角管式熱水鍋爐爆管原因分析

【摘 要】 近幾年來，性能優(yōu)異的大容量角管式熱水鍋爐產(chǎn)品得到了廣泛應(yīng)用，但其運(yùn)行中必然會發(fā)現(xiàn)一些問題。本文簡要分析了某供熱公司角管式熱水鍋爐發(fā)生爆管的原因，希望能為廣大供熱公司提供一點(diǎn)有益的參考。

【關(guān)鍵詞】 角管鍋爐 水循環(huán)特點(diǎn) 爆管原因 水質(zhì)的重要性

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2015.07.017

1 引言

為了促進(jìn)工業(yè)鍋爐產(chǎn)品的技術(shù)升級和進(jìn)步，我國在上世紀(jì)80年代中期及90年代中期，二次從國外引進(jìn)角管鍋爐技術(shù)。幾十年來，經(jīng)過設(shè)計(jì)人員的不斷改造創(chuàng)新，根據(jù)我國燃煤鏈條爐排的技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)和市場需求，進(jìn)行自主創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出了具有中國特點(diǎn)的水循環(huán)可靠、高效燃燒、低污染排放的，第二代大容量層燃鏈條爐排熱水鍋爐產(chǎn)品。近幾年來，性能優(yōu)異的大容量角管式熱水鍋爐產(chǎn)品得到了廣泛應(yīng)用，市場占有率逐年攀升。

第二代大容量層燃角管熱水鍋爐，其水循環(huán)結(jié)構(gòu)的可靠性和先進(jìn)性為國內(nèi)首創(chuàng)，其綜合性能超過國內(nèi)外同類產(chǎn)品，現(xiàn)在投入市場的新型角管鍋爐，采用了單橫鍋筒輔助強(qiáng)制水循環(huán)方式，此種鍋爐采用的水循環(huán)方式，同時(shí)具有強(qiáng)制和自然循環(huán)的優(yōu)勢，在強(qiáng)制循環(huán)的同時(shí)，以自然循環(huán)作為輔助的水動力。水冷壁管的上升水速是最低安全水速的2倍以上，能夠有效保障鍋爐的長周期安全運(yùn)行。

新型角管鍋爐雖然有著種種優(yōu)點(diǎn)，但由于各個(gè)鍋爐運(yùn)行工況的不同，必然會發(fā)現(xiàn)一些問題。下面就某供熱公司角管式熱水鍋爐發(fā)生爆管的原因進(jìn)行一下分析，雖為個(gè)例，但希望能為廣大供熱公司提供一點(diǎn)有益的參考。

2 爆管鍋爐的檢查

某供熱公司于2013年安裝了一臺46MW角管熱水鍋爐，采用直供的方式進(jìn)行供暖，至今運(yùn)行二個(gè)取暖期。第一個(gè)供暖期運(yùn)行20天后爐膛前壁中部爆管一根，修復(fù)后，第二個(gè)供暖期爐膛前壁中部兩根管子累計(jì)爆管10余次。

鍋爐運(yùn)行冷態(tài)測試水流速如下：

爐膛前壁中部水冷壁水速，中部由左至右0.64、0.45、0.7、0.42、無、0.18、0.41（m/s）；測試時(shí)鍋爐循環(huán)流量為1140m3/h，此流量下爐膛前壁水冷壁計(jì)算水速為0.6m/s。（鍋爐管子為60[×]4，管徑較小且有水垢，測速有一定偏差）

泄水后切割檢查無水速的管子時(shí)（即多次爆管的管子）發(fā)現(xiàn)，其在頂棚轉(zhuǎn)彎處堵塞約200mm，堵塞物主要為2mm～3mm左右厚度的片狀焊渣，0.1mm～1mm沙粒，少量2mm～4mm左右厚度的石粒，同時(shí)管壁存有1mm～2mm左右厚度的水垢。

3 爆管原因分析

由以上檢查及水速測試結(jié)果可知水冷壁管爆管的原因是：由于循環(huán)水中攜帶的大量雜質(zhì)，堵塞水冷壁管造成的。

其爆管位置集中在爐膛前壁中部，是由于鍋爐給水主要由爐膛前壁下集箱兩側(cè)向中部給水，這使得中部水冷壁管內(nèi)流速較高，攜帶的雜質(zhì)較多，從而導(dǎo)致該部分首先發(fā)生堵塞，繼而產(chǎn)生爆管。

