鍋爐爆管及預防措施

摘 要：鍋爐是現今社會人類生產和生活以及各個行業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生爆開破裂的現象稱為鍋爐爆管。之所以引發爆管事故，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，引發脹粗、鼓包形變，以至于爆管。

1 水冷壁爆管現象

當發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，爐內火焰發暗，同時給水流量增加。

2 現象分析

2.1 管壁結垢

水的硬度是指水中含有Ca2+、Mg2+的濃度總和。鍋爐監察規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-會在水中發生離解，如下：

HCO3-←→H++CO32- （1）

雖然（1）發生的很微弱，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，降低了水的循環流量，使得管壁熱量大量蓄積，引發事故。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，這種現象叫做過冷沸騰。如果水循環偏低，過冷沸騰很容易發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。

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。對于事故發生的原因分析，應判定是長時間還是短時間引發的爆管。

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，會發現珠光體石墨化，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、水循環破壞或膜態沸騰等原因，它的主要特征是管子爆裂處厚度較薄，呈現如刀鋒般銳利喇叭狀邊緣，爆管處管徑變粗，金相組織變為淬硬組織和鐵素體，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爆管。檢查此類爆管，會在相應位置發現鋼材存在的缺陷，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，有些企業會將鍋爐水直接用于供暖，這使得系統管道與鍋爐所處在統一回路系統中，鍋爐又在最低點，系統水的回流造成了整個循環中的泥土、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《工業鍋爐水質》標準。

（2）系統投入運行前，徹底對系統進行清洗。可用循環泵或補水泵將水送入采暖系統，回水直接排入下水道，主要清洗系統中積存的鐵銹、泥沙、油污等。停爐維護時，打開鍋爐，可在鍋筒下部、集箱底部發現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）定期對管網系統進行檢修及維護保養，防止管道滴水泄露等情況發生，以減少鍋爐的補水。因為水處理設備的裕量是有限的，當系統跑水嚴重時，水來不及處理便補到系統中，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.