前言

2003年春節(jié)前后，棗莊市相繼發(fā)生數(shù)十起熱水鍋爐鼓包事故，其中有八起鼓包鍋爐出自某一結(jié)構(gòu)，同年3月8日，棗莊市某學(xué)校又一該結(jié)構(gòu)熱水鍋爐在使用僅6個月后發(fā)生鍋筒鼓包、局部裂紋以及水冷壁管堵塞滲漏事故。給推廣使用這一結(jié)構(gòu)類型鍋爐蒙上了陰影，筆者作為多年從事鍋爐與水處理檢驗的技術(shù)人員從該臺鍋爐的使用管理與鍋爐結(jié)構(gòu)入手，通過分析論證，發(fā)現(xiàn)鼓包鍋爐普遍存在著一些共性問題。

1 鍋爐基本狀況

經(jīng)查：該臺鍋爐為2001年9月由我省某市鍋爐廠生產(chǎn)的DZL2.8－0.7/95/70－AII型熱水鍋爐，爐膛兩側(cè)布置有長、短水冷壁管，左右煙室后部還各有兩根后水冷壁管（以下將水冷壁管簡稱為壁管），長、短及后壁管從集箱上交叉引出焊接在鍋筒上，短壁管插入鍋筒下部縱軸線兩側(cè)240mm處，長、短壁管之間形成的空間密封絕熱后組成左右第二回程煙室；鍋內(nèi)定期排污裝置為管式縱向吸污管，吸污管由焊接在鍋筒底部的前后支座固定，吸污管下側(cè)開有兩排直徑為12mm吸渣孔（鍋爐結(jié)構(gòu)見示意圖）。



鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖

該鍋爐于2001年11月下旬安裝，12月份開始投用，至2003年3月份出現(xiàn)鼓包事故，連續(xù)運行時間僅6個多月；爐膛情況檢查：后拱端以前的鍋筒腹部設(shè)有厚約80mm，長約1.6m絕熱層，第二回程煙室底部皆為絕熱層覆蓋，爐膛后拱上部比正常后拱加厚約150mm；檢查中發(fā)現(xiàn)，在第二回程煙室絕熱層、鍋筒絕熱層及前、后拱端部都伴有較嚴重結(jié)焦。鍋筒鼓包處檢查，鼓包起始于鍋筒腹部絕熱層終止處，長約300mm、寬約100mm、高度約25mm～30mm。檢查中還發(fā)現(xiàn)在正對鍋筒鼓包左側(cè)已有一根短壁管發(fā)生脹粗滲漏。進入鍋筒腰孔檢查，發(fā)現(xiàn)鍋筒底部有厚約60mm水渣，鍋內(nèi)、集箱內(nèi)、長短壁管內(nèi)及煙管可見部位結(jié)垢厚度為0.5mm～1mm之間不等，未發(fā)現(xiàn)受熱部件嚴重結(jié)垢情況；對距鼓包中心約450mm吸污管后支座焊根檢查，發(fā)現(xiàn)有兩條交叉熱裂紋存在；對長、短壁管全面做堵塞情況檢查，發(fā)現(xiàn)在正對鍋筒鼓包左右側(cè)各有兩根壁管在下部彎曲處堵塞（含前面提及的左側(cè)滲漏一根短壁管）。

2 事故原因檢查化驗分析

2.1 短壁管異物堵塞導(dǎo)致管內(nèi)水流停止并加劇鍋筒工作條件惡化

堵塞的短壁管處于爐膛火焰輻射熱區(qū)，堵塞部位處于煙室下部管子彎曲的起始部位，該部位水流阻力大，極易產(chǎn)生水垢或造成管子堵塞。為弄清堵塞原因，首先從水處理設(shè)備檢查著手。經(jīng)查：該衛(wèi)校所用水處理設(shè)備屬順流再生交換器，為鍋爐出廠所帶附機；對交換器接管及安裝情況檢查，其外觀質(zhì)量符合要求；對充裝樹脂質(zhì)量、數(shù)量檢查，其樹脂出廠見證資料齊全，樹脂高度占交換器長度的2/3，在視鏡的中間部位；查閱該校水處理分析記錄：其原水總硬度為10.5mmo1/1，總堿度為4.6mmol/1，鍋爐被給水硬度為2mmol/1～3.5mmol/1（堿度的基本單元為：HCO₃^－、OH^－、1/2CO₃^2－；硬度的基本單元為：1/2Ca²⁺、1/2Mg²⁺，下同）；鍋水PH值為8.5～9。對爆破及堵塞的短壁管割管檢驗，發(fā)現(xiàn)在管子彎曲部位均被白色物堵死，堵塞長度近150mm，對堵塞物檢查，發(fā)現(xiàn)堵塞物比較疏松，經(jīng)敲打很快有鋼絲清除。取堵塞物在10％鹽酸中進行溶解試驗，堵塞物溶解并不劇烈，無大量汽泡出現(xiàn)，說明水垢不是以碳酸鹽為主。但從垢樣色澤看，其為硫酸鹽或硅酸鹽水垢的可能性很小，為慎重起見，向垢樣溶液中又加入了10％氯化鋇溶液，但未發(fā)現(xiàn)大量白色沉淀物生成；另取垢樣溶液100ml向其中加入20ml氟化氫溶液也未發(fā)現(xiàn)有效溶解現(xiàn)象，也排除了堵塞物是硫酸鹽或硅酸鹽水垢的可能。為弄清可疑堵塞物的來源，組織了對司爐操作人員的詳細詢查，他們講2002年春季對鍋爐采取石灰干保時，發(fā)現(xiàn)有石灰粉化后溢入鍋內(nèi)，并進行了清除，但對管內(nèi)情況未進行認真檢查。因此，可以說石灰的進入導(dǎo)致了個別管子的局部堵塞，并造成管內(nèi)水流速的減弱和停滯。而管壁的冷卻能力下降，又加速了水垢的生成，于是造成了部分短壁管的全部堵塞。

