朱 霖 陳偉崇 陳思詩

（廣西壯族自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 南寧 530219)

快裝、組裝鍋爐相對(duì)于散裝鍋爐有價(jià)格便宜、施工周期短的優(yōu)勢(shì)，如今在中小蒸噸工業(yè)鍋爐上已經(jīng)普遍取代散裝鍋爐。隨著國家經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展、各種節(jié)能環(huán)保要求的日益提高，在紡織、制藥、化工、食品行業(yè)以及各地方工業(yè)園區(qū)集中供熱單位所使用的中小型鍋爐提出了使用過熱蒸汽的新需求，不少鍋爐制造單位也已經(jīng)開始致力于發(fā)展在快裝、組裝鍋爐中加入過熱器的設(shè)計(jì)[1]。但也由于目前相關(guān)設(shè)計(jì)制造規(guī)范尚未健全、經(jīng)驗(yàn)不夠豐富的原因，一些新設(shè)計(jì)的帶過熱器鍋爐在使用中遇到了問題，本文給出了一臺(tái)帶過熱器的組裝鍋爐過熱器爆管的事故分析及解決方案，以期給今后的設(shè)計(jì)及制造工作提供參考，避免類似事故再次發(fā)生。

1 鍋爐概況及事故簡介

廣西南寧地區(qū)某工業(yè)園區(qū)內(nèi)某集中供熱企業(yè)于2016年向湖南某鍋爐廠采購了一臺(tái)帶過熱器的組裝鍋爐，型號(hào)為SZL25-1.25/250-AII，鍋爐于2016年6月14日制造出廠，設(shè)計(jì)額定蒸發(fā)量為25t/h，額定出口壓力為1.25MPa，額定出口溫度為250℃，設(shè)計(jì)燃料為II類煙煤，鍋爐結(jié)構(gòu)為雙鍋筒縱置式鏈條爐。過熱器部件如圖1所示，過熱器進(jìn)、出口集箱均布置于鍋爐右側(cè)，飽和蒸汽通過鍋筒頂部三根飽和蒸汽管進(jìn)入過熱器進(jìn)口集箱前端，然后進(jìn)入過熱器蛇形管內(nèi)吸熱，最后進(jìn)入下側(cè)的過熱器出口集箱，并從過熱器出口集箱后側(cè)進(jìn)入主蒸汽管。根據(jù)《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（以下簡稱《鍋規(guī)》）第6.5.（3)款，在過熱器系統(tǒng)最低處的出口集箱底部設(shè)置有放水裝置。過熱器管布置在煙道中的位置如圖2所示，為對(duì)流煙道第一回程至第二回程轉(zhuǎn)向位置，從前至后共28排，管材材質(zhì)為12Cr1MoV，規(guī)格為φ38mm×3.5mm。

圖1 過熱器部件示意圖

圖2 過熱器布置位置示意圖

該鍋爐于2016年09月完成安裝及調(diào)試工作并開始投產(chǎn)。運(yùn)行至2017年02月05日，鍋爐過熱器管前起10排上起第4根發(fā)生爆管，使用單位并未引起重視，對(duì)損壞過熱器管進(jìn)行封堵處理后繼續(xù)投入運(yùn)行。之后又分別于2017年03月30日、05月15日再次在過熱器管前起11排上起第4根、前起12排上起第4根發(fā)生爆管，爆管位置于圖1、圖2中所示位置，三次事故的非計(jì)劃停爐也給使用單位帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，隨后使用單位于2017年05月18日委托廣西壯族自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院對(duì)鍋爐爆管事故進(jìn)行技術(shù)分析。

2 檢測(cè)分析

2.1 宏觀分析

對(duì)過熱器管前起11排上起第4根事故管進(jìn)行了取樣，爆口尺寸為85mm×55mm，呈桃核形喇叭口，爆口邊緣壁厚1.9mm，爆口背面壁厚3.4mm，無明顯脹粗現(xiàn)象，爆口斷面光滑，呈撕裂狀，可以判斷爆管部位具有短期過熱特征[2]。

