陳　林（福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院）

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工業(yè)鍋爐煙管泄漏成因分析及預(yù)防措施

陳林（福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院）

鍋爐煙管因變形、穿孔發(fā)生泄漏，本文通過對(duì)該鍋爐煙管失效的實(shí)際情況和以往的運(yùn)行狀況，分析其發(fā)生的原因，并提出了相應(yīng)的預(yù)防措施。

鍋爐；變形；穿孔；泄漏；預(yù)防措施

DZG型蒸汽鍋爐是單鍋筒縱置式固定爐排鍋殼鍋爐，該型號(hào)鍋爐操作簡(jiǎn)便，升溫升壓快，熱效率高，因而使用比較廣泛，普遍用于印染等加工行業(yè)，近些年，我們?cè)阱仩t定期檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，該型號(hào)鍋爐煙管泄漏事故時(shí)有發(fā)生，本文針對(duì)該型號(hào)一臺(tái)鍋爐的煙管失效事故進(jìn)行研究，對(duì)工業(yè)鍋爐運(yùn)行、管理等方面應(yīng)注意的問題進(jìn)行探討，提出一些有效的預(yù)防措施。

1　檢驗(yàn)及分析

某洗滌廠 1臺(tái)型號(hào)為DZG2-1.25-AⅡ的燃煤鍋爐于2015年11月因煙管變形嚴(yán)重及泄漏事故導(dǎo)致工廠停廠，該鍋爐的主要技術(shù)參數(shù)為：額定蒸汽壓力：1.25MPa，額定出力：2t/h，出口溫度：193℃，煙管尺寸為：φ63.5×3.5mm，三回程固定爐排，檢查現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行燃料主要以木屑，谷糠為主，運(yùn)行記錄不全，現(xiàn)場(chǎng)管理混亂。內(nèi)部檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)：

（1）高溫區(qū)最上兩排煙管存在直管段彎曲變形，最大變形量為80mm，鍋筒內(nèi)壁上有多條低水位線（如圖1），檢查其水位自動(dòng)控制裝置為失靈狀態(tài)。

圖1　鍋筒內(nèi)壁低水位線及變形煙管

（2）煙管在后管板高溫區(qū)側(cè)第一排第2、5根，第二排第3、5、6，第四排第3根存在煙管局部穿孔，穿孔面積最大約10mm×20mm（如圖2所示）穿孔大部分集中在靠近出煙口處的煙管上（如圖3所示）。

圖2　煙管穿孔位置

圖3　煙氣流動(dòng)方向及磨損位置

2　變形及穿孔原因分析

2.1煙管變形原因分析

該鍋爐為全天24h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，水位自動(dòng)控制裝置失靈，僅憑司爐工手動(dòng)補(bǔ)水無法保證水位的正常，從鍋筒內(nèi)壁水位線痕跡分析鍋爐運(yùn)行時(shí)時(shí)有缺水現(xiàn)象發(fā)生，司爐工操作不規(guī)范，制度不健全。鍋爐在正常運(yùn)行狀況下，煙管與鍋筒兩者都會(huì)有一定的伸長，壁溫差在設(shè)計(jì)允許的溫度條件下，管板在彈性范圍內(nèi)允許其一定的伸長能力，煙管不會(huì)有可見的塑性變形。因此在低溫側(cè)煙管與鍋筒壁溫溫差較小，不易發(fā)生變形。針對(duì)此臺(tái)型號(hào)的鍋爐，鍋筒長L=4000mm，壁厚16mm，外徑1800mm，材質(zhì)Q345R，煙管尺寸為：φ63.5×3.5mm，煙管材質(zhì)20G，鍋筒壁溫193℃，煙氣溫度 750℃，高溫區(qū)上排煙管因缺水溫度升高，全長平均溫度取 500℃，進(jìn)水溫度取20℃，經(jīng)查表鍋筒與煙管材料線膨脹系數(shù)a=1.05×10-5C-1，計(jì)算低水位時(shí)高溫?zé)煿苌扉L量與鍋筒伸長量分別為：

