熱水鍋爐防汽化及防止產(chǎn)生水擊的措施研究

王耀國

摘 要：熱水鍋爐系統(tǒng)在正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)突遇停電會(huì)使得整個(gè)供水系統(tǒng)產(chǎn)生汽化現(xiàn)象，從而形成水擊破壞整個(gè)供水系統(tǒng)，造成嚴(yán)重的安全事故。筆者有著多年熱水鍋爐車間的工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對本單位的熱水鍋爐汽化及產(chǎn)生水擊的現(xiàn)象進(jìn)行分析，并提出了改進(jìn)的防汽化對策，希望可以對其他的熱水鍋爐防汽化研究提供參考。

關(guān)鍵詞：熱水鍋爐；防汽化；水擊；措施

中圖分類號：TK284.7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）01-0085-02

Abstract： The sudden blackout of the hot water boiler system in normal operation will cause vaporization of the whole water supply system， so that water hammer will destroy the whole water supply system and cause serious safety accidents. The author has many years of practical experience in the hot water boiler workshop. This paper analyzes the phenomena of vaporization and water hammer of the hot water boiler in our unit， and puts forward some improved countermeasures for preventing vaporization. It is hoped that it can be used as a reference for other research on preventing vaporization of hot water boiler.

Keywords： hot water boiler； anti-vaporization； water hammer； measures

熱水鍋爐對于蒸汽鍋爐來講，具有使用廣、投資小等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)前在很多的采暖系統(tǒng)當(dāng)中都大量應(yīng)用著。熱水鍋爐在運(yùn)行的過程當(dāng)中要非常注意安全問題，保障運(yùn)行系統(tǒng)中的溫度和壓力適當(dāng)不能超標(biāo)，如果發(fā)生汽化現(xiàn)象就會(huì)引起水擊，從而造成鍋爐系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生損壞進(jìn)而引發(fā)安全事故的發(fā)生。在熱水鍋爐的使用過程中，做好防汽化現(xiàn)象的發(fā)生以及做好正常的預(yù)防和處理方案是保證其安全運(yùn)行的關(guān)鍵。但是當(dāng)前熱水鍋爐提供的相關(guān)培訓(xùn)教材對于熱水鍋爐安全運(yùn)行的資料都比較片面，沒有實(shí)用性，不能在現(xiàn)場做好相關(guān)處理工作。本文作者有著多年熱水鍋爐車間的工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對本單位的熱水鍋爐汽化及產(chǎn)生水擊的現(xiàn)象進(jìn)行分析，并提出了改進(jìn)的防汽化水擊對策，希望可以對熱水鍋爐的正常運(yùn)行工作起到一定的保障作用。

1 熱水鍋爐汽化的危害分析

熱水鍋爐在其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中沒有預(yù)留大的汽水空間，所以當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)汽化現(xiàn)象時(shí)，熱水鍋爐產(chǎn)生的蒸汽將與熱水混合出現(xiàn)，兩相進(jìn)行流動(dòng)匯合。但是蒸汽的比容大、流速快、且其處于空間的上層，導(dǎo)致下部的熱水的流動(dòng)產(chǎn)生阻塞現(xiàn)象，從而破壞整個(gè)熱水鍋爐的水循環(huán)過程。水循環(huán)過程的不順利又反過來作用于系統(tǒng)，導(dǎo)致其汽化現(xiàn)象加劇，促使熱水鍋爐的安全事故更加嚴(yán)重。

熱水鍋爐汽化后產(chǎn)生的危害主要有：

（1）引起鍋爐爆管

熱水鍋爐發(fā)生汽化現(xiàn)象后，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)后的水質(zhì)產(chǎn)生水垢導(dǎo)致傳熱不便，進(jìn)而使得鍋爐因傳熱問題產(chǎn)生爆管事故。

（2）引起振動(dòng)

鍋爐系統(tǒng)產(chǎn)生汽化后，隨著汽化情況的形成和加劇就會(huì)產(chǎn)生汽的擾動(dòng)，其頻率如果同鍋爐系統(tǒng)自身的頻率相同，將會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象，使得通水的管路遭到破壞。

（3）產(chǎn)生水擊

汽化現(xiàn)象所形成的汽化蒸汽一旦進(jìn)入管路，會(huì)迅速凝結(jié)，而導(dǎo)致其周圍的水分運(yùn)動(dòng)加速進(jìn)行補(bǔ)充的過程，在宏觀上就會(huì)有很強(qiáng)烈的沖擊現(xiàn)象的發(fā)生，對管壁造成損傷，并發(fā)生很大的響聲，這種水擊長時(shí)間持續(xù)，就容易破壞管路。

（4）誘發(fā)爆炸事故

如果熱水鍋爐的汽化現(xiàn)象不能及時(shí)停止，其形成汽化部位的金屬管道壁的溫度就會(huì)急劇升高，從而造成其強(qiáng)度和抗壓力下降。持續(xù)不斷的汽化現(xiàn)象會(huì)造成鍋爐系統(tǒng)中形成高溫、高壓環(huán)境，最后還可形成超壓環(huán)境，這都能造成鍋爐發(fā)生強(qiáng)烈的爆炸事故。

