工業鍋爐受熱面管的失效原因及其預防措施

閆高磊　王朝陽

摘 要：工業鍋爐是工業生產制造過程中的重要設備，隨著我國工業化進程的加快，工業的發展呈現出類型多樣化、技術先進化等態勢，也提高了安全生產的要求。工業鍋爐受熱面管的使用性能直接關系著整個工業流程操作的成敗，近年來，由于工業鍋爐受熱面管失效引發的安全事故頻繁發生，使得工業鍋爐受熱面管的失效原因及有效的預防措施成為一項重要的研究課題。本立足于此，具體分析了工業鍋爐受熱面管高溫損傷的失效特征、原因及有效的預防措施，以供參考和借鑒。

關鍵詞：工業鍋爐；受熱面管；失效；原因；預防；措施

中圖分類號： TB 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）26-188-2

0 引言

受熱面管作為工業鍋爐的基礎部分，是由多個管件構成，在工業生產制造的過程中發揮著給汽、水界面提供煙氣熱量的作用，所處的環境復雜、惡劣，雖然隨著科學技術水平的提高，各種新材料、新設備、新技術層出不窮，在一定程度上改善了鍋爐的環境，但由于爐內流動、傳熱、燃燒過程等參數的不確定性，導致經常發生鍋爐受熱面管失效問題，從而極易引發安全事故。因此，深入分析鍋爐受熱面管失效的原因，從中探索合理有效的預防措施，對保障鍋爐的有序與經濟運行具有積極的意義。本文主要針對工業鍋爐受熱面管高溫失效的特征、原因及預防措施進行了探討，希望對業內人士的相關研究具有一定的幫助。

1 工業鍋爐受熱面管的高溫失效特征

工業鍋爐受熱面管高溫損傷可劃分為長期與短期過熱兩種類型，導致高溫損傷的主要原因包括缺水、結垢、管內積炭、水循環故障等各個方面，下面具體分析這些誘因的特征。

1.1 缺水

工業鍋爐缺少的危險性極高，是鍋爐受熱面管發生一系列變化，例如變形、過熱、爆破等，甚至可以引爆整個鍋爐。鍋爐缺水導致鋼管缺乏冷卻，極大地升高了管子壁的溫度，降低了其抗拉強度。其主要特征包括：

①受熱面管由于缺水發生失效問題會同時損傷大量管子，發生管子大面積脹口漏水，表現特別明顯的是在受熱面管最高處和高溫區損傷處。

②缺水會急劇升高管子壁溫，若鋼管的原金屬顏色未發生變化，則表明管子壁溫低于570℃；一旦鋼管為烤藍色則表明爐內溫度在570℃-600℃范圍內；當溫度超過850℃，鋼管表面開始脫氧化皮，損壞的鋼管表面給鍋爐的安全運行帶來了隱患。

1.2 結垢

工業鍋爐是高耗能設備，其節能減排必須做好水處理、減少結垢現象。

爐內出現結垢問題會加大熱阻，特別是CaS04，MgS04，CaSi03、含鐵水垢等傳熱效果更差，造成的危害更大。經過詳細的測定，相較于金屬的導熱系數，水垢導熱系數要小幾十倍甚至近百倍，極大地降低了受熱面的傳熱性能，加劇了排煙溫度。黨結垢厚度為1mm時，耗能會增加2%～3%。其特征包括：

①首先損傷的是熱負荷最大的管子。

②在水管附近、熱負荷較高的受熱面上極易出現結垢問題。

③由于結垢是逐漸增厚的，鋼管經過長期的高溫作用會發生抗拉強度降低，甚至產生過熱和蠕變，所以結垢屬于長期過熱。

1.3 管內積炭

導熱油是熱穩定性偏低的有機物質，對高溫和氧化敏感度較高，無法準確監控系統操作過程中加熱爐的局部溫度，所以管內積炭現象較為明顯，進而導致有機載體爐受熱面管失效。

1.4 水循環故障

水循環直接誘發的工業鍋爐受熱面管失效問題較少，但水循環會因為超負荷運行、結垢、下降管帶汽和結構不合理等原因被破壞，造成受熱面管變形、爆管事故。其主要特征有：水循環故障屬于綜合作用的結果，涵蓋了循環回路中各管數量、含汽率、流阻與流速、受熱等諸多因素，熱負荷兩端的極值及異物堵塞的管子最易發生水循環故障。

2 工業鍋爐受熱面管的高溫失效原因

2.1 缺水原因

工業鍋爐缺水的主要原因包括不科學合理的鍋爐結構設計、水位表及報警器失靈、給水止回閥失靈、排污閥泄漏等諸多方面。為了保障鍋爐內正常的水位，一般裝設水位表、水位警報器及自動給水裝置等。