鍋筒伸長量△L筒=aL（t2-t1）=1.05×10-5×4000×（194-20）= 7.31mm

煙管伸長量△L管=aL（t2′-t1）=1.05×10-5×4000×（500-20）= 20.16mm

△L管-△L筒=20.16-7.31=12.85mm

式中：a——線膨脹系數(shù)；

L——煙管長度；

t2——鍋筒壁溫；

t2′——高溫區(qū)第一排煙管平均壁溫；

t1——進(jìn)水溫度。

該煙管若超溫伸長量超出鍋管本身的伸長量，當(dāng)無法利用管板的呼吸空間伸長，多余的長度只有通過彎曲變形來釋放，受高溫?zé)煔饧訜岬臒煿芤虻貌坏藉仩t水的可靠冷卻，管壁超溫，產(chǎn)生過量的線膨脹，在兩端管板的限制下產(chǎn)生塑性變形，經(jīng)反復(fù)多次缺水，膨脹產(chǎn)生軸向力致使煙管的變形量愈來愈大。

2.2煙管穿孔原因分析

將磨損穿孔附近的煙管切割一段觀察，其內(nèi)壁表面光亮圓滑，在圓柱形的管壁內(nèi)側(cè)出現(xiàn)平整的平面，經(jīng)厚度檢測(cè)，在穿孔磨損附近的平面處檢測(cè)壁厚明顯減薄，最小值為1.5mm（如圖4所示）。進(jìn)入爐膛內(nèi)部及煙箱檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)大量積灰。

圖4　煙管內(nèi)表面磨損簡(jiǎn)圖

（1）進(jìn)行光譜分析，切割下的減薄煙管材料成分光譜分析如表1所示，所抽查材料成分等同于20G，材質(zhì)未見明顯異常，由此判定該變形及穿孔跟材質(zhì)劣化無關(guān)。

表1　煙管光譜分析材料成分表

（2）燃燒情況進(jìn)行分析，檢查現(xiàn)場(chǎng)燃料以木屑、谷糠為主，其發(fā)熱值達(dá)不到設(shè)計(jì)中使用的燃煤值，從鍋爐檢查門燒焦情況可判斷該鍋爐為滿足生產(chǎn)需求超負(fù)荷運(yùn)行，當(dāng)燃料熱值無法滿足時(shí)必須則加大風(fēng)量，爐膛內(nèi)部處于正壓燃燒，導(dǎo)致煙氣量過大，流速過快，更多的飛灰顆粒及不完全燃燒的碳粒隨著高速煙氣通過受熱面時(shí)，與壁管發(fā)生撞擊摩擦，飛灰顆粒經(jīng)過高溫區(qū)煙管后在出煙口處需做90°的轉(zhuǎn)彎，大部分顆粒尤其是磨損性強(qiáng)的粗顆粒，在離心力的作用下被拋向外側(cè)使這里的飛灰濃度增高。當(dāng)飛灰顆粒撞擊受熱面時(shí)，受熱面表面會(huì)出現(xiàn)微小凹坑，當(dāng)撞擊力超過其強(qiáng)度極限或頻繁撞擊后，表面薄層會(huì)出現(xiàn)破壞脫落現(xiàn)象，形成撞擊磨損，煙速越高，灰料越大，對(duì)管壁的撞擊力就超大，煙氣攜帶的灰粒越多，撞擊的次數(shù)就越多，最終導(dǎo)致穿孔。由于煙氣通過前煙箱后有一定的緩沖，煙速減慢，灰粒減少，所以在第三回程煙管內(nèi)壁磨損明顯減少，也未見穿孔現(xiàn)象。

（3）管理情況分析：鍋爐在使用過程中應(yīng)按操作說明書定期清理爐膛、煙箱及煙管受熱面，從檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，爐膛及煙箱內(nèi)大量積灰，占用煙箱及煙管內(nèi)通道空間，煙氣通過時(shí)偏流向未堵塞側(cè)從而導(dǎo)致煙氣在煙管中的流通速度加大，造成單側(cè)局部磨損的可能性就增大。鍋爐受熱面的磨損關(guān)系式如下：

式中：E——磨損量；

f1——灰粒特性系數(shù)；

f2——受熱布置型式及沖刷方式系數(shù)；

C——飛灰濃度；

V——煙氣流速。

從公式可以看出，灰粒磨損情況與灰粒的特性、受熱面結(jié)構(gòu)及布置、煙氣流速都存在一定的關(guān)系，較大較硬的灰粒造成的磨損也較嚴(yán)重，受熱面管子的布置方式，如錯(cuò)列，順列；橫向，縱向，斜向節(jié)距均對(duì)磨損有影響。當(dāng)燃料和受熱面結(jié)構(gòu)型式固定時(shí)，其磨損量與飛灰濃度的一次方成正比，與煙氣流速的3.5次方成正比，可見影響煙管磨損的首要因素是煙氣流速，其次才是飛灰濃度，所以爐膛及煙箱內(nèi)大量積灰可大大增加磨損速度導(dǎo)致穿孔。

