鍋爐爆管及預防措施

摘 要：鍋爐是現(xiàn)今社會人類生產和生活以及各個行業(yè)不可或缺的熱能動力設備，文章對鍋爐運行中常見的爆管現(xiàn)象進行了分析，并提出相應的防治措施。

關鍵詞：鍋爐；爆管；措施

引言

在鍋爐運行中管壁發(fā)生爆開破裂的現(xiàn)象稱為鍋爐爆管。之所以引發(fā)爆管事故，是由于多重原因造成的，對于結構設計而言，水冷壁所處的位置要承受火焰、煙氣的高溫輻射沖刷，管子長時間處于惡劣的外部環(huán)境下工作，它將吸收的熱量傳遞給管內的水，如果這時水循環(huán)不良，或管內結垢、堵塞就會使熱量傳遞不良，造成管壁溫度過高，引發(fā)脹粗、鼓包形變，以至于爆管。

1 水冷壁爆管現(xiàn)象

當發(fā)生嚴重爆管時會有明顯的爆破聲，蒸汽從破裂處噴出使爐膛成正壓，蒸汽煙氣從爐門等處大量噴出。水位、氣壓和煙氣溫度明顯下降，爐內火焰發(fā)暗，同時給水流量增加。

2 現(xiàn)象分析

2.1 管壁結垢

水的硬度是指水中含有Ca2+、Mg2+的濃度總和。鍋爐監(jiān)察規(guī)程對鍋爐的用水硬度做出了要求≤0.03mmol/L。為防止結垢，鍋爐在使用前需要對水質進行軟化處理，水處理是一門綜合技術，與離子交換技術、膜分離技術、除氧技術、鍋內加藥技術、停用保養(yǎng)技術等密切相關[1]，雖然經過采取各種措施，但是水中依舊會殘存微量的HCO3-。因為HCO3-會在水中發(fā)生離解，如下：

HCO3-←→H++CO32- （1）

雖然（1）發(fā)生的很微弱，但由于有（2）、（3）反應的作用，生成了難溶的CaCO3、MgCO3沉淀，即水垢，促進了（1）的反應向正向進行，離解得到加強。

Ca2++CO32-→CaCO3↓ （2）

Mg2++CO32-→MgCO3↓ （3）

由于提高溫度可促進（1）反應的正向進行，使水中的HCO3-加速離解，而生產運行時鍋爐管路中的水溫上升，不可避免的加速了（1）的反應，使得CO32-的濃度增加，CO32-與Ca2+、Mg2+離子的結合便產生了難溶物，附著在管壁上，日積月累便形成了結垢。

例如當鍋爐內結有3mm的水垢時，鋼材溫度會由280℃上升到580℃，而抗拉強度則由400MPa下降到100MPa，鍋爐受壓元件就會在內力作用下發(fā)生過熱鼓包、變形[2]，同時由于積垢減小了流通截面積，無形中增加了水在的管內流通阻力，降低了水的循環(huán)流量，使得管壁熱量大量蓄積，引發(fā)事故。結垢還會造成燃料的浪費。當受熱面內壁粘結1mm水垢，就要多消耗燃料約4%；粘結3mm水垢，多消耗燃料6～10%[2]。（見圖1）

對于受熱輻射時的水冷壁溫度成梯度分布，管壁溫度會高于管內溫度，當管壁溫度達到了飽和溫度時，管內水的溫度沒達到飽和溫度，當兩者溫度達到一定的差值時，管子內壁會形成氣泡，并汽化，氣泡與低溫水相遇會冷凝消失，這種現(xiàn)象叫做過冷沸騰。如果水循環(huán)偏低，過冷沸騰很容易發(fā)生在溫度較高的水冷壁。這會濃縮水中的鹽類物質集結在管子內壁，加劇了水垢的生成，造成惡性循環(huán)。

2.2 管體超溫過熱

鍋爐運行時管壁平均溫度超過設計許用溫度叫做超溫過熱。它會減少鍋爐的運行壽命，并對超溫過熱部件造成損壞。對于事故發(fā)生的原因分析，應判定是長時間還是短時間引發(fā)的爆管。

