一台锅炉水冷壁管爆裂原因分析
来源:用户上传
作者:
摘 要 工业锅炉水冷壁管是锅炉关键部件之一，长期承受高温，高压，炉气，水蒸汽的腐蚀和冲刷，工作环境恶劣。水冷壁管爆裂往往造成巨大的人身伤亡和财产损失。苏州市某厂一台DZL4-13型快装锅炉1998年10月制造，2002年8月移入该厂投入使用。该锅炉额定压力1.27MPa，实际使用压力1.0MPa，水冷壁管材料为20钢，规格为φ63.5×3.5（GB3087）。在运行3年后发生水冷壁管爆裂，大量的高温，高压的汽水喷出，造成锅炉无法正常运行而紧急停炉。经检验发现是在炉膛左侧前数水冷壁第七根管发生爆管，其左右相邻三根管子均有不同程度胀粗现象。
关键词 锅炉；水冷壁管；爆裂
中图分类号U48 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）37-0169-02
1 概况
工业锅炉水冷壁管是锅炉关键部件之一，长期承受高温，高压，炉气，水蒸汽的腐蚀和冲刷，工作环境恶劣。水冷壁管爆裂往往造成巨大的人身伤亡和财产损失。苏州市某厂一台DZL4-13型快装锅炉1998年10月制造，2002年8月移入该厂投入使用。该锅炉额定压力1.27MPa，实际使用压力1.0MPa，水冷壁管材料为20钢，规格为φ63.5×3.5（GB3087）。在运行3年后发生水冷壁管爆裂，大量的高温，高压的汽水喷出，造成锅炉无法正常运行而紧急停炉。经检验发现是在炉膛左侧前数水冷壁第七根管发生爆管，其左右相邻三根管子均有不同程度胀粗现象。
2 爆裂部位宏观检查
爆裂口在炉膛左侧前数水冷壁第七根管的下端部，处于炉膛高温辐射区域。爆裂处管子出现胀粗和鼓包现象。破裂口基本呈L形状的纵向和横向分布。爆管裂口较小，破裂面粗糙不平整，边缘较钝。爆裂处外表面上覆盖有较脆且容易剥落的氧化皮。爆裂管向火面胀粗程度明显大于背火面，最大胀粗直径实测为φ70，相对胀粗量为9.4％。管外壁覆盖较厚的氧化皮，一般均大于1.5mm。管内则结有很厚的灰白色水垢，经测量均大于15mm。
3 硬度测试和金相分析
爆裂处向火面硬度（HB）值为89，爆裂处背火面硬度（HB）值为112，远离爆裂处的管子正常部位硬度（HB）值为150，由此可知爆裂处的力学性能强度指标已有较显著降低。在水冷壁管爆裂处分别截取纵向与横向试样进行金相检验，远离爆裂处的管子背火面显微组织为铁素体 +片状珠光体，属于 20 钢正常组织。
靠近爆裂处的显微组织为铁素体 +球状碳化物，原有片状珠光体区域形态已完全消失。
4 运行情况调查
审查该炉原始技术资料及历次检验报告，2004年8月内检报告：整改后运行，锅内及集箱内有大量水垢附着厚度大于2mm，覆盖率大于80％，至水冷壁管爆裂时未整改。在锅炉运行的近 3年期间内，一值选用水质较差的河水且未能正确掌握和使用好水处理设备钠离子交换器，致使锅炉给水硬度指标未能达到低压锅炉水质标准要求。锅炉操作人员多次在系统缺水的情况下向锅炉内补进未经处理的河水，使锅炉给水硬度、浊度指标大大超标。没有认真执行定期排污制度，在锅炉运行期间未定期排污。
5 爆管原因分析
当锅炉给水不经处理或处理不好时，水中含有的结垢物质进入锅炉，它们在锅炉内有的受热分解，生成难溶的沉淀物析出，某些具有负溶解度的盐类，随溶解度下降，从水中沉淀析出; 有的由于水的不断蒸发浓缩超过饱和浓度而沉淀析出。这些析出的沉淀物或悬浮在水中称为泥渣，或牢固地粘结在受热面内壁上，形成质地密实的水垢。水垢的导热性能极差，比钢的导热能力小几十倍到几百倍。受热面管子结垢后从管外吸收高温辐射的热量不能及时被水流带走，降低了高温和管内循环水的热交换效率，直接影响到水冷壁金属管的有效冷却。受热面上结垢后，阻碍水、汽吸收烟气的热量，会降低锅炉蒸发量，使排烟温度升高，造成排烟热损失增加，锅炉效率降低，增加锅炉燃料的消耗。受热面管子结垢后，其壁温会升高，这又加速了水垢进一步形成的物理过程和化学过程。如此周而复始，使得水垢越结越多，越结越厚，其后果是减少了水冷壁管内有效水流截面积，大大增加了水循环流动阻力，水流量下降，从而破坏了正常水循环，甚至可能造成水循环停滞的严重情况。水垢的产生和增厚，导致水冷壁管在炉膛高温辐射下得不到及时的降温局部壁温逐渐升高，管子就处在超温运行，使承压强度降低，引起金属过热，受热面管子胀粗变形，甚至引起爆管。硬度测试表明，爆裂处的抗拉强度确实有所降低。
6 预防措施
1）该水冷壁管爆裂原因是由于水垢引起管壁局部过热，在长期超温运行的情况下，使承压强度降低，受热面开始变形，管子慢慢地胀粗而管壁减薄，最终引起管子鼓包、 穿孔直至破裂，酿成爆管事故。因此应加强水处理工作。根据地区水质情况，锅炉用水量及锅炉用途选择合适的沉清池或机械过滤器。
2）在锅外水处理的基础上可配置锅内加药作为辅助处理，以进一步消除给水中的残余硬度，调节锅水碱度。
3）进一步加强锅炉运行管理，做好定期排污工作。
4）对锅炉检验单位在检验报告中提出整改问题应及时整改。
5）及时发现并清除水垢及水渣，切实有效保证锅炉运行所需的正常水循环。
6）加强对炉水、给水的化学监督，保证锅炉用水的质量品质。水处理人员应经专业培训，持证上岗。对水处理设备应定期进行检修和维护，保证水处理设备在正常运行中能送出质量合格数量充足的钠离子软化水。
参考文献
[1]谭彦显，吴瑞祥.锅炉管爆裂失效的分析研究.湖南冶金，2001(3).
[2]王士能.20t/h锅炉水冷壁管爆裂原因探讨.理化检验(物理分册)，2001(1).
[3]马庆谦，游菊.锅炉水冷壁管爆管原因分析.理化检验(物理分册)，2004(9).
[4]陈学俊.锅炉原理.北京：机械工业出版社，1991.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-8812347.htm