2.3分析小結(jié)

從光譜元素含量來看，該臺(tái)鍋爐煙管材質(zhì)在金屬組織結(jié)構(gòu)和成分上均符合要求，不存在過燒或劣化等跡象，造成變形及穿孔的主要原因有三條：①未按鍋爐使用說明進(jìn)行定期保養(yǎng)，水位聯(lián)鎖保護(hù)裝置未能起到作用導(dǎo)致鍋爐不定期處于缺水運(yùn)行狀況，加大了高溫區(qū)上排煙管的塑性變形；②用戶擅自改變鍋爐的燃料，將燃料設(shè)計(jì)的燃煤改為木屑及谷糠，為滿足生產(chǎn)需求超負(fù)荷燃燒，飛灰顆粒及不充分燃燒的碳粒對(duì)煙管內(nèi)壁造成磨損；③管理不到位，操作人員責(zé)任心不強(qiáng)，相關(guān)規(guī)章制度不健全，鍋爐在運(yùn)行當(dāng)中沒有按照鍋爐使用說明書的要求進(jìn)行定期清灰，造成煙管流通面積減小，煙氣流通速度增大，大大的加劇了煙管的磨損最終導(dǎo)致煙管穿孔。

3　解決方案及相關(guān)預(yù)防措施

針對(duì)上述鍋爐運(yùn)行中出現(xiàn)的問題以及事故原因分析得出的結(jié)果，對(duì)該鍋爐運(yùn)行中出現(xiàn)的問題提出以下幾點(diǎn)方案及措施：

3.1解決方案

①該煙管變形量超過其直徑或穿孔，需進(jìn)行更換修理，用戶應(yīng)請(qǐng)有資質(zhì)的維修單位按照相關(guān)法律、法規(guī)的要求進(jìn)行更換，根據(jù)《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定，當(dāng)受熱面管子更換數(shù)量大于該受熱面管子的10%并且不少于10根時(shí)更換前還應(yīng)報(bào)當(dāng)?shù)貦z驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)檢，維修結(jié)果必須經(jīng)當(dāng)?shù)貦z驗(yàn)機(jī)構(gòu)監(jiān)檢合格后方可重新投入使用；②更換燃料，使用鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)的燃煤燃料，在未經(jīng)設(shè)計(jì)單位同意的基礎(chǔ)上不得擅自更改鍋爐的燃料。

3.2預(yù)防措施

①定期保養(yǎng)鍋爐，鍋爐的保護(hù)裝置更應(yīng)定期檢查其可靠性；②加強(qiáng)鍋爐的運(yùn)行管理，及時(shí)清理爐膛及煙箱內(nèi)的積灰，加大操作人員的管理，增強(qiáng)責(zé)任心，確保鍋爐可靠、高效的運(yùn)行；③為了確保鍋爐的安全連續(xù)運(yùn)行及良好經(jīng)濟(jì)效益，不允許鍋爐處于超負(fù)荷運(yùn)行。

4　結(jié)論

本文對(duì)某燃煤工業(yè)鍋爐煙管出現(xiàn)變形，穿孔致泄漏事故原因展開分析，得出導(dǎo)致鍋爐失效的原因是管理不到位，鍋爐的聯(lián)鎖保護(hù)裝置失效，水位控制不當(dāng)，用戶擅自更改鍋爐燃料，造成鍋爐缺水工狀下超負(fù)荷燃燒，高溫區(qū)上排煙管缺水產(chǎn)生塑性變形，煙管第二回程靠近出口處磨損穿孔。針對(duì)這些問題提出了相應(yīng)的解決方案及相關(guān)的管理建議，對(duì)鍋爐今后的運(yùn)行管理具有一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。

［1］馬昌華.鍋爐事故防范與安全運(yùn)行［M］.工業(yè)鍋爐，2000.

［2］錢建新，夏臨明.臥式鍋殼式鍋爐煙管泄漏成因分析［M］.中國特種設(shè)備安全，2015，07.

2016-6-1

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2095-2066（2016）17-0012-02