn)行改造以后，后煙箱再?zèng)]有發(fā)現(xiàn)有冷凝水的滲漏現(xiàn)象；對(duì)該鍋爐重新進(jìn)行了檢查，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有異常情況。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)此事故的調(diào)查和分析，原本這是不應(yīng)該發(fā)生的事故，從這件事上就可以看出，無(wú)論是安裝還是檢驗(yàn)和使用上都或多或少地輕視了排水管的作用，也就忽視監(jiān)督，從而造成不良后果。通過(guò)此案例，要得到以下警訓(xùn)：

細(xì)節(jié)決定成敗 。特種設(shè)備安全管理工作是一項(xiàng)極其嚴(yán)謹(jǐn)而科學(xué)的，容不得半點(diǎn)虛偽和疏忽，任何環(huán)節(jié)，各部門(mén)都肩負(fù)各自的安全責(zé)任，任何過(guò)錯(cuò)都可能給人民的生命財(cái)產(chǎn)造成損失甚至災(zāi)難，我們要時(shí)刻繃緊安全這根弦，讓安全的警鐘在耳邊長(zhǎng)鳴，為特種設(shè)備安全高效運(yùn)行作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。