水中雜質(zhì)堵塞集中在頂棚轉(zhuǎn)彎處的原因如下：

圖1是采用模擬計(jì)算得出的流體流經(jīng)彎管時(shí)的局部壓力變化情況，圖1中數(shù)值為等壓線值Pa。

圖1 彎管內(nèi)流體的壓力分布示意圖

由圖可見流體在等徑直管內(nèi)流動時(shí)管道斷面上壓力分布均勻沒有壓力差，當(dāng)流體進(jìn)入彎管時(shí)由于彎管外壁對流體的壓迫作用，流體對管壁產(chǎn)生的壓力卻越來越大，在彎管內(nèi)壁的一側(cè)，流體對管壁產(chǎn)生的壓力越來越小；當(dāng)流體流過彎管彎曲的頂點(diǎn)部位時(shí)，彎管斷面上內(nèi)外壁壓差最大，隨后流動引起的彎管內(nèi)外側(cè)的壓力開始向相反的方向變化，即流體對管壁外側(cè)產(chǎn)生的壓力越來越小，對管壁內(nèi)側(cè)產(chǎn)生的壓力卻越來越大，當(dāng)流體流出彎管時(shí)，流體的流動狀態(tài)又重新趨于穩(wěn)定。

流體流經(jīng)彎管時(shí)沿?cái)嗝嬗休^大的慣性力（離心力）作用在彎曲管段部分，沿離心力方向流速減小而壓力增加，即在彎管內(nèi)側(cè)流體的壓力小在彎管外側(cè)流體的壓力大。彎管斷面壓力的不均勻分布表現(xiàn)出壓力與慣性力的平衡而慣性力又與速度關(guān)聯(lián)。速度越大慣性力越大壓力越大。

在慣性力的作用下，循環(huán)水中所攜帶的雜質(zhì)顆粒撞擊管壁，喪失了動能，同時(shí)其處于水速較低的彎管頂部區(qū)域，并且由于雜質(zhì)顆粒的沖蝕作用導(dǎo)致管壁由光滑變粗糙，從而產(chǎn)生顆粒積聚，顆粒積聚導(dǎo)致管壁產(chǎn)生渦流，隨著時(shí)間的推移積聚的顆粒越來越多，最終導(dǎo)致管子堵塞爆管。

4 爆管問題處理及預(yù)防

爐膛前壁雖僅爆管兩根，但多次爆管的管子已明顯過熱變色，底部高溫區(qū)減薄變形嚴(yán)重，故整體更換。

對于水質(zhì)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控，加強(qiáng)對主管線的沖洗及除污器的清理工作，特別在新接供熱管線之后應(yīng)進(jìn)行沖洗以排除水中雜質(zhì)。改直供為間供，減少鍋水中雜質(zhì)的含量。

如無法保證水質(zhì)，每個(gè)供暖期結(jié)束后應(yīng)對各受熱面管子的流速進(jìn)行測試，并對流速過低的管子進(jìn)行疏通。

5 總結(jié)

新型角管鍋爐采用強(qiáng)制循環(huán)來保證較高的管內(nèi)流速，用以保障鍋爐的安全運(yùn)行，其水循環(huán)安全性比自然循環(huán)要高。但其較高的流速也使其夾帶的雜質(zhì)顆粒增多。因此，為了保證鍋爐的安全運(yùn)行，使用單位必須遵守《低壓鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)定，確保水質(zhì)滿足鍋爐安全運(yùn)行的需要。

作者簡介

余曉穎，工程師，畢業(yè)于長春工程學(xué)院，遼寧省西豐縣鍋爐檢驗(yàn)所所長，從事檢驗(yàn)工作20余年。

孟繁宇，助理工程師，畢業(yè)于東北師范大學(xué)，遼寧省西豐縣鍋爐檢驗(yàn)所檢驗(yàn)員，從事檢驗(yàn)工作20年。

（責(zé)任編輯：張曉明）