工業(yè)鍋爐受熱面管失效分析及其預(yù)防措施

蔣朝勇

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

工業(yè)鍋爐受熱面管由多根管道組成，在工業(yè)鍋爐的運(yùn)作中起著十分重要的作用。水或者汽水混合物在受熱面管內(nèi)流過，煙氣及熱輻射等各種熱量以對流傳熱的方式將熱量傳遞給管內(nèi)工質(zhì)。近年來，雖然鍋爐制造技術(shù)水平不斷提高，但其常常在復(fù)雜惡劣的環(huán)境下工作，爐內(nèi)的煙氣流動(dòng)、傳熱和燃燒過程等不確定因素很多，經(jīng)常會(huì)使受熱面管處于腐蝕、沖刷、高溫、高壓的狀態(tài)，最終造成失效損傷，影響鍋爐的運(yùn)行，引發(fā)安全事故。

1 工業(yè)鍋爐受熱面管失效的原因

1.1 結(jié)垢

結(jié)垢出現(xiàn)的原因有很多，其中最直接因素水處理設(shè)備失效或者水處理過程操作不當(dāng)，導(dǎo)致水中鈣離子和鎂離子的濃度過高，超過其溶解度而附著在管壁上。受熱面結(jié)垢所帶來的影響極大，其會(huì)使得受熱面管傳熱性能變差，一般水垢的導(dǎo)熱系數(shù)只有鋼鐵導(dǎo)熱系數(shù)的10%，也就是說，1mm 的結(jié)垢附著在管壁上時(shí)，相當(dāng)于對鋼管加厚了幾毫米甚至更多，大大增加了受熱面管熱阻。隨著水垢的不斷增厚，管壁得不到有效冷卻，使得管壁長期處在過熱的狀態(tài)下，會(huì)使得鋼管的抗拉強(qiáng)度不斷下降，更為嚴(yán)重會(huì)產(chǎn)生過熱、管脹、變形、爆管、蠕變損傷的現(xiàn)象。

1.2 水循環(huán)故障

工業(yè)鍋爐當(dāng)鍋內(nèi)水動(dòng)力工況不正常時(shí)，水循環(huán)的安全性就會(huì)遭到破壞，產(chǎn)生各種水循環(huán)故障，嚴(yán)重影響鍋爐的正常運(yùn)行甚至發(fā)生安全事故。常見的水循環(huán)故障有停滯和倒流、汽水分層及下降管帶汽。（1）停滯和倒流。同一循環(huán)回路中，由于各上升管受熱不均勻時(shí)，受熱弱的上升管產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)壓頭小，甚至不能維持最低循環(huán)流速，造成停滯。而當(dāng)受熱嚴(yán)重不均勻時(shí)，受熱強(qiáng)的上升管中汽水混合物流速過大，而產(chǎn)生抽吸現(xiàn)象，造成倒流。產(chǎn)生停滯和倒流的根本原因是由于同一循環(huán)回路中并列工作的各上升管的受熱不均勻的結(jié)果，造成的主要因素，一是與鍋爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān)，這是由于設(shè)計(jì)制造所引起的；二是鍋爐運(yùn)行不良，如爐膛火焰中心偏移或者火焰分布不均勻，受熱面管掛渣積灰等。

（2）汽水分層。在水平或者傾斜度很小的上升管中，流速很低，造成管子上部是汽，下部是水的現(xiàn)象。產(chǎn)生的原因主要是上升管或者汽水引出管與水平線傾角過小。

（3）下降管帶汽。從日常的故障中得出，造成下降管帶汽的原因有：一是下降管阻力較大，產(chǎn)生較大的壓降，使下降管入口處發(fā)生汽化；二是下降管管口離鍋筒水位面太近，在水面上方形成旋渦斗而帶汽；此外，下降管受熱過強(qiáng)等都會(huì)引起帶汽。

1.3 磨損

燃料由什么組成、鍋爐燃燒情況怎么樣，以及灰分的磨損特性都影響著鍋爐對流受熱面管的磨損程度。

（1）燃料成分。燃煤中灰分的含量與煙氣中灰的含量有著正比例關(guān)系。當(dāng)燃料中的灰分含量不斷增加時(shí)，煙氣里所包含的飛灰的濃度也會(huì)提高，因此煙氣對受熱面管的磨損也隨之增大。

（2）煙速度。當(dāng)煙速提高一單位時(shí)，飛灰磨損程度會(huì)照著一的三次方單位而增加。一般情況下，鍋爐大負(fù)荷運(yùn)行會(huì)使煙氣速度提高，同時(shí)又因?yàn)殄仩t的超負(fù)荷運(yùn)行加大了煤量和鼓風(fēng)風(fēng)量，使其超過正常范圍，在雙重作用下使煤灰對管壁的磨損大大加劇。