2.2 結垢原因

由于水質中含有的鈣、鎂離子的濃度超過其自身的溶解度，導致管壁及鍋筒內出現結垢現象。具體來說，進入鍋爐內的水溫會逐步升高，降低了水質中某些鈣、鎂鹽類的溶解度，溫度繼續升高會導致達到飽和后的鹽類沉淀析出，出現結垢現象。另外，鍋爐內水的蒸發濃縮無法帶走鹽類，難溶鹽類就會形成沉淀。還有就是水中的鈣、鎂鹽類在被加熱和蒸發時會發生化學反應，加大了難溶于水的物質析出。例如，在鍋爐中發生重碳酸鈣、重碳酸鎂的熱分解反應：

2.3 管內積炭原因

管內積炭出現的關鍵原因是油品經高溫發生裂解和氧化，在受熱面炭化結焦，控制導熱油的使用溫度，既降低了傳熱性能又減小了熱傳導液的流通截面，甚至還會因超溫爆管造成導熱油泄漏進爐膛內，未曾及時排出的爐內燃燒產物導致爆炸事故。管內積炭引起的受熱面管失效屬于長期過熱，積炭在整個循環系統管子內可見，并發生蠕變現象。倘若達到預定溫度的時間增加或監察到泥漿狀的油品，這說明可能會發生管內積炭。

2.4 水循環故障原因

水循環故障長短期過熱都有，主要表現有在水冷壁管熱強度最高部分失效、在受熱最差的水冷壁管發生破裂、因異物堵塞水管而造成水循環的破壞，使水管被燒壞，導致鍋爐受熱面管失效，引發安全事故。

3 預防工業鍋爐受熱面管高溫失效的有效措施

3.1 缺水防范措施

首先，合理設計鍋爐內部結構，并采取多重和多樣化保護相結合的方法，確保在一種保護失靈時可以采用另一種保護手段保障鍋爐的水供給。在此基礎上還要設置自動停爐保護裝置，其目的是嚴重缺水或煙氣短路等原因導致排煙溫度過高時可以自動切斷燃料的供應，并停止鍋爐運行。其次，加強運行管理。做好各種設備的日常維護與管理工作，對水位表進行定期沖洗，每月至少進行一次冷熱態試驗，包括鍋爐自動給水裝置、高低水位報警裝置、極限低水位自動停爐保護裝置等，確保自控裝置的靈敏性、安全性、可靠性。

3.2 結垢預防措施

水質是鍋爐安全經濟運行的基礎保障，因此必須確保爐內水質符合規定標準，可以采用以下2種方式：一是鍋外化學處理，該方式是應用最廣泛的方式，有效去除了水中的Ca2+、Mg2+，從根本上保障鍋爐的無垢運行；二是鍋內加入藥物處理，該方式是向水中添加適當數量的純堿、磷酸三鈉，保持水中一定比例的CO32-或PO43-，有效預防爐內出現結垢現象。

3.3 管內積炭預防措施

首先，在導熱油使用壽命內安全使用，其主要方法包括防止氧化和避免高溫。防止氧化主要是采用在高位槽設置氮封裝置等措施，隔離導熱油與空氣。通過差壓保護、超溫報警等措施，保護受熱面管不受損傷。另外，還要注意系統循環在停爐時保持繼續運行，直至達到100℃冷卻值后才可停泵。其次，盤管式的導熱油爐無法有效檢驗管壁，我們要對油進行檢測，防止受熱面管因積炭過熱而產生缺陷及損傷。導熱油質良好的情況下，其使用后閃點和運動粘度并沒有太大變化。再者，加強受熱面管材料、焊縫、彎頭處的質量檢驗。合理布置受熱面管，防止出現熱膨脹死點和導熱油滯流點或高溫點。采用穩定性符合加熱爐和系統操作條件的導熱油，防止出現高溫區受熱面管內積炭。

3.4 水循環故障的預防措施

水循環故障的預防措施主要防止循環停滯、倒流、汽水分層、下降管帶汽等問題。首先，合理設計結構，下降管和蒸汽引出管的數量要足夠，保障下降管的絕熱性能并且下降管的總截面積為上升管的30%左右，最佳的引出位置為汽包最下方。其次，保持穩定的負荷。若局部最大熱負荷達到或超過（550～600）*103Ca1/m2·h，管壁溫度會隨著水膜的蒸汽沖走而急劇提高，極易發生水冷壁管的鼓包損傷；負荷低于額定負荷時，容易發生水循環停滯和自由水位。第三，保持均衡的受熱。同一循環回路的上升管受熱要均勻，熱負荷不能相差太大。同時保持均勻的鍋爐給水。

參 考 文 獻

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