長期超溫爆管的主要特征為，爆管處爆口相對小，爆口邊緣形態(tài)鈍粗，伴隨有鼓包，內外壁有多條縱向裂紋，管外壁存在較厚的氧化皮。顯微鏡下觀察結構組織，會發(fā)現(xiàn)珠光體石墨化，有時向晶界偏聚，合金元素由固溶體向碳化物轉移，在晶界處萌生蠕變孔洞，這會使材料韌性及塑性的能力降低。（見圖2）

短期超溫爆管是由于鍋爐管道內部堵塞、缺水、水循環(huán)破壞或膜態(tài)沸騰等原因，它的主要特征是管子爆裂處厚度較薄，呈現(xiàn)如刀鋒般銳利喇叭狀邊緣，爆管處管徑變粗，金相組織變?yōu)榇阌步M織和鐵素體，硬度相對于自身其他部分較高。（見圖3）

2.3 鋼材本身缺陷

由于鍋爐制造時對半成本檢查不足，將一些存在安全隱患的管子（如劃痕、缺口）用于水冷壁材料，致使長期受壓運行時應力集中引發(fā)爆管。檢查此類爆管，會在相應位置發(fā)現(xiàn)鋼材存在的缺陷，一般破損位置會生成氧化層，管徑變化較小，且爆管處管壁邊較鈍。

2.4 直供

對于熱水鍋爐而言，有些企業(yè)會將鍋爐水直接用于供暖，這使得系統(tǒng)管道與鍋爐所處在統(tǒng)一回路系統(tǒng)中，鍋爐又在最低點，系統(tǒng)水的回流造成了整個循環(huán)中的泥土、沙石、鐵銹、污垢等雜質流向鍋爐。沉積在鍋筒和集箱的污垢很容易堵塞水冷壁，對水循環(huán)造成影響，從而對鍋爐安全造成隱患。

3 防治措施

（1）禁止將井水和自來水作為鍋爐供水，對鍋爐水質嚴格管理，配備軟化水處理設備，達到標準要求，即：GB/T 1576-2008《工業(yè)鍋爐水質》標準。

（2）系統(tǒng)投入運行前，徹底對系統(tǒng)進行清洗。可用循環(huán)泵或補水泵將水送入采暖系統(tǒng)，回水直接排入下水道，主要清洗系統(tǒng)中積存的鐵銹、泥沙、油污等。停爐維護時，打開鍋爐，可在鍋筒下部、集箱底部發(fā)現(xiàn)沉積的黑紅色松散狀的二次垢，也能看到片狀水渣粘附在鍋筒、前管板、水冷壁、煙管及集箱內壁上，這些水渣應徹底清除。

（3）定期對管網系統(tǒng)進行檢修及維護保養(yǎng)，防止管道滴水泄露等情況發(fā)生，以減少鍋爐的補水。因為水處理設備的裕量是有限的，當系統(tǒng)跑水嚴重時，水來不及處理便補到系統(tǒng)中，這也是生成二次垢的一個因素。

（4）認真做好排污工作。常用的排污方法，循環(huán)泵停運2小時后，待水中雜質沉淀后打開排污閥見到清水為止。然而此種排污方法效果有限，因為設置在鍋筒及下集箱的排污管無法將遠處的沉淀物排放干凈。如果采用正常運行時排污則因水速過高雜質將無法沉淀，其效果也不會好。因此熱水鍋爐排污的作用是有限的。

（5）控制爐膛溫度，避免長時間超溫運行，并加強定期檢驗，有無磨損、腐蝕、損傷、鼓包、變形、氧化及表面裂紋等情況，如有宏觀裂紋應及時更換。

參考文獻

[1]魏剛，熊蓉春.熱水鍋爐防腐阻垢技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003.

[2]童有武，張孝勇.鍋爐安裝調試維護實用手冊[M].北京：地震出版社，1999.