一起锅壳式锅炉水冷壁管过热鼓疱的原因分析及应对措施
2006-04-21谢雄锋
谢雄锋
一、前言
2004年6月在检验某造纸厂一台DZH2-0.7锅炉时，发现左侧13根水冷壁管几乎在同一位置(耐火泥上方)鼓疱、过热。用检验锤就能轻易击穿管壁，而右侧水冷壁未发现类似的情况。检验过程中发现锅炉受压元部件水侧局部结有1-2mm水垢，锅筒底部有大量脱落的水垢，有一些脱落的水垢分布在锅筒下端水冷壁管管头附近。经对水冷壁管进行通水检查，最终确认这13根管子堵塞。对堵塞的管子采用换管修理，取割下来的管子测量其堵塞的长度约200-300mm，割开被堵塞的管子，发现内部匀为小片状水垢，并有一些水渣，取堵塞物进行分析，分析结果确定堵塞物为碳酸盐和硅酸盐的混合物。笔者查阅该锅炉的有关资料，认为这起锅炉事故是由于水处理方法不妥、管理方面及锅炉结构上存在不足所导致的。
二、锅炉基本状况
该锅炉是河南新乡工业锅炉厂，1996年7月生产、1996年9月投用，使用压力在0.4-0.5Mpa之间，燃料为谷皮。在2002年之前，该炉未采用任何水处理措施，2002年进行内外部检验时，锅炉各受压元件水侧已结有水垢2-3mm，要求酸洗除垢后运行，并建议采用锅内加磷酸三钠和片碱水处理措施，要求控制锅水PH为10-12，总碱度为8-26mmol／L；而厂方未进行酸洗，直接采用锅内加药水处理方法。2003年只进行外部检验，未发现异常情况。2002年、2003年两次水质监测，监测结果锅水总碱度为12-18 mmol／L，PH值为11-12，溶解固形物小于5000mg／L；给水总硬度为0．3-0．4mmol／L，PH值为7，符合GB1576-2001各项标准。
三、事故原因分析
1、水处理方法的影响
该锅炉有近5年未采用任何水处理措施，导致结有2-3mm水垢，而直接采用加磷酸三钠和片碱的锅内水处理方法。通过对这二种药剂的防垢和除垢机理分析，找出事故的原因。
磷酸三钠的作用：
(1)消除给水硬度，使Ca2+、Mg2+生成疏松流动性好的碱性磷灰石Ca10(0H)2(P04)6和蛇紋石3MmgO.2SiO4.12H20水渣物质；
(2)防止硅酸盐水垢的形成；
(3)生成了高度分散的胶体微粒，成为锅水中补充凝结中心，从而增加了泥垢的流动性；
(4)对坚硬的CaC03水垢具有转型作用，使之疏松脱落，化学反应式为：
3 CaC03+2Na3P04→Ca3(P04)2↓+3NaC03
NaOH的作用：
(1)消除水中钙的暂时硬度，镁的暂时、永久硬度，生成水渣物质：
Ca(HC03)2+2NaOH→CaC03↓+Na2C03+2H20
Mg(HC03)2+4NaOH→Mg(OH)2↓+Na2C03+2H20
MgS04+2NaOH→Mg(OH)2↓+Na4S03
MgCl2+2NaOH→Mg(OH)2↓+2NaCl
(2)维持锅水的总碱度和PH值，使磷酸盐与Ca2+、Mg2+反应时，不生成磷酸钙Ca3(P04)2、磷酸镁Mg3(P04)2等容易形成二次水垢的物质；
(3)对细小分散的CaC03质点起稳定化的使用，从而破坏质点之间的结合力以及质点与金属之间的吸附力，防止碳酸盐等沉淀物在金属表面形成水垢；
(4)对旧水垢产生疏松、剥离、脱落、削弱和溶解等作用，尤其对硅酸盐作用较为明显：
化学反应式为：Si02+2NaOH→Na2Si03+H20
综上所述：在这二种药剂的作用下，锅炉就不会继续结垢或减缓结垢速度，同时必然会有一部水垢转形、剥离、疏松、溶解，从而破坏水垢之间，水垢与金属之间的结合力，水垢就会以片状的形成脱落，烟管和锅筒脱落的水垢就会聚集在锅筒底部，一部份会随排污而排出，大部份滞留在锅内；水冷壁管脱落的水垢将顺着管子进入集箱，这必然有一部份形状较大的水垢，因流道形状的变化而受阻，被“卡”形成了“搭桥”现象，随着时间的推移，受阻的水垢和水渣逐渐增多，造成堵管。
所以水处理方法是导致部份水冷壁堵塞的直接原因。
2、管理方面的原因
(1)锅炉业主无视检验结论，未采用除垢措施清除锅炉己结水垢，而直接采用锅内加药水处理措施，这样会导致水垢以片状形成脱落，易在管内受阻，而阻塞管子；
(2)在采用加药水处理措施之后，有近二年的时间没有停炉检验，未及时清除锅筒内脱落的水垢和对水冷壁管进行通水检查，导致脱落的水垢把水冷壁管堵塞未能及时发现。
这是导致这台锅炉损坏的原因之一。
3、锅炉结构存在的不足
同一台锅炉，为何只有左侧内水冷壁管出现近1／3的管子由于水垢堵塞，导致鼓疱、过热，而右侧的水冷壁没有发生?笔者认为是由于锅炉结构上存在如下几点不足：
(1)同一个集箱与三排水管相连不利于管内水垢排出。锅炉结构如图所示：（见下图）
在左侧集箱上有三排水管与之相连，而排污管的管径与右侧相同，在相同条件下排污时，每根管内的流速和流量只有右侧水冷壁管的1/3，造成排污时，管内的流速和流量很小，左侧水冷壁管内脱落的水垢和水渣不能够及时排入集箱随排污排出锅内，易聚积于管内。
(2)左侧内水冷壁管有一个90度的弯头，管内的水垢和水渣下降受阻，易沉积于该处，形成堵管，该弯头同时增加管内锅水上升(运行时)和下降(排污时)的阻力，使管内锅水循环不畅，不利于管内的水垢和水渣的排出。
(3)左侧内水冷壁管与锅筒连接的位置设置不妥，左侧内水冷壁管与锅筒连接的位置几乎接近锅筒的底部，从烟管、锅筒壁脱落聚积于底部的水垢，就会随着锅水循环和垢片自身流动进入管内，由于管子自身存在不足，管内的水垢无法排入集箱，就聚积于弯头处，这样就造成管子堵塞。
四、应对措施
针对本台锅炉出现的问题，为避免类似事故的发生，对我区该类型锅炉提出以下对应措施：
(1)加强水处理管理工作，要求所有锅炉必须采用相应的水处理方法，防止锅炉结垢：
(2)对已结有水垢的锅炉，必须先采用除垢措施除垢后再防垢，缩短检验周期，检验时应对所有水管进行通水检查：
(3)运行过程中，应增加左侧排污管的排污时间，使排污量增大；
(4)应加强管理，提高锅炉业主的管理的水平，把检验结论落到实处。
