一臺40 噸飽和蒸汽鍋爐大量汽帶水問題原因分析及解決方案

徐衍樹 白玉 姜峰

膠州市特種設備檢驗服務中心 山東膠州 266300

1 基本情況

某熱力公司新安裝一臺40t/h 飽和蒸汽鍋爐，鍋爐型號為DZL40-1.25-A Ⅱ,配備的鍋爐給水泵型號為DG46-50＊4，配套電機額定功率45KW，鍋爐給水泵為變頻調節。因公司為供熱企業，外網采用高溫水供熱，本項目蒸汽鍋爐產生的蒸汽不外供，汽水系統為密閉式循環。鍋爐產生的蒸汽去向共分兩部分，其中大部分蒸汽進入換熱器進行換熱后形成凝結水，全部回收至低位熱力除氧器；小部分蒸汽用來為本臺鍋爐的低位熱力除氧器提供加熱源。

項目建設完成后進行了水壓實驗和漏風試驗，在完成鍋爐的烘煮爐工作及全部附屬設備單體試車后，進入整套系統試運行階段。

在對本項目鍋爐首次啟動提升負荷過程中，當供汽壓力在1.0MPa，供汽量在13.5t/h 以下時，鍋爐給水流量與供汽流量基本保持一致。

但繼續向上提升負荷，增加供汽量時，鍋爐給水流量與供汽流量出現偏差，并且隨著供汽流量的增加，鍋爐給水流量與供汽流量的偏差逐漸增大，并伴隨鍋爐水位變化產生波動幅度增大的現象（波動范圍約100-150mm）。

當供汽流量達到17t/h 時，給水流量已接近60t/h。繼續增加供汽流量，鍋爐水位已無法滿足正常運行需求，當鍋爐給水流量與供汽流量差值約43t/h 的情況下，整套汽水系統可以基本維持汽水平衡狀態，該鍋爐最大產氣量為17 噸，達不到額定出力。

2 問題排查

針對鍋爐無法保證正常水位，影響負荷提升這一現象，公司相關項目負責人會同設計單位、檢驗單位和鍋爐制造單位專業人員對問題現象進行分析和試驗，逐步發現了造成這一現象的關鍵問題點。

2.1 全負荷運行試驗

試驗時間為三天（11 月15 日15:00 起至11 月18 日15:00 止），首先使一臺鍋爐給水泵全頻運行（給水泵電機電流81.0A,電機頻率49.9HZ），給水流量平均值達60t/h，供汽量平均值達17t/h。此過程中鍋爐水位一直沒有上升趨勢，并且稍微增加用汽量，鍋爐水位隨即出現下降現象。隨后試驗開啟兩臺給水泵，在鍋爐給水流量達到80t/h 時，繼續增加供汽量，鍋爐水位依舊無法保證。

2.2 排查流量計準確性因素

首先聯系流量計廠家技術人員來現場落實給水流量計及蒸汽流量計的準確性，廠家提供證據表明給水流量計及蒸汽流量計測量數據準確性可以保證。為了進一步驗證流量計的準確性，結合給水泵的出力分析，在單位時間內計算出注入鍋爐上鍋筒內的水量為60t/h 無誤，從而排除了流量計不準確因素。

2.3 分析汽水閉路循環

通過驗證，明確汽水管路的現場施工、管路連接均按照圖紙施工。從熱力系統圖上可以看出，從上鍋筒出汽之后可以形成閉路循環的汽水管路分為三路：第一路是蒸汽經分汽缸出來進入換熱器，換熱以后形成的凝結水經凝結水回收裝置回收以后，再經過凝結水泵打至低位熱力除氧器；第二路是蒸汽經分汽缸出來后直接加熱低位熱力除氧器；第三路是經連續排污擴容器帶出的蒸汽直接進入換熱器進汽端入口，形成的凝結水最后回收至低位熱力除氧器。

2.4 排查三路汽水管路

（1）排查分汽缸到除氧器系統：將除氧器進汽閥門關閉，觀察除氧器內水溫與凝結水溫度是否一致。連續觀察24 小時，發現兩處水溫基本一致，說明沒有其他路蒸汽直接進入除氧器。

（2）排查分汽缸到排污系統：停止連續排污擴容器排污，關閉所有相關的手動閥門及電動閥門。試驗進行24 小時，鍋爐水位沒有上漲現象，繼續增加供汽流量，鍋爐水位依舊無法保證，說明上鍋筒的水并非經過連排擴容器形成閉路循環。

（3）排查分汽缸到換熱器系統：停止凝結水泵運行，計算單位時間內凝結水回收裝置回收的凝結水量及換熱器凝結水液位的增減量之和，從而統計出單位時間內蒸汽經換熱器產生的凝結水量。

通過試驗和排查得知，進入換熱器的蒸汽中帶有大量的水一同進入換熱器，進行汽水換熱后形成凝結水，又經凝結水泵打至低位熱力除氧器，在一小時給水量60 噸的情況下，只能產生17 噸蒸汽，大約有43 噸噸高溫熱水通過分汽包到換熱器，又轉換為冷凝水通過水泵打回鍋爐，導致鍋爐不能達到額定出力，并蒸汽大量帶水[1]。