在鍋爐結(jié)構(gòu)中鍋筒短壁管的設(shè)置是鍋爐安全運行的重要保證，管內(nèi)水的快速流動對攪動鍋內(nèi)積渣，沖刷、冷卻鍋底起著極其重要的作用。當(dāng)短壁管工作正常時，既使鍋內(nèi)積存一定厚度的水渣，鍋筒也不會因此出現(xiàn)鼓包事故；但當(dāng)部分短壁管發(fā)生堵塞，管內(nèi)水流減弱或停止后，未予進行絕熱而完全置于輻射熱區(qū)的鍋筒在積存一定厚度的水渣時，鍋筒下部鋼板工作環(huán)境則加速惡化。所以，短壁管的部分堵塞直接導(dǎo)致并加速了鍋筒鼓包事故的發(fā)生。

2.2 水處理方面影響

雖然本臺鍋爐水處理質(zhì)量未使鍋爐出現(xiàn)大范圍嚴重結(jié)垢，但給水硬度較嚴重超標，鍋水PH值不合格，在引起這次短壁管爆管及鍋筒鼓包事故中仍占有較大的份量，據(jù)統(tǒng)計，該類型鼓包鍋爐普遍存在給水硬度嚴重超標問題，其給水硬度嚴重超標會造成以下嚴重后果。

（1）水硬度過高加劇了短壁管堵塞的速度

GB1576－2001《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》規(guī)定承壓熱水鍋爐給水硬度≤0.6mmol/1，目的是防止熱水鍋爐嚴重結(jié)垢，造成鍋爐受熱承壓部件過熱鼓包等事故，但目前仍有不少熱水鍋爐使用單位存有麻痹思想認為熱水爐出水溫度95℃以下，給水硬度高一些問題不大。棗莊地處礦區(qū)，原水硬度較高，用自來水做水源的原水硬度已達10.5mmol/L,對于流再生交換器一級處理給水硬度達標已屬困難，如不重視水處理工作，給水硬度嚴重超標，在管子受輻射熱或內(nèi)有異物時，管內(nèi)熱水就會發(fā)生汽化，從而會使鍋爐承壓部件嚴重結(jié)垢，并導(dǎo)致管子堵塞、過熱而鼓包。此臺鍋爐短壁管的堵塞過熱及爆破，給水硬度過高對已不暢通的管孔起到了快速填充的作用，若此臺鍋爐安裝運行初期給水硬度控制在GB1576－2001規(guī)定范圍之內(nèi)，則管內(nèi)金屬面會比較平滑，使遺落的石灰不存或少存成為可能，或在鍋爐運行初期脫落，從而起到避免短壁管堵塞爆破事故出現(xiàn)的時間，避免鍋筒底部出現(xiàn)的鼓包事故。

