锅炉水冷壁爆管原因分析及措施探讨

锅炉水冷壁爆管原因分析及措施探讨

何向龙

新疆圣雄能源股份有限公司

摘要：锅炉受热面是锅炉热量交换的载体，其长期处于高温、高压的工作环境，容易受到各种因素的影响而出现失效现象。据统计，在锅炉的失效事故中，70%均为受热面失效。受热面失效的主要原因有长时或短时温度过高、腐蚀、疲劳、结垢、磨损等，且这些失效的受热面都有较为明显的特征和失效机理,大量文献对这些受热面失效的原因进行了分析,但对于异物堵塞造成的受热面失效的研究较少。

关键词：锅炉；水冷壁；爆管原因；措施

1原因分析

1.1锅炉作业人员操作不当引起锅炉结垢

锅炉使用单位作业人员未经过专业培训，或培训后未深入学习理解水处理基础知识，对水处理设备随意操作，连续2个月24小时满负荷运行，操作人员在锅炉运行期间盲目操作，关闭水处理设备，导致水处理设备未能正常运行，无法制水，将自来水直接泵入锅炉中，因自来水中含有大量钙镁离子，不能满足锅炉给水要求，导致锅炉内部受热面结垢严重。

1.2材质劣化

超温超压运行使水冷壁管过热，管子长期在高温高压下工作，不但会发生蠕变、断裂和应力松弛等变形过程，而且还会发生组织和性能的变化。比如珠光体球化、石墨化，合金元素的重新分配等。超温会使钢的持久强度和蠕变极限下降，对钢材的高温机械性能影响很大，它会加快金属在高温下的蠕变速度。当20G水冷壁管处于550℃时，蠕变断裂时间约为750h，温度600℃时，蠕变断裂时间很短;而处于650～850℃时，蠕变断裂时间非常短(3～15min)，石墨化将大大降低钢材的机械性能。石墨在基础组织中可以认为是空洞和裂缝，使钢材的强度极限、韧性都大幅下降，从而使钢材脆性增加。钢材长期在高温条件下还会发生合金元素从固溶体中逐渐向碳化物扩散，使碳化物中的合金元素逐渐增多，导致钢材的高温机械性能降低。

1.3运行管理不当

司炉人员操作不当，锅炉升温或降温过快，炉管受热或冷却不均匀产生较大的应力造成承压部件发生疲劳破坏;炉水给水品质长期超标，水质不符合标准，没有水处理措施或对给水和锅水的水质监管不严，使管内结垢甚至发生堵管或出现垢下腐蚀，致使局部热阻力增大而造成管壁过热，强度降低;锅炉带病运行，明知锅炉存在安全隐患或安全保护联锁装置无效的情况下不及时处理而坚持运行。

2锅炉水冷壁爆管控制措施

某厂4#、5#、6#锅炉是我单位锅炉480t/h的循环流化床锅炉，锅炉东、西两墙是237根（宽度：18120），南北两墙是98根（7492），水冷壁管Φ51×5，炉膛布风板以及布风板往上到标高14555是浇注料区域，之后间隔800是第一道防磨梁、间隔1000是第二道防磨梁、间隔1200是第三道防磨梁，每道防磨梁宽度是120，三道防磨梁之间用的是金属喷涂用来防磨，也就是说这“三道防磨梁+金属喷涂”是用来防止水冷壁管磨损的方法和措施，平时锅炉停炉常规测厚这三道防磨梁间隔3m区域的区间测厚都在4.6～5.0之间，不过在锅炉运行的过程中，6#炉频繁发生爆管都是在炉膛后墙（东墙）第三根防磨梁之上（标高17555～23555之间），炉膛后墙标高17555往上6m左右存在磨损现象，而且还存在偏磨现象，水冷壁中心线北侧的水冷壁管偏向北侧出口烟道磨损，水冷壁中心线南侧的水冷壁管偏向南侧水平烟道磨损，4#炉停炉、5#炉停炉也存在这个现象最低点是3.6，大部分都是在（3.8～4.2）这个区间，足以可见后墙受到了磨损，原来设计的煤粉的发热量是5000大卡，现在变成了4200大卡左右。

2.1锅炉使用单位加强水处理作业管理

企业水处理系统应符合国家标准锅炉用水要求，符合要求的水处理系统是锅炉安全生产的前提。企业若不严格执行国家锅炉用水标准，导致锅炉存在安全风险，企业运行成本有所增加，经济效益降低，为促使锅炉安全、节能地运行，应加强水处理系统管理。