2 熱水鍋爐車間的工作運(yùn)行現(xiàn)狀

單位熱水鍋爐車間有DHL2500-16型熱水鍋爐4臺(tái)，運(yùn)行出水溫度一般在90°以上，運(yùn)行壓力0.5MPa。正常工作狀態(tài)都可以滿足單位的供水要求。但是單位因故會(huì)發(fā)生停電現(xiàn)象，熱水鍋爐系統(tǒng)在停電后會(huì)產(chǎn)生汽化現(xiàn)象并產(chǎn)生水擊，給整個(gè)熱水鍋爐供水系統(tǒng)造成很大的危害。在熱水鍋爐系統(tǒng)發(fā)生汽化后都需要停止其工作運(yùn)行，對事故進(jìn)行處理，其處理時(shí)間平均在6小時(shí)左右，在冬季停爐時(shí)間長會(huì)造成供熱管網(wǎng)凍裂事故，給整個(gè)供熱系統(tǒng)造成了很大的損失，也會(huì)影響到單位其他部門的生活和工作。

熱水鍋爐在其供電正常的情況下，會(huì)按事先設(shè)定的規(guī)范進(jìn)行工作。如果突然停電，系統(tǒng)中的循環(huán)泵因無電而不能工作，其整個(gè)熱水鍋爐系統(tǒng)中的水循環(huán)就遭到了破壞。在此狀態(tài)下，燃燒室中預(yù)存的燃料不能立即熄滅。燃燒室前后拱及爐墻仍處于高溫狀態(tài)，蓄熱量很大，放出很大的熱量，所以停電后受熱面仍能維持相當(dāng)大的熱負(fù)荷。但此時(shí)介質(zhì)在受熱面內(nèi)吸收的熱量不能及時(shí)輸送到熱網(wǎng)中，而是提高了自身的熱焓最后發(fā)生汽化現(xiàn)象。停電后鍋內(nèi)仍可以保持較弱的自然循環(huán)流動(dòng)，因此發(fā)生汽化時(shí)間較長。但對于強(qiáng)制循環(huán)的熱水鍋爐，本身水容量小，停電后水循環(huán)隨即停止，管內(nèi)的工質(zhì)處于停止?fàn)顟B(tài)，便會(huì)很快發(fā)生汽化，將導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生水擊，隨時(shí)都有可能發(fā)生安全爆炸事故，應(yīng)該要引起重視。endprint

3 熱水鍋爐系統(tǒng)汽化及水擊現(xiàn)象產(chǎn)生的原因分析

公司組織技術(shù)人員對熱水鍋爐系統(tǒng)的整體情況及汽化及水擊現(xiàn)象進(jìn)行分析，總結(jié)，對發(fā)生汽化及水擊現(xiàn)象進(jìn)行原因的分析，為后期的改造提供相應(yīng)的依據(jù)。

3.1 熱水鍋爐車間供電系統(tǒng)不穩(wěn)

當(dāng)前DHL2500-16型熱水鍋爐4臺(tái)，都處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)。因供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不是很合理，前期沒有考慮雙回路供電，所以常常會(huì)因供電系統(tǒng)故障造成停電事件。還有就是常因供電系統(tǒng)不穩(wěn)造成“閃停”后，鍋爐循環(huán)泵由于是降壓啟動(dòng)方式不能立即啟動(dòng)，從而也會(huì)造成鍋爐汽化，從而影響到整個(gè)熱水鍋爐的正常工作，甚至發(fā)生爆炸等安全事故。

3.2 停電后發(fā)生汽化的時(shí)間短，處置不及時(shí)就會(huì)產(chǎn)生水擊

冬天外界的氣溫比較低，所以熱水鍋爐出水溫度也比較高。根據(jù)多次的現(xiàn)場情況來看，熱水鍋爐系統(tǒng)的循環(huán)泵因停電停運(yùn)后馬上就會(huì)發(fā)生汽化產(chǎn)生水擊現(xiàn)象，時(shí)間大都在1分鐘內(nèi)，讓現(xiàn)場操作人員根本來不及處理。這給因停電而如何防止汽化帶來了非常大的困難，因此單位除考慮如何防止汽化外，也應(yīng)該考慮把汽化后如何縮短處置時(shí)間防止產(chǎn)生水擊當(dāng)成主要的研究課題。

3.3 熱水鍋爐的出水母管的設(shè)計(jì)不合理

DHL2500-16型熱水鍋爐的出水管高于鍋爐排氣閥，最高點(diǎn)無排氣閥，經(jīng)分析認(rèn)為其汽化產(chǎn)生的蒸汽無法做到及時(shí)的排除，在這樣的情況下，更是加劇了系統(tǒng)內(nèi)的汽化程度，從而發(fā)生水擊等安全事故。