（2）水硬度過高造成了爐筒大量片狀水渣的沉積

從本臺鍋爐鍋內(nèi)清除的水渣中發(fā)現(xiàn)，水渣多為煙管較簿的水垢脫落沉積而成。煙管屬對流受熱面，受熱不嚴重，管外水溫低，水流沖刷力度大，故水垢容易脫落。檢查發(fā)現(xiàn)每塊水垢表面積比較大，約30×20（mm²）左右，由于管式排污吸污口小，難以將其有效排出鍋外。而當(dāng)給水硬度符合標準時，結(jié)垢物質(zhì)很少，熱水鍋爐由于基本不存在鍋水的蒸發(fā)與濃縮，因而鍋水雜質(zhì)不會因溶解飽和而沉淀，少量沉淀的污物當(dāng)鍋水PH值符合標準時其粘性小、流動性較好，多為粒狀物，只要司爐工正確排污，就會通過排污管排出鍋外，或通過系統(tǒng)管道上的除污器而排出，而此臺鍋爐由于給水硬度超出標準3～6倍，使鍋內(nèi)煙管結(jié)垢，但由于給水硬度小于堿度，水垢為碳酸鹽成份，垢樣較薄，吸附力也較弱，容易在鍋內(nèi)較高速水流的沖刷下片狀脫落而沉積在鍋底，而鍋水PH值的不達標，使水渣的流動性較差，固不能有效的排出鍋外。加上此處未進行絕熱，當(dāng)水渣積到一定厚度時，此處鍋底短壁管又發(fā)生堵塞時，水流無法對鍋筒底部進行沖刷使有效冷卻，造成此處鋼板過熱、鋼板許用應(yīng)力降低，當(dāng)達不到承受能力，出現(xiàn)塑性變形，而發(fā)生鼓包，而統(tǒng)計顯示，棗莊鼓包的鍋爐中，鍋內(nèi)都存在較大厚度的片狀水渣。

2.3 鍋爐結(jié)構(gòu)本身存在的不足

鍋爐廠為了防止熱水鍋爐鼓包及短壁管結(jié)垢爆管事故的出現(xiàn)。在制造鍋爐時，分別在鍋筒下腹部1600mm輻射受熱面加上了絕熱層，也在短壁管組成的煙室下部統(tǒng)統(tǒng)設(shè)置了絕熱層，并采取了加厚后拱等一系列措施。經(jīng)計算，這一措施，使鍋爐輻射受熱面減少了近1/2，第二回程煙室的設(shè)置又使爐膛的容積大大減小，從而提了鍋爐爐膛容積熱強度。從下面爐膛容積熱強度的計算公式中可以看出上述結(jié)構(gòu)對爐膛容積熱強度的影響。

　　q<sub>v< /sub>=Bqd/V式中：qv< /sub>——爐膛容積熱強度；B——單位時間耗煤量；qd——燃料的低位發(fā)熱量；V——爐膛容積。從上式可以看出，由于鍋筒絕熱層的增加，第二回程煙室的設(shè)置及后拱的加厚，使爐膛容積V大大減小，爐膛容積熱強度qv< /sub>增大。爐膛容積熱強度qv< /sub>增大及輻射面的減少造成了爐膛排煙溫度的升高與超標，煙塵熔化而導(dǎo)致絕熱層結(jié)焦，爐拱結(jié)焦。結(jié)焦一方面使爐膛容積熱強度qv< /sub>進一步增大，更嚴重后果是惡化了鍋爐未予絕熱受熱面的工作條件。當(dāng)給水硬度超標時，受熱面會快速結(jié)垢，當(dāng)鍋筒水渣積存到一定厚度時，從而導(dǎo)致承壓部件因快速過熱發(fā)生變形鼓包。值得注意的是：以焊接方式與鍋筒底部聯(lián)接的引污管后支座，焊接根部的開裂也是由于工作條件惡化因過熱及傳熱不良引起的。

3 應(yīng)對措施

針對本鍋爐查出的問題，為避免類似事故的出現(xiàn)，在保證鍋爐基本結(jié)構(gòu)不變的同時，對我市該類型鍋爐提出了以下應(yīng)對措施：1、嚴格控制鍋爐給水及鍋水PH值，使其符合國標要求；2、拆除鍋筒腹部拱端1600mm絕熱層，以降低鍋爐爐膛容積熱強度；3、將煙室短壁管由下面絕熱密封改變成上面絕熱密封，以增加爐膛輻射受熱面，并降低鍋爐爐膛容積熱強度；4、拆除鍋內(nèi)管式排污管及支座，磨平支座底部焊肉，以增加對不同水渣污垢的適應(yīng)性，并消除由支座引起的過熱裂紋因素；5、在鍋內(nèi)前端距鍋底30mm處自鍋內(nèi)回水管引一長約1000mm向后沖刷管，以攪動鍋底積渣并提高后部排污效果。

4 有益的啟示

引起鍋爐事故的因素不是孤立的，相互間有著密切聯(lián)系。在這起鍋爐事故中，短壁管堵塞、鍋筒底部積渣、爐拱墻嚴重結(jié)焦是引起這起事故的三個原因。本臺鍋爐石灰堵塞短壁管是引發(fā)鍋筒鼓包的先決條件，鍋爐水處理效果差及鍋爐結(jié)構(gòu)方面存在的問題間接促進并引發(fā)了鍋筒鼓包事故的發(fā)生。通過對此事故的分析，相信2003年6月1日國務(wù)院《特種設(shè)備安全監(jiān)察條件》正式實施后，必將對促進鍋爐檢驗事業(yè)的發(fā)展，對特種設(shè)備的安全運行和檢驗人員技術(shù)水平的提高產(chǎn)生深遠影響。</sub>