（3）煤灰顆粒的物理化學(xué)性質(zhì)。管壁的磨損程度會(huì)因?yàn)槭褂貌煌拿骸⒚夯液康淖兓兓?，所以磨損會(huì)有些差異，當(dāng)煤灰顆粒很大或很耐磨時(shí)，那管壁的磨損程度可想而知。

1.4 受面管腐蝕

（1）氧腐蝕。氧腐蝕是最常見的一種腐蝕，經(jīng)常出現(xiàn)在積水較多的位置，并在表面形成許多鼓包。省煤器泄漏的主要原因就是氧腐蝕，即當(dāng)含有氧分子的水與金屬表面接觸時(shí)，鍋爐供水管道和省煤器管上就會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)腐蝕和潰瘍腐蝕，從而導(dǎo)致管道泄漏。

（2）低溫硫腐蝕。當(dāng)燃料中所包含的硫在鍋爐里燃燒時(shí)，與空氣接觸會(huì)產(chǎn)生二氧化硫，隨之又會(huì)因二氧化硫與煙氣、其他金屬氧化物接觸時(shí)而產(chǎn)生三氧化硫，接著三氧化硫又伴隨著一系列反應(yīng)而產(chǎn)生硫酸或亞硫酸，這兩者的腐蝕性都非常強(qiáng)。因此，當(dāng)溫度低于露點(diǎn)時(shí)，硫酸或亞硫酸會(huì)凝結(jié)在金屬表面，使之受到腐蝕，此稱為低溫硫腐蝕。從上述反應(yīng)可以得出，硫腐蝕的強(qiáng)度由燃料中硫含量和鍋爐運(yùn)行時(shí)的過量空氣系數(shù)決定著，同時(shí)其也決定著露點(diǎn)溫度的高低。

1.5 缺水

缺水是在工業(yè)鍋爐工作過程中極易出現(xiàn)的問題，有著很大的危險(xiǎn)性，缺水常常會(huì)引起受熱面管因過熱受損而變形，更為嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)鍋爐爆管，甚至爆炸。缺水會(huì)使受熱面鋼管不能均勻冷卻，管壁溫度急劇提高，降低其抗拉強(qiáng)度，使管道內(nèi)的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出管壁能承受的正常范圍，導(dǎo)致管道變形甚至爆管，爆管的韌性撕裂特征明顯，如縱向撕裂，周圍沒有細(xì)小裂紋，爆管截面鋒利，內(nèi)壁干凈。鍋爐受熱面管道因缺水而失效，通常表現(xiàn)為管道大量破損、口部膨脹和漏水，主要發(fā)生在高溫區(qū)和鍋爐受熱面管道的最高點(diǎn)。

2 預(yù)防工業(yè)鍋爐受熱面管失效的有效措施

2.1 對于結(jié)垢的防范措施

結(jié)垢形成的主要原因是水質(zhì)不合格，而與水質(zhì)不合格隨之出現(xiàn)的就是受熱面管的長期受熱，導(dǎo)致高溫?fù)p傷。為了確保鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，我們就應(yīng)該加強(qiáng)水質(zhì)管理，保證用水達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，從而來預(yù)防受熱面管道過熱損傷。因此合格的供水與控制水質(zhì)是防止結(jié)垢的基礎(chǔ)。我們要從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)不同的鍋爐有不同的型式特點(diǎn)，我們要選擇相對應(yīng)的給水處理設(shè)備，加強(qiáng)日常水處理監(jiān)控，定期抽樣檢測，從而保證為鍋爐提供合格的給水。

2.2 對于水循環(huán)故障的防范措施

預(yù)防水循環(huán)故障的重中之重就是確保鍋爐中水體具有一定的運(yùn)動(dòng)壓頭，保持一定的回路高度，就能確保水循環(huán)的可靠，避免出現(xiàn)水循環(huán)的停滯和倒流、汽水分層以及下降管帶汽。首先，為了避免鍋爐水循環(huán)停滯或倒流要優(yōu)化鍋爐本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增加水循環(huán)的運(yùn)動(dòng)壓頭；設(shè)置大直徑的下降管，保證下降管的總截面積為上升管的20%以上；同時(shí)鍋爐運(yùn)行時(shí)，要避免結(jié)渣和積灰，及時(shí)調(diào)整燃燒，使?fàn)t膛火焰分布均勻。其次，在鍋爐制造時(shí)保證上升管或者汽水引出管與水平線之間的傾角不宜小于15°，就能很好的避免汽水分層。第三，保持熱量平衡。要想使熱量差異不大，就應(yīng)該對處于同一循環(huán)回路上的上升管均勻加熱，同時(shí)還應(yīng)保持鍋爐內(nèi)進(jìn)料均勻。

