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鍋爐水冷壁管變形事故剖析
2007-09-17 19:34:37 收藏

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     2003年末,我廠正在運行的一臺KZL4-1.25型鍋爐的水冷壁管發生變形事故,此鍋爐左側的水冷壁管中段有4根變形,中間2根變形較為嚴重。經測厚,4根變形和未變形的水冷壁管中部(由于飛灰的沖刷)的厚度由3.5mm減為2.5~2.7mm。變形位置從集箱的350mm以上開始,大約800mm左右。變形管最大彎曲處突起25mm,無脹粗現象。

     是什么原因導致水冷壁管變形呢?通過檢查,沒有發現鍋爐煙管脹口有滲漏現象,因而可以排除因鍋爐缺水而導致水冷壁管變形的可能性。打開鍋筒人孔蓋和集箱手孔蓋,只發現鍋筒、集箱壁以及水冷壁管內有不到0.5mm厚的薄垢,集箱后段有少量泥垢沉積。可見,下降管、水冷壁管、集箱的流通截面積均處于合理的范圍內,不存在因水垢而導致水冷壁管過熱變形的現象。排除了以上可能性后,認為司爐人員在鍋爐運行時,沒有注意集箱排污的合理性,排污量過大,且鍋爐正壓燃燒,是造成水冷壁管變形的主要原因。

     該廠為三班制生產,每班安排2名司爐人員。由于管理上的漏洞,每班司爐人員又自行分成上班和下班(即“大班套小班”),每人司爐4小時。按照廠部規定,司爐人員在當班時,每班須在當班中途對鍋筒、集箱排一次污,交班時再排一次,也就是說三班排污6次。但在大班套小班的形式中,實際每天排污次數達12次。據司爐人員講,集箱排污時間一般均在3分鐘左右,并且是一邊向鍋內補水一邊排污。而且是打開排污閥后就不管了,直到認為排污差不多了才去關閉排污閥。問題就出在這里。這臺鍋爐屬于自然循環鍋爐,主要是鍋水依靠下降管流至集箱分流至水冷壁管,當水冷壁管吸收爐膛熱量后而提高水溫產生蒸汽,使循環自然進行。一旦出現異常現象,這種水循環就會遭到破壞,事故就有可能發生。實際上,該廠鍋爐集箱排污不合理,就是一種異常現象。道理很簡單,當排污量過大,且時間拉得過長時,大量的爐水排出,使水冷壁管供水不足,尤其是靠近排污管的水冷壁管,在排污速度過快,且時間過長時供水會更加不足。由于供水不足,管壁溫度就會很快升高。從此臺鍋爐運行情況看,其積灰嚴重,爐門燒壞以及外殼熏黑,因而斷定長期處于正壓燃燒狀況。司爐人員按照廠部規定排污后,有時氣壓很難保住,因而不得不加大給煤量和鼓風量,使鍋爐正壓燃燒。鍋爐正壓燃燒的后果是燃燒工況惡化,爐膛溫度大幅度升高。此時,水冷壁管就會大量吸熱,管內的部分水就會迅速地蒸發,出現飽和沸騰工況直接過渡到膜態工況,在管壁上形成蒸汽膜。蒸汽膜的導熱性能差,帶走的熱量少,久而久之,水冷壁管就會因得不到冷卻保護而使壁溫進一步升高,加之管壁已減薄,強度降低,因而使水冷壁管很快地因過熱而發生變形。

     從圖1中可以看出,當集箱排污時,下降管流入集箱的爐水除一部分通過水冷壁管外,一部分通過排污管排出,此時,在排污管上部的水冷壁管2和3就出現了嚴重的供水不足,1和4次之,因而所受變形的程度就不一樣。

     圖1 集箱水冷壁管變形位置示意

     當然,鍋爐正壓燃燒不僅惡化了燃燒工況,提高了爐膛溫度,對水冷壁管變形有一定影響,但如果按照該廠司爐人員這種排污方法長期操作,盡管鍋爐沒有正壓燃燒,同樣可使水冷壁管過熱變形,只不過是變形速度慢些而已。一般鍋爐用鋼均為低碳鋼,在315℃就達到屈服點,450℃以上時就出現明顯的蠕變現象。該廠鍋爐使用不到5年,當司爐人員采取這種不合理的排污方式排污時,管材早已受到了損害,機械強度有所降低,可以說,在這種不合理的排污過程中,管壁的溫度常在450℃以上。由于管壁溫度間斷性地升高降低,熱應力也相應的隨之變化,水冷壁管的變形也就慢慢開始。早期變形一般很難察覺,但一旦在鍋爐負荷突然增大時,在熱應力的作用下,水冷壁管就會出現明顯的變形。變形是一種比較危險的缺陷,當壁溫達到700~750℃時,在幾分鐘內就會很快造成爆管事故。那么,為什么右側水冷壁管又沒有出現變形現象呢?原來,鍋爐在安裝過程中,由于鍋爐本體緊靠右墻壁(僅0.5m),考慮人行通道和維修方便,將右側集箱排污管接出室外,2只快開式排污閥也安裝在室外,因而司爐人員很少到室外排污。據司爐人員講,一般3~4天才排污1次,就是去排,時間也不到30秒。因而也就沒有出現像左側水冷壁管那樣的變形現象。

     可見,鍋爐在運行過程中,應正確合理排污,尤其是爐膛兩側集箱的排污時間應注意,一般不要進行排污,以免影響水冷壁管的水循環,造成變形、爆管事故。若要進行,最好在低負荷或者中止一段燃燒后進行,當水質較好時,可不考慮排污,但爐水差時也要進行,但不可盲目任意加大排污量,其排污量應按水質化驗情況或計算求得,通常定期排污量不超過5%,每班排污1次即可,每次排污時間不得超過30秒;排污閥打開時,應短促、間斷進行,快開快關,開后停幾秒再關,關后停幾秒再開,如此反復幾次。切不可打開排污閥后長時間不管,然后再去關閉。這樣既可減少熱量損失,又可保證安全。盡量避免鍋爐正壓燃燒,使爐膛和管壁溫度時刻處于正常狀態下。     王敏

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