工业锅炉受热面管的失效原因及其预防措施

闫高磊　王朝阳

摘 要：工业锅炉是工业生产制造过程中的重要设备，随着我国工业化进程的加快，工业的发展呈现出类型多样化、技术先进化等态势，也提高了安全生产的要求。工业锅炉受热面管的使用性能直接关系着整个工业流程操作的成败，近年来，由于工业锅炉受热面管失效引发的安全事故频繁发生，使得工业锅炉受热面管的失效原因及有效的预防措施成为一项重要的研究课题。本立足于此，具体分析了工业锅炉受热面管高温损伤的失效特征、原因及有效的预防措施，以供参考和借鉴。

关键词：工业锅炉；受热面管；失效；原因；预防；措施

中图分类号： TB 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）26-188-2

0 引言

受热面管作为工业锅炉的基础部分，是由多个管件构成，在工业生产制造的过程中发挥着给汽、水界面提供烟气热量的作用，所处的环境复杂、恶劣，虽然随着科学技术水平的提高，各种新材料、新设备、新技术层出不穷，在一定程度上改善了锅炉的环境，但由于炉内流动、传热、燃烧过程等参数的不确定性，导致经常发生锅炉受热面管失效问题，从而极易引发安全事故。因此，深入分析锅炉受热面管失效的原因，从中探索合理有效的预防措施，对保障锅炉的有序与经济运行具有积极的意义。本文主要针对工业锅炉受热面管高温失效的特征、原因及预防措施进行了探讨，希望对业内人士的相关研究具有一定的帮助。

1 工业锅炉受热面管的高温失效特征

工业锅炉受热面管高温损伤可划分为长期与短期过热两种类型，导致高温损伤的主要原因包括缺水、结垢、管内积炭、水循环故障等各个方面，下面具体分析这些诱因的特征。

1.1 缺水

工业锅炉缺少的危险性极高，是锅炉受热面管发生一系列变化，例如变形、过热、爆破等，甚至可以引爆整个锅炉。锅炉缺水导致钢管缺乏冷却，极大地升高了管子壁的温度，降低了其抗拉强度。其主要特征包括：

①受热面管由于缺水发生失效问题会同时损伤大量管子，发生管子大面积胀口漏水，表现特别明显的是在受热面管最高处和高温区损伤处。

②缺水会急剧升高管子壁温，若钢管的原金属颜色未发生变化，则表明管子壁温低于570℃；一旦钢管为烤蓝色则表明炉内温度在570℃-600℃范围内；当温度超过850℃，钢管表面开始脱氧化皮，损坏的钢管表面给锅炉的安全运行带来了隐患。

1.2 结垢

工业锅炉是高耗能设备，其节能减排必须做好水处理、减少结垢现象。

炉内出现结垢问题会加大热阻，特别是CaS04，MgS04，CaSi03、含铁水垢等传热效果更差，造成的危害更大。经过详细的测定，相较于金属的导热系数，水垢导热系数要小几十倍甚至近百倍，极大地降低了受热面的传热性能，加剧了排烟温度。党结垢厚度为1mm时，耗能会增加2%～3%。其特征包括：

①首先损伤的是热负荷最大的管子。

②在水管附近、热负荷较高的受热面上极易出现结垢问题。

③由于结垢是逐渐增厚的，钢管经过长期的高温作用会发生抗拉强度降低，甚至产生过热和蠕变，所以结垢属于长期过热。

1.3 管内积炭

导热油是热稳定性偏低的有机物质，对高温和氧化敏感度较高，无法准确监控系统操作过程中加热炉的局部温度，所以管内积炭现象较为明显，进而导致有机载体炉受热面管失效。

1.4 水循环故障

水循环直接诱发的工业锅炉受热面管失效问题较少，但水循环会因为超负荷运行、结垢、下降管带汽和结构不合理等原因被破坏，造成受热面管变形、爆管事故。其主要特征有：水循环故障属于综合作用的结果，涵盖了循环回路中各管数量、含汽率、流阻与流速、受热等诸多因素，热负荷两端的极值及异物堵塞的管子最易发生水循环故障。

2 工业锅炉受热面管的高温失效原因

2.1 缺水原因

工业锅炉缺水的主要原因包括不科学合理的锅炉结构设计、水位表及报警器失灵、给水止回阀失灵、排污阀泄漏等诸多方面。为了保障锅炉内正常的水位，一般装设水位表、水位警报器及自动给水装置等。

