對鍋爐爆管事故的分析和處理

叢艷輝

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

【關鍵詞】鍋爐 分析 處理

一、事故的概況及經過

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生爆管事故。受該廠邀請，我單位派員到事故現場進行了事故調查分析。鍋爐的技術規范如下：額定蒸發量20噸／時，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，經常因變形逃漏、爆管而頻繁進行檢修。通常每三年要徹底進行大修一次。特別是在2005年年初一號鍋爐大修時，更換了由有資質的正規鍋爐制造廠制造且經檢驗合格的全部受熱面管子，但運行了半年突然發生爆管。爆管部位導鍋爐后墻爐膛出煙窗的隔火墻數起的第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，還有五處小鼓包，迎火面有三個，背火面有兩個。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，不同程度脹粗達直徑74-直徑77.5毫米。

二、事故原因分析

經割管檢查，管壁有不同程度的變薄，內壁也有過燒的顏色，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。對爆管采樣進行金相和機械性能試驗，金相組織為珠光體加鐵素體，并有輕微過燒、機械性能比正常降低20％左右。根據現場情況，我們對改鍋爐進行了全面檢查和分析，認為造成管子過熱，發生變形、爆管的原因主要是：

1.循環回路設計不合理，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，通過計算，下降管與上升管的截面比都在30％左右，回路的循環高度差大，下降管都布置在爐墻外面，絕熱可靠，因而循環比較可靠，受熱面沒有發生過因為水循環故障引起的缺水變形等現象。而后拱管和后墻水冷壁管水冷壁集箱的下降管由于結構原因，設置在下鍋筒上，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，管子彎頭數量多，受熱面積大，受熱較強，雖然其循環回路本身是循環回路，但是凌回路由下鍋筒供水，水溫較高，同時與對流管束一起形成了復雜的循環回路，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，水循環阻力小，循環比較可靠，沒有發生因冷卻不良導致的變形，而拱管由于彎頭數量多，循環阻力大，水分配少，造成管內水完全汽化，管于內部結水垢，破壞了冷卻條件，造成管于局部過熱變形，直至開裂。

2.由于循環停滯，形成自由水面

由于第一排凝渣管供水量不足，管內循環水完全汽化，在管內形成自由水面，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，發生過熱和脹粗；而分界線下部，管壁溫度接于介質的飽和溫度；所以在汽水分界線處形成溫度應力。在運行情況下，自由水面是上下波動的，因而溫度應力屬于交變的應力，達到疲勞極限后，就會產生疲勞破壞。該鍋爐的管子發生的脹粗是由于管內水完全蒸發汽化，自由水面之上停滯的蒸汽被外部高溫煙氣（火焰）加熱成為過熱蒸汽，當過熱蒸汽溫度達到500℃以上時，造成強度降低發生的過熱變形和脹粗或鼓包，同時高溫蒸汽對碳鋼生汽水腐蝕，使管壁變?。挥捎诠苡趦炔堪l生完全汽化，即便是鍋爐用水完全符合標準要求，但是水中溶解的殘余硬度包括鹽份在蒸發時也會濃縮析出，在管內壁形成水垢，進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.鍋爐的排污結構不合理

蒸汽鍋爐的排污操作是保護受熱面管于水循環可靠性的一個重要操作環節。按照通常的規定每班不許排污一次。并且操作也應該符合相應的規定。該鍋爐的后墻水冷壁由于結構原因只能在爐墻兩側設置，該鍋爐的右側只設置了一個Dn25的排污閥，為了可以關閉嚴密，其中的一個閥門采用的是J4lH－16CD的截止閥，在《蒸汽鍋爐安全技術監察規程》中規定排污應采用l閘閥，斜截止閥，該鍋爐中采用的截止閥違反了《蒸鍋爐安全技術監察規程》的規定，排污阻力大；由于鍋爐寬度在4米多，只在單側設置排污，很難把集箱內沉積的雜物排除。同時現場操作人員不全是經過考試合格的鍋爐操作人員，不了解排污的具體規定，對排污的操作也不很熟練，在內部檢查時發現，集箱內部的沉積物高度超過集箱內直徑的三分之一，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，從土鍋筒冷水區兩側爐墻外引出下降管。

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％，接近與正常設計的常規數據。

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，降低了后墻管的受熱面積，避免內部因吸熱量大完全汽化。

5.把排污管由單側設置改為雙側設置，在集箱內設置了排污吸管，按照內部裝置實際的規定，對吸污管的開孔進行了詳細的計算，且把排污管徑加大到Dn40，全部采用串聯的排污閥。

6.建立鍋爐操作的各項管理制度，全面使用經過正規培訓的有操作經驗的鍋爐司爐人員，避免因操作失誤造成事故隱患。