2.2合理选择水处理方法和系统

根据原水水质，以技术可靠、经济合理为原则，选择合适的水处理方法和系统，确保水处理设备出水符合国家锅炉用水标准要求。当原水总硬度超高或原水水质随季节变化较大时，一级软水器出水可能无法达到标准要求，水处理设备建议采用复合式配备，即两级串联软水器或者采用软水器+反渗透联合。当原水碳酸盐硬度较高时，水处理设备建议采用交换容量大的设备，即弱酸阳离子交换设备或不足量酸再生氢离子交换树脂的氢-钠离子串联系统。当原水水质悬浮物、有机物等杂质含量较高时，水处理设备建议采用预处理装置+软水器，预处理流程为混凝-澄清-过滤，去除原水中大部分悬浮物、有机物、胶体等杂质，以避免后续水处理设备、水处理出水被污染，影响水汽质量。

2.3加强蒸汽吹灰器的运行维护

蒸汽吹灰器运行维护不及时也是事故的主要原因。原蒸汽吹灰器发生故障时只是简单更换轴承和轴承补油，未全面检查内部喷嘴及枪管情况。因此，逐一修复蒸汽吹灰器孔周围耐磨浇注料，减少蒸汽吹灰器故障次数。制定专项检查维护制度保证锅炉运行周期内全部蒸汽吹灰器每2个月加油拆检1次。

2.4采用炉内加药补充防垢处理

采用炉内加阻垢剂的补充防垢处理，宜使用连续自动加药设备。根据锅炉的实际用水量、蒸汽发生量、锅炉用水水质、排污量等情况精确计算、准确计量，连续均衡地进行加药，促使锅炉水质维持在较低限的控制指标运行，降低阻垢剂的加入量，做到科学、环保加药，实现节能降耗目标。

2.5提高水处理作业人员的专业技术水平

锅炉使用单位为确保锅炉安全运行，应当了解水处理系统的重要性，应配备专业的水处理作业人员，应严格按照国家法规执行锅炉相关的标准和要求。水处理作业人员专业技术水平应保持与时俱进，用人单位应定期为其安排专业培训机构进行学习、培训，以确保其水处理知识的先进性。

2.6预防措施

2.6.1停炉保养

因夏季两套锅炉全负荷运行，运行两套汽轮发电机组，一台锅炉停运但未进行停炉保养。因此，在日后的设备管理中应注意在锅炉停炉期间对锅炉进行适当的保养。

另一车间夏季停用锅炉采用氮气保养，效果显著，打开检查时，汽包内壁光洁，有层黑色氧化膜覆盖。因此，可以在全公司推广停用锅炉时采用氮气保养。

2.6.2炉水处理

通常，往汽包锅炉的炉水中加入磷酸三钠，使结垢物质呈水渣析出，或呈溶解、分散状态，通过排污排出炉外。磷酸三钠是一种白色结晶状的固体颗粒，加入锅内起两个作用。

(1)防止钙镁水垢。在锅炉水呈沸腾状态和pH值较高(pH=10～12)的条件下，加入一定数量的磷酸盐后，炉水中的钙离子与镁离子发生反应:10Ca2++6PO3-3+2OH-→Ca10(OH)2(PO4)6，反应生成的碱式磷酸钙溶度积很小，呈松散的水渣状态，可借锅炉排污排出炉外。因此，当锅炉水中保持一定量的过剩PO3-4时，可使炉水中的钙离子的浓度降得很低，从而达到防止钙镁水垢(CaSO4、CaSiO3等)的目的。

(2)防止锅炉金属腐蚀。磷酸盐可在锅炉管壁表面上生成磷酸盐保护膜，防止金属腐蚀。

结论

锅炉安全运行是一个系统工程，从锅炉运行、锅炉管理制度、企业管理人员意识、水处理作业人员专业素质、水处理设备运行管理、锅内加药控制及水垢预防与清除等各个方面综合考虑，提出提高企业管理人员安全意识，提高企业管理人员对水处理重要性的认识，加强对水处理作业人员的专业培训，加强对锅炉用水水质的监督，保证不达标给水不进锅炉的基本原则，逐步完善管理制度，优化管理水平等措施，促使锅炉安全、经济、节能地运行，并为今后锅炉运行中出现水处理不当类似问题提供经验和参考。

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