拆除過熱器集箱進(jìn)行宏觀檢查，發(fā)現(xiàn)過熱器進(jìn)口集箱處存在大量積水，見圖3，而出口集箱則未見積水現(xiàn)象。綜合該鍋爐過熱器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況及過熱器管爆管特征可知，鍋爐廠在設(shè)計(jì)時(shí)將過熱器進(jìn)口集箱布置在上側(cè)，出口集箱布置在下側(cè)，但在設(shè)計(jì)集箱疏水時(shí)，僅按照《鍋規(guī)》要求考慮了在作為系統(tǒng)最低處的出口集箱，而在進(jìn)口集箱未設(shè)置任何疏排水功能，同時(shí)過熱器蛇形管上起第3根由過熱器進(jìn)口集箱底部引出，導(dǎo)致進(jìn)口集箱內(nèi)積水引起過熱器管子“水塞”[3、4]，蒸汽無法正常在上起第3、4根中流通，最終引起過熱器管過熱爆管。又因?yàn)閺腻佂岔敳恳龅?根飽和蒸汽連接管連至進(jìn)口集箱的前端，運(yùn)行期間集箱內(nèi)的積水由于進(jìn)口集箱前端蒸汽流速較大而被推向后側(cè)，故前排的過熱器管反而沒有先出現(xiàn)爆管現(xiàn)象。

圖3 過熱器進(jìn)口集箱內(nèi)積水

導(dǎo)致過熱器管子“水塞”并發(fā)生過熱的積水可能來源于停爐時(shí)的蒸汽冷凝，也可能來源于飽和蒸汽帶水。首先查看該鍋爐的運(yùn)行記錄，發(fā)現(xiàn)由于該單位屬于投產(chǎn)初期，已經(jīng)簽訂供汽合同的單位數(shù)量不多，故投產(chǎn)以來鍋爐一直運(yùn)行負(fù)荷較低且啟停十分頻繁，認(rèn)為停爐時(shí)的蒸汽冷凝水對(duì)積水的產(chǎn)生作用不可忽略。

進(jìn)入鍋筒查看汽水分離裝置的設(shè)置情況，鍋筒在水冷壁上集箱至鍋筒連接管入口一側(cè)布置有垂直擋板作為一次汽水分離裝置，頂部設(shè)置有百葉窗作為二次汽水分離裝置，根據(jù)鍋筒內(nèi)壁的水位痕跡，測(cè)量了水位線至百葉窗分離器下邊緣的距離，約為230mm，核對(duì)鍋爐的設(shè)計(jì)圖紙，鍋爐設(shè)計(jì)正常水位至百葉窗分離器下邊緣的距離為240mm，說明該鍋爐運(yùn)行期間水位控制較好，但蒸汽空間高度仍然僅有230mm，此時(shí)飽和蒸汽較容易產(chǎn)生嚴(yán)重帶水現(xiàn)象[5-6]。同時(shí)又檢查發(fā)現(xiàn)兩級(jí)汽水分離裝置均存在密封不嚴(yán)的情況（見圖4），易造成汽水混合物短路，降低了汽水分離的效果。查看該鍋爐2017年第一季度和第二季度的水質(zhì)化驗(yàn)報(bào)告，爐水的化驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1，爐水的幾項(xiàng)主要控制指標(biāo)均在國家標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，可以認(rèn)定使用單位對(duì)鍋爐水質(zhì)的管理工作較為規(guī)范，且不存在因爐水濃度過高加重蒸汽帶水的情況。檢測(cè)人員又對(duì)未發(fā)生爆管的其他過熱器管進(jìn)行內(nèi)窺檢查，在過熱器管出口段可發(fā)現(xiàn)了結(jié)垢現(xiàn)象（見圖5），認(rèn)定運(yùn)行中的蒸汽帶水對(duì)積水的產(chǎn)生作用同樣不可忽略。

圖4 鍋筒內(nèi)汽水分離器密封不嚴(yán)

表1 事故鍋爐爐水化驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖5 過熱器管出口段結(jié)垢

2.2 蒸汽濕度測(cè)定

為驗(yàn)證該鍋爐飽和蒸汽帶水的情況，檢驗(yàn)單位與使用單位約定僅對(duì)鍋爐進(jìn)行清除進(jìn)口集箱積水及封堵過熱器管之后，再次短暫開啟該鍋爐，在該鍋爐的一個(gè)常用負(fù)荷下對(duì)飽和蒸汽進(jìn)行蒸汽濕度測(cè)量試驗(yàn)，試驗(yàn)的基本情況如下：

1）試驗(yàn)依據(jù)：本次試驗(yàn)根據(jù)GB/T 10180—2003《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程》附錄C制定試驗(yàn)大綱，參與試驗(yàn)人員均按照大綱執(zhí)行試驗(yàn)工作。

