熱水鍋爐防汽化及防止產生水擊的措施研究

王耀國

摘 要：熱水鍋爐系統在正常運行狀態時突遇停電會使得整個供水系統產生汽化現象，從而形成水擊破壞整個供水系統，造成嚴重的安全事故。筆者有著多年熱水鍋爐車間的工作實踐經驗，對本單位的熱水鍋爐汽化及產生水擊的現象進行分析，并提出了改進的防汽化對策，希望可以對其他的熱水鍋爐防汽化研究提供參考。

關鍵詞：熱水鍋爐；防汽化；水擊；措施

中圖分類號：TK284.7 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）01-0085-02

Abstract： The sudden blackout of the hot water boiler system in normal operation will cause vaporization of the whole water supply system， so that water hammer will destroy the whole water supply system and cause serious safety accidents. The author has many years of practical experience in the hot water boiler workshop. This paper analyzes the phenomena of vaporization and water hammer of the hot water boiler in our unit， and puts forward some improved countermeasures for preventing vaporization. It is hoped that it can be used as a reference for other research on preventing vaporization of hot water boiler.

Keywords： hot water boiler； anti-vaporization； water hammer； measures

熱水鍋爐對于蒸汽鍋爐來講，具有使用廣、投資小等優點，當前在很多的采暖系統當中都大量應用著。熱水鍋爐在運行的過程當中要非常注意安全問題，保障運行系統中的溫度和壓力適當不能超標，如果發生汽化現象就會引起水擊，從而造成鍋爐系統設備發生損壞進而引發安全事故的發生。在熱水鍋爐的使用過程中，做好防汽化現象的發生以及做好正常的預防和處理方案是保證其安全運行的關鍵。但是當前熱水鍋爐提供的相關培訓教材對于熱水鍋爐安全運行的資料都比較片面，沒有實用性，不能在現場做好相關處理工作。本文作者有著多年熱水鍋爐車間的工作實踐經驗，對本單位的熱水鍋爐汽化及產生水擊的現象進行分析，并提出了改進的防汽化水擊對策，希望可以對熱水鍋爐的正常運行工作起到一定的保障作用。

1 熱水鍋爐汽化的危害分析

熱水鍋爐在其結構設計當中沒有預留大的汽水空間，所以當系統出現汽化現象時，熱水鍋爐產生的蒸汽將與熱水混合出現，兩相進行流動匯合。但是蒸汽的比容大、流速快、且其處于空間的上層，導致下部的熱水的流動產生阻塞現象，從而破壞整個熱水鍋爐的水循環過程。水循環過程的不順利又反過來作用于系統，導致其汽化現象加劇，促使熱水鍋爐的安全事故更加嚴重。

熱水鍋爐汽化后產生的危害主要有：

（1）引起鍋爐爆管

熱水鍋爐發生汽化現象后，會導致系統后的水質產生水垢導致傳熱不便，進而使得鍋爐因傳熱問題產生爆管事故。

（2）引起振動

鍋爐系統產生汽化后，隨著汽化情況的形成和加劇就會產生汽的擾動，其頻率如果同鍋爐系統自身的頻率相同，將會產生共振現象，使得通水的管路遭到破壞。

（3）產生水擊

汽化現象所形成的汽化蒸汽一旦進入管路，會迅速凝結，而導致其周圍的水分運動加速進行補充的過程，在宏觀上就會有很強烈的沖擊現象的發生，對管壁造成損傷，并發生很大的響聲，這種水擊長時間持續，就容易破壞管路。

（4）誘發爆炸事故

如果熱水鍋爐的汽化現象不能及時停止，其形成汽化部位的金屬管道壁的溫度就會急劇升高，從而造成其強度和抗壓力下降。持續不斷的汽化現象會造成鍋爐系統中形成高溫、高壓環境，最后還可形成超壓環境，這都能造成鍋爐發生強烈的爆炸事故。

2 熱水鍋爐車間的工作運行現狀

單位熱水鍋爐車間有DHL2500-16型熱水鍋爐4臺，運行出水溫度一般在90°以上，運行壓力0.5MPa。正常工作狀態都可以滿足單位的供水要求。但是單位因故會發生停電現象，熱水鍋爐系統在停電后會產生汽化現象并產生水擊，給整個熱水鍋爐供水系統造成很大的危害。在熱水鍋爐系統發生汽化后都需要停止其工作運行，對事故進行處理，其處理時間平均在6小時左右，在冬季停爐時間長會造成供熱管網凍裂事故，給整個供熱系統造成了很大的損失，也會影響到單位其他部門的生活和工作。

熱水鍋爐在其供電正常的情況下，會按事先設定的規范進行工作。如果突然停電，系統中的循環泵因無電而不能工作，其整個熱水鍋爐系統中的水循環就遭到了破壞。在此狀態下，燃燒室中預存的燃料不能立即熄滅。燃燒室前后拱及爐墻仍處于高溫狀態，蓄熱量很大，放出很大的熱量，所以停電后受熱面仍能維持相當大的熱負荷。但此時介質在受熱面內吸收的熱量不能及時輸送到熱網中，而是提高了自身的熱焓最后發生汽化現象。停電后鍋內仍可以保持較弱的自然循環流動，因此發生汽化時間較長。但對于強制循環的熱水鍋爐，本身水容量小，停電后水循環隨即停止，管內的工質處于停止狀態，便會很快發生汽化，將導致系統產生水擊，隨時都有可能發生安全爆炸事故，應該要引起重視。endprint