3 原因分析

在查找導致蒸汽鍋爐大量汽帶水原因過程中，工作人員分別從鍋爐結構的設計、汽水系統的運行工藝、操作人員的操作方法等方面進行了分析。

鍋爐廠家在設計本項目鍋爐時考慮了后期有可能改用為熱水鍋爐的因素，所以鍋爐上鍋筒前部的四根下降管管徑是按照熱水與蒸汽鍋爐中較粗的管徑來設計的。同時，鍋爐的兩組水位計均在鍋爐的前端，兩根前上集箱設計為直接插入鍋筒內部，并且為了減少蒸汽對鍋爐水位的影響，鍋爐廠家出廠時特意在鍋爐前端加裝了隔板罩以防止鍋爐水位波動過大。鍋爐給水布水管均勻布置在隔板罩的后端，當鍋爐負荷提高時，隔板罩擋住了大部分鍋爐給水，是鍋爐給水無法均勻分配到上鍋筒前端，同時上鍋筒前端的四根下降管偏粗循環速度過快，導致鍋爐爐水位不穩定及水位不上漲現象。此時鍋爐上鍋筒隔板罩后端基本處于滿水狀態（停爐檢查時根據上鍋筒隔板罩前后端的顏色差異可判定）據此推斷，鍋筒內隔板布置及結構是造成水位波動過大的主要原因。

經進入鍋筒內部檢查，發現汽水分離器上部邊緣與鍋筒連接處有20mm 左右的縫隙(應為密封結構)，導致大量的汽水混合物未經汽水分離器分離直接進入上集箱送入分汽缸。汽水混合物在分汽缸匯集、均壓后分別進入汽水換熱器及熱力除氧器，汽水分離器未發揮作用是蒸汽大量帶水的主要原因。

4 解決方案

4.1 鍋爐大量汽帶水的解決方案

將汽水分離器上部邊緣與鍋筒連接處之間的20mm 左右的縫隙封堵，保證的汽水分離器的效果，使出口蒸汽符合設計要求。

4.2 鍋爐水位波動的解決方案

解決水位波動：經反復模擬試驗，采取鍋筒內增加隔板緩沖的辦法，以水位中線為中心增加了300mm 高的有孔隔板兩個，隔板之間間距300mm，小孔直徑12mm，孔間距約40mm 均勻分布。加隔板之后緩沖了水位沖擊，減少了水位波動。

4.3 改造后的效果評價

經過鍋爐廠家對汽水分離器和鍋筒上部空隙的封焊，上鍋筒內加裝有孔隔板，公司重新啟動本項目蒸汽鍋爐，發現在提升負荷時鍋爐的給水流量與供汽流量可基本一致，鍋爐可帶最大負荷趨于額定負荷[2]。鍋爐水位波動在正常范圍內，換熱器冷凝水回收數量正常，蒸汽帶水問題得到解決，經過一個采暖季的運行，各項指標達到了設計要求。

5 總結

通過對該鍋爐水位波動過大、提升負荷困難，達不到額定出力的現象，有針對性的排查鍋爐汽水系統、鍋筒內裝置結構，找到產生問題的原因；根據原因模擬試驗，對汽水分離器上部空隙進行封焊，在鍋筒內增加帶孔隔板，有效解決了存在問題，使鍋爐達到額定出力，運行平穩。此鍋爐雖為個例，但也為此類鍋爐運行故障分析和排除有一定借鑒作用。

6 預防措施

為預防此類故障再次發生，首先要從設計制造方面規避風險，鍋爐設計文件要經過有鍋爐設計文件鑒定資質的單位進行設計文件鑒定，其次使用單位不建議選用大噸位汽水兩用鍋爐，制造單位在沒有制造業績的情況下，也不能制造此類鍋爐，國家市場監管總局新的三定方案對鍋爐的監管在原來只監管安全的基礎上增加了節能和環保的職能，所以設計制造要符合安全、節能、環保的要求，還有滿足使用的可靠性。安裝單位在安裝前要對設計文件進行圖紙會審、針對鍋爐的結構特點、制定安裝工藝并嚴格按安裝工藝進行施工[3]。鍋爐安裝過程中加強工藝紀律檢查，對各個工序和檢查點、審核點、停止點該停即停、該檢即檢，安裝質量不合格嚴禁進入下道工序。鍋爐安裝監督檢驗機構要加強安裝過程監督，加強對安裝安裝工藝、安裝材料驗收、安裝單位自檢材料等的抽查，對鍋筒內部連接件等隱蔽部件安裝質量，在安裝單位自檢合格的前提下，加大現場抽查力度和比例，以防止部件連接封焊等質量事故的發生。在試運行階段，對此類鍋爐要由使用單位組織制造單位、安裝單位并邀請監督檢驗機構參加，及時發現設計、制造、安裝環節的缺陷和隱患，并根據試運行存在問題及時會診，以保證投入使用的鍋爐安全、節能、環保運行。