2）試驗(yàn)概況：試驗(yàn)前鍋爐正常運(yùn)行，已在試驗(yàn)約定負(fù)荷（13t/h）狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行超過1h，試驗(yàn)期間，鍋爐的蒸發(fā)量波動(dòng)不超過5%，壓力波動(dòng)不超過10%、過熱蒸汽溫度波動(dòng)不超過±20℃，不進(jìn)行定期排污，安全閥無起跳動(dòng)作。各測(cè)點(diǎn)及取樣器的設(shè)置均符合GB/T 10180—2003《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程》附錄C相關(guān)要求。試驗(yàn)正式開始前，試驗(yàn)人員對(duì)飽和蒸汽及爐水取樣冷卻器能否滿足要求取樣量下的冷卻功能進(jìn)行確認(rèn)，確保試驗(yàn)期間飽和蒸汽冷凝水及爐水能夠按照計(jì)算取樣量并保持常流，當(dāng)試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)取樣口有蒸汽排出時(shí)，試驗(yàn)工況作廢。各盛裝容器保證在取樣、轉(zhuǎn)移樣品前都嚴(yán)格按照沖洗規(guī)定用盛裝樣品進(jìn)行沖洗，操作裝樣及沖洗的人員佩戴手套進(jìn)行作業(yè)。

試驗(yàn)人員根據(jù)雙方約定的鍋爐負(fù)荷、飽和蒸汽管管徑、蒸汽取樣管管徑、由公式計(jì)算出理論蒸汽取樣量。根據(jù)計(jì)算蒸汽取樣量，通過調(diào)節(jié)各取樣通道的調(diào)節(jié)閥，直至各取樣通道蒸汽冷凝水量與計(jì)算蒸汽取樣量偏差在5%之內(nèi)，試驗(yàn)共持續(xù)3h，每小時(shí)內(nèi)對(duì)蒸汽及爐水進(jìn)行同步取樣及化驗(yàn)4次，每次取樣結(jié)束時(shí)應(yīng)對(duì)蒸汽取樣量進(jìn)行稱重核算是否與計(jì)算蒸汽取樣量偏差保持在5%之內(nèi)，確認(rèn)樣品有效后，交由化驗(yàn)人員進(jìn)行化驗(yàn)，樣品的化驗(yàn)使用氯根法。所得的試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示，60min內(nèi)得平均蒸汽濕度值為10.44%，120min內(nèi)測(cè)得平均蒸汽濕度值為9.75%，180min內(nèi)測(cè)得平均蒸汽濕度值為10.79%，由1#飽和蒸汽連接管取樣所得的平均蒸汽濕度值為8.01%，由2#飽和蒸汽連接管取樣所得的平均蒸汽濕度值為10.55%，由2#飽和蒸汽連接管取樣所得的平均蒸汽濕度值為12.64%，試驗(yàn)期間所測(cè)得最低、最高平均蒸汽濕度值分別為7.33%、13.74%，試壓期間平均蒸汽濕度值為10.33%，而根據(jù)NB/T 47034—2013《工業(yè)鍋爐技術(shù)條件》第3.1.2款要求，過熱器入口蒸汽濕度不應(yīng)大于1%。考慮到試驗(yàn)期間鍋爐出力約為13t/h，僅為鍋爐額定負(fù)荷的50%左右，可想若該鍋爐按照如此狀態(tài)在高負(fù)荷甚至滿負(fù)荷下使用，飽和蒸汽帶水的問題將會(huì)更加嚴(yán)重。

圖6 飽和蒸汽濕度測(cè)量數(shù)據(jù)

3 解決方案

根據(jù)以上分析，使用單位對(duì)鍋爐采取如下措施：

1）將過熱器蛇形管由集箱的左下側(cè)引出、引入改為由左上側(cè)引出、引入，并且在過熱器的進(jìn)口集箱最低處設(shè)置了放水管，放水管設(shè)置疏水閥并引至安全位置，從而解決進(jìn)口集箱內(nèi)積水問題。改造后的過熱器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 改造后的過熱器結(jié)構(gòu)示意圖

2）將鍋筒內(nèi)原有垂直擋板和百葉窗分離器未密封位置全部做密封處理，另外鍋筒的蒸汽空間高度已經(jīng)無法改變，為緩解這一問題，在垂直擋板底部向水平方向增加布置一組水下孔板作為一級(jí)汽水分離裝置。

經(jīng)以上兩項(xiàng)處理措施之后，鍋爐正常運(yùn)行至今未再發(fā)生過熱器管爆管事故。

4 結(jié)束語

通過對(duì)一臺(tái)組裝鍋爐過熱器管爆管事故的分析，提出了如下建議：

1）除按《鍋規(guī)》要求在系統(tǒng)的最低集箱（或者管道）設(shè)置放水裝置外，還應(yīng)充分考慮各級(jí)集箱的疏水情況，并且注意蛇形管的布置方式是否有利于疏水。

2）增加過熱器的中小蒸噸快裝、組裝鍋爐應(yīng)在設(shè)計(jì)和制造環(huán)節(jié)充分考慮汽水分離效果，采取措施確保鍋筒出口處的飽和蒸汽品質(zhì)，防止蒸汽帶水對(duì)過熱器管帶來不良影響。