4 熱水鍋爐系統(tǒng)防汽化及水擊的改造措施

4.1 增加供電可靠性

針對熱水鍋爐車間的機(jī)電設(shè)備的功率重新進(jìn)行供電系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，增加雙回路供電及穩(wěn)壓設(shè)備，并考慮循環(huán)泵啟動(dòng)方式改為變頻啟動(dòng)，以保障整個(gè)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。讓其在工作過程中不隨意停電，或者在“閃停”后循環(huán)泵能直接啟動(dòng)，減少汽化及水擊現(xiàn)象的發(fā)生。

4.2 在熱水鍋爐系統(tǒng)增加高揚(yáng)程泵設(shè)備

因鍋爐在汽化時(shí)，爐內(nèi)壓力達(dá)到0.7Mpa，遠(yuǎn)高于自來水供水壓力，不能用自來水給鍋爐水降溫，因此針對車間的熱水鍋爐系統(tǒng)，可以考慮在系統(tǒng)中增加1臺(tái)高揚(yáng)程泵，經(jīng)過計(jì)算設(shè)計(jì)其流量50m3/h，揚(yáng)程80米。從軟水箱取水，打入鍋爐后下降管處，同時(shí)開啟鍋筒排氣閥，使鍋爐內(nèi)爐水迅速降溫，同時(shí)帶走爐膛熱量?？梢云鸬椒榔八畵衄F(xiàn)象的發(fā)生。

4.3 在出水母管增加排氣閥

在熱水鍋爐系統(tǒng)的出水母管最高點(diǎn)增加排氣閥，根據(jù)出水母管的直徑，設(shè)計(jì)為DN32的排氣閥基本可以達(dá)到要求。DN32的排氣閥可以使得汽化產(chǎn)生的蒸汽能及時(shí)的排除，緩解系統(tǒng)內(nèi)的汽化程度，從而降低系統(tǒng)發(fā)生水擊等安全事故的概率。

5 熱水鍋爐系統(tǒng)突然停電及恢復(fù)供電后的處理措施

5.1 熱水鍋爐系統(tǒng)突然停電時(shí)的處理措施

當(dāng)熱水鍋爐系統(tǒng)發(fā)生突然停電循環(huán)水泵停止運(yùn)行時(shí)，技術(shù)人員視運(yùn)行參數(shù)及現(xiàn)場情況作出判斷，如存在汽化可能時(shí)（冬季運(yùn)行溫度高一般都會(huì)汽化），應(yīng)立即關(guān)閉鍋爐進(jìn)出口閥門，并迅速打開爐膛上的門孔，流入冷空氣，冷卻爐膛。對層燃鍋爐，還要人工在爐排表面上加濕爐渣，把熾熱的火床蓋住。及時(shí)開啟高揚(yáng)程泵給鍋爐補(bǔ)水，一是加速鍋爐內(nèi)爐水的冷卻；一是補(bǔ)充爐水系統(tǒng)的泄漏，同時(shí)打開鍋爐頂部集氣罐上的排氣閥進(jìn)行排汽，排放出鍋爐內(nèi)的蒸汽。

5.2 熱水鍋爐系統(tǒng)恢復(fù)運(yùn)行時(shí)的正確操作

當(dāng)鍋爐頂部集氣罐上的排氣閥沒有蒸汽排出時(shí)，可按正確操作逐步恢復(fù)運(yùn)行。第一，先開啟鍋爐補(bǔ)水泵，為系統(tǒng)補(bǔ)水、加壓；第二，停止高揚(yáng)程泵，在確認(rèn)爐內(nèi)無蒸汽時(shí)，關(guān)閉鍋爐各個(gè)排氣閥；第三，緩慢打開鍋爐進(jìn)出水閥；第四，啟動(dòng)循環(huán)泵，使系統(tǒng)恢復(fù)循環(huán)運(yùn)行。第五，等水循環(huán)正常之后，按正常起爐規(guī)程操作開始運(yùn)行。

6 該措施的實(shí)際應(yīng)用效果

該措施應(yīng)用以前，每年停電10多次，每次都會(huì)汽化并產(chǎn)生水擊，并有兩次發(fā)生摧毀供熱主管的事故，停電次數(shù)減少為每年3至4次，如采暖初期供水溫度不高時(shí)，發(fā)生“閃?！焙?，循環(huán)泵能立即啟動(dòng)，就不會(huì)發(fā)生汽化，不影響鍋爐運(yùn)行。即使發(fā)生汽化，處理時(shí)間也由原來的6小時(shí)減少為2小時(shí)左右，大大降低了發(fā)生水擊的可能性。應(yīng)用該措施運(yùn)行幾年來未發(fā)生過一起水擊破壞管網(wǎng)及管網(wǎng)因停爐時(shí)間長導(dǎo)致的凍裂事故，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。

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