2.2 结垢原因

由于水质中含有的钙、镁离子的浓度超过其自身的溶解度，导致管壁及锅筒内出现结垢现象。具体来说，进入锅炉内的水温会逐步升高，降低了水质中某些钙、镁盐类的溶解度，温度继续升高会导致达到饱和后的盐类沉淀析出，出现结垢现象。另外，锅炉内水的蒸发浓缩无法带走盐类，难溶盐类就会形成沉淀。还有就是水中的钙、镁盐类在被加热和蒸发时会发生化学反应，加大了难溶于水的物质析出。例如，在锅炉中发生重碳酸钙、重碳酸镁的热分解反应：

2.3 管内积炭原因

管内积炭出现的关键原因是油品经高温发生裂解和氧化，在受热面炭化结焦，控制导热油的使用温度，既降低了传热性能又减小了热传导液的流通截面，甚至还会因超温爆管造成导热油泄漏进炉膛内，未曾及时排出的炉内燃烧产物导致爆炸事故。管内积炭引起的受热面管失效属于长期过热，积炭在整个循环系统管子内可见，并发生蠕变现象。倘若达到预定温度的时间增加或监察到泥浆状的油品，这说明可能会发生管内积炭。

2.4 水循环故障原因

水循环故障长短期过热都有，主要表现有在水冷壁管热强度最高部分失效、在受热最差的水冷壁管发生破裂、因异物堵塞水管而造成水循环的破坏，使水管被烧坏，导致锅炉受热面管失效，引发安全事故。

3 预防工业锅炉受热面管高温失效的有效措施

3.1 缺水防范措施

首先，合理设计锅炉内部结构，并采取多重和多样化保护相结合的方法，确保在一种保护失灵时可以采用另一种保护手段保障锅炉的水供给。在此基础上还要设置自动停炉保护装置，其目的是严重缺水或烟气短路等原因导致排烟温度过高时可以自动切断燃料的供应，并停止锅炉运行。其次，加强运行管理。做好各种设备的日常维护与管理工作，对水位表进行定期冲洗，每月至少进行一次冷热态试验，包括锅炉自动给水装置、高低水位报警装置、极限低水位自动停炉保护装置等，确保自控装置的灵敏性、安全性、可靠性。

3.2 结垢预防措施

水质是锅炉安全经济运行的基础保障，因此必须确保炉内水质符合规定标准，可以采用以下2种方式：一是锅外化学处理，该方式是应用最广泛的方式，有效去除了水中的Ca2+、Mg2+，从根本上保障锅炉的无垢运行；二是锅内加入药物处理，该方式是向水中添加适当数量的纯碱、磷酸三钠，保持水中一定比例的CO32-或PO43-，有效预防炉内出现结垢现象。

3.3 管内积炭预防措施

首先，在导热油使用寿命内安全使用，其主要方法包括防止氧化和避免高温。防止氧化主要是采用在高位槽设置氮封装置等措施，隔离导热油与空气。通过差压保护、超温报警等措施，保护受热面管不受损伤。另外，还要注意系统循环在停炉时保持继续运行，直至达到100℃冷却值后才可停泵。其次，盘管式的导热油炉无法有效检验管壁，我们要对油进行检测，防止受热面管因积炭过热而产生缺陷及损伤。导热油质良好的情况下，其使用后闪点和运动粘度并没有太大变化。再者，加强受热面管材料、焊缝、弯头处的质量检验。合理布置受热面管，防止出现热膨胀死点和导热油滞流点或高温点。采用稳定性符合加热炉和系统操作条件的导热油，防止出现高温区受热面管内积炭。

3.4 水循环故障的预防措施

水循环故障的预防措施主要防止循环停滞、倒流、汽水分层、下降管带汽等问题。首先，合理设计结构，下降管和蒸汽引出管的数量要足够，保障下降管的绝热性能并且下降管的总截面积为上升管的30%左右，最佳的引出位置为汽包最下方。其次，保持稳定的负荷。若局部最大热负荷达到或超过（550～600）*103Ca1/m2·h，管壁温度会随着水膜的蒸汽冲走而急剧提高，极易发生水冷壁管的鼓包损伤；负荷低于额定负荷时，容易发生水循环停滞和自由水位。第三，保持均衡的受热。同一循环回路的上升管受热要均匀，热负荷不能相差太大。同时保持均匀的锅炉给水。

参 考 文 献

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