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(gè)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(yàn)的技術(shù)人員從該臺(tái)鍋爐的使用管理與鍋爐結(jié)構(gòu)入手，通過(guò)分析論證，發(fā)現(xiàn)鼓包鍋爐普遍存在著一些共性問(wèn)題。

1 鍋爐基本狀況

經(jīng)查：該臺(tái)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(zhǎng)、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(jiǎn)稱為壁管），長(zhǎng)、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(zhǎng)、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(kāi)有兩排直徑為12mm吸渣孔（鍋爐結(jié)構(gòu)見(jiàn)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(kāi)始投用，至2003年3月份出現(xiàn)鼓包事故，連續(xù)運(yùn)行時(shí)間僅6個(gè)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(zhǎng)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(yán)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(zhǎng)約300mm、寬約100mm、高度約25mm～30mm。檢查中還發(fā)現(xiàn)在正對(duì)鍋筒鼓包左側(cè)已有一根短壁管發(fā)生脹粗滲漏。進(jìn)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(zhǎng)短壁管內(nèi)及煙管可見(jiàn)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(yán)重結(jié)垢情況；對(duì)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(duì)長(zhǎng)、短壁管全面做堵塞情況檢查，發(fā)現(xiàn)在正對(duì)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(yàn)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(jī)；對(duì)交換器接管及安裝情況檢查，其外觀質(zhì)量符合要求；對(duì)充裝樹(shù)脂質(zhì)量、數(shù)量檢查，其樹(shù)脂出廠見(jiàn)證資料齊全，樹(shù)脂高度占交換器長(zhǎng)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(duì)爆破及堵塞的短壁管割管檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在管子彎曲部位均被白色物堵死，堵塞長(zhǎng)度近150mm，對(duì)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(jìn)行溶解試驗(yàn)，堵塞物溶解并不劇烈，無(wú)大量汽泡出現(xiàn)，說(shuō)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(jiàn)，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(lái)源，組織了對(duì)司爐操作人員的詳細(xì)詢查，他們講2002年春季對(duì)鍋爐采取石灰干保時(shí)，發(fā)現(xiàn)有石灰粉化后溢入鍋內(nèi)，并進(jìn)行了清除，但對(duì)管內(nèi)情況未進(jìn)行認(rèn)真檢查。因此，可以說(shuō)石灰的進(jìn)入導(dǎo)致了個(gè)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(yùn)行的重要保證，管內(nèi)水的快速流動(dòng)對(duì)攪動(dòng)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(shí)，既使鍋內(nèi)積存一定厚度的水渣，鍋筒也不會(huì)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(jìn)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(shí)，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(tái)鍋爐水處理質(zhì)量未使鍋爐出現(xiàn)大范圍嚴(yán)重結(jié)垢，但給水硬度較嚴(yán)重超標(biāo)，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(jì)，該類型鼓包鍋爐普遍存在給水硬度嚴(yán)重超標(biāo)問(wèn)題，其給水硬度嚴(yán)重超標(biāo)會(huì)造成以下嚴(yán)重后果。

（1）水硬度過(guò)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(yán)重結(jié)垢，造成鍋爐受熱承壓部件過(guò)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(rèn)為熱水爐出水溫度95℃以下，給水硬度高一些問(wèn)題不大。棗莊地處礦區(qū)，原水硬度較高，用自來(lái)水做水源的原水硬度已達(dá)10.5mmol/L,對(duì)于流再生交換器一級(jí)處理給水硬度達(dá)標(biāo)已屬困難，如不重視水處理工作，給水硬度嚴(yán)重超標(biāo)，在管子受輻射熱或內(nèi)有異物時(shí)，管內(nèi)熱水就會(huì)發(fā)生汽化，從而會(huì)使鍋爐承壓部件嚴(yán)重結(jié)垢，并導(dǎo)致管子堵塞、過(guò)熱而鼓包。此臺(tái)鍋爐短壁管的堵塞過(guò)熱及爆破，給水硬度過(guò)高對(duì)已不暢通的管孔起到了快速填充的作用，若此臺(tái)鍋爐安裝運(yùn)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(huì)比較平滑，使遺落的石灰不存或少存成為可能，或在鍋爐運(yùn)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(shí)間，避免鍋筒底部出現(xiàn)的鼓包事故。

（2）水硬度過(guò)高造成了爐筒大量片狀水渣的沉積

從本臺(tái)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(duì)流受熱面，受熱不嚴(yán)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(biāo)準(zhǔn)時(shí)，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(huì)因溶解飽和而沉淀，少量沉淀的污物當(dāng)鍋水PH值符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)其粘性小、流動(dòng)性較好，多為粒狀物，只要司爐工正確排污，就會(huì)通過(guò)排污管排出鍋外，或通過(guò)系統(tǒng)管道上的除污器而排出，而此臺(tái)鍋爐由于給水硬度超出標(biāo)準(zhǔn)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(dá)標(biāo)，使水渣的流動(dòng)性較差，固不能有效的排出鍋外。加上此處未進(jìn)行絕熱，當(dāng)水渣積到一定厚度時(shí)，此處鍋底短壁管又發(fā)生堵塞時(shí)，水流無(wú)法對(duì)鍋筒底部進(jìn)行沖刷使有效冷卻，造成此處鋼板過(guò)熱、鋼板許用應(yīng)力降低，當(dāng)達(dá)不到承受能力，出現(xiàn)塑性變形，而發(fā)生鼓包，而統(tǒng)計(jì)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(shí)，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(jì)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?fàn)t膛的容積大大減小，從而提了鍋爐爐膛容積熱強(qiáng)度。從下面爐膛容積熱強(qiáng)度的計(jì)算公式中可以看出上述結(jié)構(gòu)對(duì)爐膛容積熱強(qiáng)度的影響。

　　q<sub>v< /sub>=Bqd/V式中：qv< /sub>——爐膛容積熱強(qiáng)度；B——單位時(shí)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?fàn)t膛容積V大大減小，爐膛容積熱強(qiáng)度qv< /sub>增大。爐膛容積熱強(qiáng)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(biāo)，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?fàn)t膛容積熱強(qiáng)度qv< /sub>進(jìn)一步增大，更嚴(yán)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(biāo)時(shí)，受熱面會(huì)快速結(jié)垢，當(dāng)鍋筒水渣積存到一定厚度時(shí)，從而導(dǎo)致承壓部件因快速過(guò)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(kāi)裂也是由于工作條件惡化因過(guò)熱及傳熱不良引起的。

3 應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)本鍋爐查出的問(wèn)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(shí)，對(duì)我市該類型鍋爐提出了以下應(yīng)對(duì)措施：1、嚴(yán)格控制鍋爐給水及鍋水PH值，使其符合國(guó)標(biāo)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(qiáng)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(qiáng)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(duì)不同水渣污垢的適應(yīng)性，并消除由支座引起的過(guò)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(zhǎng)約1000mm向后沖刷管，以攪動(dòng)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(yán)重結(jié)焦是引起這起事故的三個(gè)原因。本臺(tái)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(wèn)題間接促進(jìn)并引發(fā)了鍋筒鼓包事故的發(fā)生。通過(guò)對(duì)此事故的分析，相信2003年6月1日國(guó)務(wù)院《特種設(shè)備安全監(jiān)察條件》正式實(shí)施后，必將對(duì)促進(jìn)鍋爐檢驗(yàn)事業(yè)的發(fā)展，對(duì)特種設(shè)備的安全運(yùn)行和檢驗(yàn)人員技術(shù)水平的提高產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。</sub>