对锅炉爆管事故的分析和处理

丛艳辉

【摘 要】通过对一台发生爆管锅炉割管的检验，认为该凝渣管爆管是由于下降管设计不合理，上升管、下降管截面比偏离设计要求，后墙水冷壁管受热强，弯头数量多，局部阻力过大，造成管子内部完全汽化，形成自由水面，导致传热恶化管子发生过热、变形和热疲劳裂纹，造成管子开裂失效，对此，提出技术改造措施。

【关键词】锅炉 分析 处理

一、事故的概况及经过

2005年，本市某工厂，一台SHL20—1.25-AII型蒸汽锅炉炉膛水冷壁管发生爆管事故。受该厂邀请，我单位派员到事故现场进行了事故调查分析。锅炉的技术规范如下：额定蒸发量20吨／时，额定蒸汽压力：l.25Mpa，额定蒸汽温度194℃，（饱和）给水温度60℃，燃烧方式链条炉排层燃。

该工厂于1984年安装了由北京某锅炉厂制造的2台SHL20—1.25-All型锅炉，投产20多年来，这2台锅炉在炉膛出口烟窗部位的第一排凝渣管（共18根管）处，经常因变形逃漏、爆管而频繁进行检修。通常每三年要彻底进行大修一次。特别是在2005年年初一号锅炉大修时，更换了由有资质的正规锅炉制造厂制造且经检验合格的全部受热面管子，但运行了半年突然发生爆管。爆管部位导锅炉后墙炉膛出烟窗的隔火墙数起的第10号管。该根管的迎火面有一横向55毫米、宽35毫米、高I0毫米的鼓疱，鼓疱的顶点裂开一横向长40毫米、宽2毫米的裂口。在爆破口处附近的500毫米管段内，还有五处小鼓包，迎火面有三个，背火面有两个。这些鼓疱都是横向的，长70—80毫米、宽15毫米，高5－6毫米，外观很象弯管时的波浪度。此外，第一排凝渣管的其余15根管全部在同一管段部位向后方弯曲变形，个别管也有小的鼓疱，过热变形管段长约2米，最大弯曲度为295毫米，这部分管段的管径

由直径70毫米，不同程度胀粗达直径74-直径77.5毫米。

二、事故原因分析

经割管检查，管壁有不同程度的变薄，内壁也有过烧的颜色，凡是变薄处呈灰黑色与酸洗后相似，其余管壁还有些氧化铁类附着物，附着物上有片状白色盐类。对爆管采样进行金相和机械性能试验，金相组织为珠光体加铁素体，并有轻微过烧、机械性能比正常降低20％左右。根据现场情况，我们对改锅炉进行了全面检查和分析，认为造成管子过热，发生变形、爆管的原因主要是：

1.循环回路设计不合理，受热面得不到充分的冷却

该锅炉左右炉膛水冷壁的受热面都是上锅筒引出的下降管供水，通过计算，下降管与上升管的截面比都在30％左右，回路的循环高度差大，下降管都布置在炉墙外面，绝热可靠，因而循环比较可靠，受热面没有发生过因为水循环故障引起的缺水变形等现象。而后拱管和后墙水冷壁管水冷壁集箱的下降管由于结构原因，设置在下锅筒上，通过两根Φ89的管子为35根Φ513X3.5的后拱管和后培管供水，下降管与上升管的截面比为19％，下降管截面积偏小，后拱管后是后墙和上部凝渣管，管子弯头数量多，受热面积大，受热较强，虽然其循环回路本身是循环回路，但是凌回路由下锅筒供水，水温较高，同时与对流管束一起形成了复杂的循环回路，后排凝渣管由于从后墙直接引到锅筒，没有向前延伸成为棋管，在烟窗处也没有向前延伸弯曲，水循环阻力小，循环比较可靠，没有发生因冷却不良导致的变形，而拱管由于弯头数量多，循环阻力大，水分配少，造成管内水完全汽化，管于内部结水垢，破坏了冷却条件，造成管于局部过热变形，直至开裂。

2.由于循环停滞，形成自由水面

由于第一排凝渣管供水量不足，管内循环水完全汽化，在管内形成自由水面，汽水分界面上冷却不足，管于壁温高，甚至超过钢材的允许使用温度，发生过热和胀粗；而分界线下部，管壁温度接于介质的饱和温度；所以在汽水分界线处形成温度应力。在运行情况下，自由水面是上下波动的，因而温度应力属于交变的应力，达到疲劳极限后，就会产生疲劳破坏。该锅炉的管子发生的胀粗是由于管内水完全蒸发汽化，自由水面之上停滞的蒸汽被外部高温烟气（火焰）加热成为过热蒸汽，当过热蒸汽温度达到500℃以上时，造成强度降低发生的过热变形和胀粗或鼓包，同时高温蒸汽对碳钢生汽水腐蚀，使管壁变薄；由于管于内部发生完全汽化，即便是锅炉用水完全符合标准要求，但是水中溶解的残余硬度包括盐份在蒸发时也会浓缩析出，在管内壁形成水垢，进一步增加管子传热的阻力，使受热面管壁超温，加剧了管子的变形，胀粗和高温氧化腐蚀。

3.锅炉的排污结构不合理

蒸汽锅炉的排污操作是保护受热面管于水循环可靠性的一个重要操作环节。按照通常的规定每班不许排污一次。并且操作也应该符合相应的规定。该锅炉的后墙水冷壁由于结构原因只能在炉墙两侧设置，该锅炉的右侧只设置了一个Dn25的排污阀，为了可以关闭严密，其中的一个阀门采用的是J4lH－16CD的截止阀，在《蒸汽锅炉安全技术监察规程》中规定排污应采用l闸阀，斜截止阀，该锅炉中采用的截止阀违反了《蒸锅炉安全技术监察规程》的规定，排污阻力大；由于锅炉宽度在4米多，只在单侧设置排污，很难把集箱内沉积的杂物排除。同时现场操作人员不全是经过考试合格的锅炉操作人员，不了解排污的具体规定，对排污的操作也不很熟练，在内部检查时发现，集箱内部的沉积物高度超过集箱内直径的三分之一，由于沉积物的存在，缩小了集箱的流通截面积，严重影响水冷壁管子的供水。

三、处理措施

1.把集箱加长，从土锅筒冷水区两侧炉墙外引出下降管。

2.加大下降管管直径，由原来的Φ89增加到Φ108，下降管与上升管的截面比有原来的19％增加到29.5％，接近与正常设计的常规数据。

3.全面更换后墙水冷壁，把弯管直径由原来的R160增加到R300，降低了水冷壁管的局部阻力。

4.后拱管上部分采取耐火涂层保护，降低了后墙管的受热面积，避免内部因吸热量大完全汽化。

5.把排污管由单侧设置改为双侧设置，在集箱内设置了排污吸管，按照内部装置实际的规定，对吸污管的开孔进行了详细的计算，且把排污管径加大到Dn40，全部采用串联的排污阀。

6.建立锅炉操作的各项管理制度，全面使用经过正规培训的有操作经验的锅炉司炉人员，避免因操作失误造成事故隐患。