3 熱水鍋爐系統汽化及水擊現象產生的原因分析

公司組織技術人員對熱水鍋爐系統的整體情況及汽化及水擊現象進行分析，總結，對發生汽化及水擊現象進行原因的分析，為后期的改造提供相應的依據。

3.1 熱水鍋爐車間供電系統不穩

當前DHL2500-16型熱水鍋爐4臺，都處于滿負荷工作狀態。因供電系統的設計不是很合理，前期沒有考慮雙回路供電，所以常常會因供電系統故障造成停電事件。還有就是常因供電系統不穩造成“閃停”后，鍋爐循環泵由于是降壓啟動方式不能立即啟動，從而也會造成鍋爐汽化，從而影響到整個熱水鍋爐的正常工作，甚至發生爆炸等安全事故。

3.2 停電后發生汽化的時間短，處置不及時就會產生水擊

冬天外界的氣溫比較低，所以熱水鍋爐出水溫度也比較高。根據多次的現場情況來看，熱水鍋爐系統的循環泵因停電停運后馬上就會發生汽化產生水擊現象，時間大都在1分鐘內，讓現場操作人員根本來不及處理。這給因停電而如何防止汽化帶來了非常大的困難，因此單位除考慮如何防止汽化外，也應該考慮把汽化后如何縮短處置時間防止產生水擊當成主要的研究課題。

3.3 熱水鍋爐的出水母管的設計不合理

DHL2500-16型熱水鍋爐的出水管高于鍋爐排氣閥，最高點無排氣閥，經分析認為其汽化產生的蒸汽無法做到及時的排除，在這樣的情況下，更是加劇了系統內的汽化程度，從而發生水擊等安全事故。

4 熱水鍋爐系統防汽化及水擊的改造措施

4.1 增加供電可靠性

針對熱水鍋爐車間的機電設備的功率重新進行供電系統的整體設計，增加雙回路供電及穩壓設備，并考慮循環泵啟動方式改為變頻啟動，以保障整個供電系統的穩定性和可靠性。讓其在工作過程中不隨意停電，或者在“閃停”后循環泵能直接啟動，減少汽化及水擊現象的發生。

4.2 在熱水鍋爐系統增加高揚程泵設備

因鍋爐在汽化時，爐內壓力達到0.7Mpa，遠高于自來水供水壓力，不能用自來水給鍋爐水降溫，因此針對車間的熱水鍋爐系統，可以考慮在系統中增加1臺高揚程泵，經過計算設計其流量50m3/h，揚程80米。從軟水箱取水，打入鍋爐后下降管處，同時開啟鍋筒排氣閥，使鍋爐內爐水迅速降溫，同時帶走爐膛熱量。可以起到防汽化及水擊現象的發生。

4.3 在出水母管增加排氣閥

在熱水鍋爐系統的出水母管最高點增加排氣閥，根據出水母管的直徑，設計為DN32的排氣閥基本可以達到要求。DN32的排氣閥可以使得汽化產生的蒸汽能及時的排除，緩解系統內的汽化程度，從而降低系統發生水擊等安全事故的概率。

5 熱水鍋爐系統突然停電及恢復供電后的處理措施

5.1 熱水鍋爐系統突然停電時的處理措施

當熱水鍋爐系統發生突然停電循環水泵停止運行時，技術人員視運行參數及現場情況作出判斷，如存在汽化可能時（冬季運行溫度高一般都會汽化），應立即關閉鍋爐進出口閥門，并迅速打開爐膛上的門孔，流入冷空氣，冷卻爐膛。對層燃鍋爐，還要人工在爐排表面上加濕爐渣，把熾熱的火床蓋住。及時開啟高揚程泵給鍋爐補水，一是加速鍋爐內爐水的冷卻；一是補充爐水系統的泄漏，同時打開鍋爐頂部集氣罐上的排氣閥進行排汽，排放出鍋爐內的蒸汽。

5.2 熱水鍋爐系統恢復運行時的正確操作

當鍋爐頂部集氣罐上的排氣閥沒有蒸汽排出時，可按正確操作逐步恢復運行。第一，先開啟鍋爐補水泵，為系統補水、加壓；第二，停止高揚程泵，在確認爐內無蒸汽時，關閉鍋爐各個排氣閥；第三，緩慢打開鍋爐進出水閥；第四，啟動循環泵，使系統恢復循環運行。第五，等水循環正常之后，按正常起爐規程操作開始運行。

6 該措施的實際應用效果

該措施應用以前，每年停電10多次，每次都會汽化并產生水擊，并有兩次發生摧毀供熱主管的事故，停電次數減少為每年3至4次，如采暖初期供水溫度不高時，發生“閃停”后，循環泵能立即啟動，就不會發生汽化，不影響鍋爐運行。即使發生汽化，處理時間也由原來的6小時減少為2小時左右，大大降低了發生水擊的可能性。應用該措施運行幾年來未發生過一起水擊破壞管網及管網因停爐時間長導致的凍裂事故，取得了很好的經濟效益及社會效益。

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