安全文化网
安全人学习交流的综合平台

首页 > 特种设备事故案例 > 锅炉水冷壁管变形事故剖析

锅炉水冷壁管变形事故剖析
2007-09-17 19:34:37 收藏

分享到:

     2003年末,我厂正在运行的一台KZL4-1.25型锅炉的水冷壁管发生变形事故,此锅炉左侧的水冷壁管中段有4根变形,中间2根变形较为严重。经测厚,4根变形和未变形的水冷壁管中部(由于飞灰的冲刷)的厚度由3.5mm减为2.5~2.7mm。变形位置从集箱的350mm以上开始,大约800mm左右。变形管最大弯曲处突起25mm,无胀粗现象。

     是什么原因导致水冷壁管变形呢?通过检查,没有发现锅炉烟管胀口有渗漏现象,因而可以排除因锅炉缺水而导致水冷壁管变形的可能性。打开锅筒人孔盖和集箱手孔盖,只发现锅筒、集箱壁以及水冷壁管内有不到0.5mm厚的薄垢,集箱后段有少量泥垢沉积。可见,下降管、水冷壁管、集箱的流通截面积均处于合理的范围内,不存在因水垢而导致水冷壁管过热变形的现象。排除了以上可能性后,认为司炉人员在锅炉运行时,没有注意集箱排污的合理性,排污量过大,且锅炉正压燃烧,是造成水冷壁管变形的主要原因。

     该厂为三班制生产,每班安排2名司炉人员。由于管理上的漏洞,每班司炉人员又自行分成上班和下班(即“大班套小班”),每人司炉4小时。按照厂部规定,司炉人员在当班时,每班须在当班中途对锅筒、集箱排一次污,交班时再排一次,也就是说三班排污6次。但在大班套小班的形式中,实际每天排污次数达12次。据司炉人员讲,集箱排污时间一般均在3分钟左右,并且是一边向锅内补水一边排污。而且是打开排污阀后就不管了,直到认为排污差不多了才去关闭排污阀。问题就出在这里。这台锅炉属于自然循环锅炉,主要是锅水依靠下降管流至集箱分流至水冷壁管,当水冷壁管吸收炉膛热量后而提高水温产生蒸汽,使循环自然进行。一旦出现异常现象,这种水循环就会遭到破坏,事故就有可能发生。实际上,该厂锅炉集箱排污不合理,就是一种异常现象。道理很简单,当排污量过大,且时间拉得过长时,大量的炉水排出,使水冷壁管供水不足,尤其是靠近排污管的水冷壁管,在排污速度过快,且时间过长时供水会更加不足。由于供水不足,管壁温度就会很快升高。从此台锅炉运行情况看,其积灰严重,炉门烧坏以及外壳熏黑,因而断定长期处于正压燃烧状况。司炉人员按照厂部规定排污后,有时气压很难保住,因而不得不加大给煤量和鼓风量,使锅炉正压燃烧。锅炉正压燃烧的后果是燃烧工况恶化,炉膛温度大幅度升高。此时,水冷壁管就会大量吸热,管内的部分水就会迅速地蒸发,出现饱和沸腾工况直接过渡到膜态工况,在管壁上形成蒸汽膜。蒸汽膜的导热性能差,带走的热量少,久而久之,水冷壁管就会因得不到冷却保护而使壁温进一步升高,加之管壁已减薄,强度降低,因而使水冷壁管很快地因过热而发生变形。

     从图1中可以看出,当集箱排污时,下降管流入集箱的炉水除一部分通过水冷壁管外,一部分通过排污管排出,此时,在排污管上部的水冷壁管2和3就出现了严重的供水不足,1和4次之,因而所受变形的程度就不一样。

     图1 集箱水冷壁管变形位置示意

     当然,锅炉正压燃烧不仅恶化了燃烧工况,提高了炉膛温度,对水冷壁管变形有一定影响,但如果按照该厂司炉人员这种排污方法长期操作,尽管锅炉没有正压燃烧,同样可使水冷壁管过热变形,只不过是变形速度慢些而已。一般锅炉用钢均为低碳钢,在315℃就达到屈服点,450℃以上时就出现明显的蠕变现象。该厂锅炉使用不到5年,当司炉人员采取这种不合理的排污方式排污时,管材早已受到了损害,机械强度有所降低,可以说,在这种不合理的排污过程中,管壁的温度常在450℃以上。由于管壁温度间断性地升高降低,热应力也相应的随之变化,水冷壁管的变形也就慢慢开始。早期变形一般很难察觉,但一旦在锅炉负荷突然增大时,在热应力的作用下,水冷壁管就会出现明显的变形。变形是一种比较危险的缺陷,当壁温达到700~750℃时,在几分钟内就会很快造成爆管事故。那么,为什么右侧水冷壁管又没有出现变形现象呢?原来,锅炉在安装过程中,由于锅炉本体紧靠右墙壁(仅0.5m),考虑人行通道和维修方便,将右侧集箱排污管接出室外,2只快开式排污阀也安装在室外,因而司炉人员很少到室外排污。据司炉人员讲,一般3~4天才排污1次,就是去排,时间也不到30秒。因而也就没有出现像左侧水冷壁管那样的变形现象。

     可见,锅炉在运行过程中,应正确合理排污,尤其是炉膛两侧集箱的排污时间应注意,一般不要进行排污,以免影响水冷壁管的水循环,造成变形、爆管事故。若要进行,最好在低负荷或者中止一段燃烧后进行,当水质较好时,可不考虑排污,但炉水差时也要进行,但不可盲目任意加大排污量,其排污量应按水质化验情况或计算求得,通常定期排污量不超过5%,每班排污1次即可,每次排污时间不得超过30秒;排污阀打开时,应短促、间断进行,快开快关,开后停几秒再关,关后停几秒再开,如此反复几次。切不可打开排污阀后长时间不管,然后再去关闭。这样既可减少热量损失,又可保证安全。尽量避免锅炉正压燃烧,使炉膛和管壁温度时刻处于正常状态下。     王敏