2.3 對于磨損的防范措施

煤質(zhì)和煙氣流速同時(shí)決定著鍋爐受熱面的磨損程度，所以要加強(qiáng)煤炭質(zhì)量的管理，合理控制煙氣流速?？茖W(xué)的煙道設(shè)計(jì)計(jì)算，采取合理的措施，如鏈條爐排控制材料層的厚度和風(fēng)量，能夠減緩煙速，并且在一定程度上減少煙霧和氣體，達(dá)到防止鍋爐受熱面管磨損的效果。落實(shí)安全責(zé)任制，安排專門人員定期檢查鍋爐受熱面管和隔煙墻，搞好設(shè)備的維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題，如抗磨塊發(fā)現(xiàn)損壞，應(yīng)及時(shí)更換。

2.4 對于受熱面腐蝕的防范措施

（1）對于氧腐蝕的防范措施。防止氧腐蝕可以采用除氧器和除氧器與化學(xué)除氧器相結(jié)合的方法。熱力除氧的工作原理是通過給蒸汽鍋爐給水加熱，讓其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的大氣式除氧器壓力飽和溫度，然后在此基礎(chǔ)上使水蒸氣分壓力不斷接近水面全壓力，最終使在水中被溶解的氣體的分壓力趨向于零，從而氣體在水中排出，去除氧、二氧化碳等氣體，達(dá)到保護(hù)鍋爐受熱面管的目的。工業(yè)蒸汽鍋爐經(jīng)常采用的是大氣壓力式熱力除氧；與其相比，真空熱力脫氧更適合用于熱水鍋爐。通過除去水中氧氣，從而減少鍋爐受熱面產(chǎn)生的化學(xué)和電化學(xué)腐蝕。

（2）對于低溫硫腐蝕的防范措施。硫含量高、過量空氣系數(shù)偏高及煙溫過低是造成低溫硫腐蝕的主要原因。因此，可以采用以下方法來防止低溫硫腐蝕。第一，要想從根源上降低硫含量，就得嚴(yán)格把關(guān)燃料成分，最好使用低硫燃料，同時(shí)還要采用脫硫技術(shù)。其次，通過火焰顏色確定過量空氣系數(shù)，使其控制在合理范圍之內(nèi)能夠有效降低低溫硫腐蝕。第三，提高煙溫，使其達(dá)到露點(diǎn)以上的溫度可有效防止省煤器的低溫硫腐蝕。

2.5 對于缺水的防范措施

想要讓鍋爐受熱面的受到多層次的保護(hù)，我們就應(yīng)該敢于創(chuàng)新，使用更合理的結(jié)構(gòu)。例如，可以采用雙重保護(hù)機(jī)制，在正常運(yùn)行水短缺的情況下，保證另一個(gè)保護(hù)機(jī)制可以及時(shí)為其供水、防止事故由缺水造成。同時(shí)還可設(shè)置鍋爐自動(dòng)保護(hù)機(jī)制，在鍋爐缺水使得排煙溫度過高的情況下，自動(dòng)切斷鍋爐燃料供應(yīng)，停止鍋爐工作。其次，加強(qiáng)管理，提高管理人員和司爐人員的責(zé)任心，根據(jù)以往缺水引起的安全事故統(tǒng)計(jì)，多數(shù)是由于責(zé)任心不強(qiáng)，人為引發(fā)的事故。應(yīng)安排專人定期沖洗鍋爐水位表，對鍋爐水位報(bào)警裝置、自動(dòng)供水系統(tǒng)、低水位自動(dòng)停止?fàn)t系統(tǒng)進(jìn)行定期的熱態(tài)或冷態(tài)試驗(yàn)，以保證各系統(tǒng)的靈敏運(yùn)行。還應(yīng)定期清洗水管和蒸汽管，保證鍋爐的水質(zhì)，防止水位計(jì)水管堵塞，造成實(shí)際水位虛高。

3 結(jié)語

簡而言之，受熱面管是工業(yè)鍋爐的重要組成部分，它的穩(wěn)定運(yùn)行是鍋爐順利運(yùn)行，生產(chǎn)保障的有效前提，只有相關(guān)工作人員在提高認(rèn)識，并加強(qiáng)相應(yīng)的預(yù)防措施，提高司爐人員的專業(yè)能力，才能確保鍋爐安全、穩(wěn)定、高效地運(yùn)行，滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。