栗偉

摘要：受熱面管作為工業(yè)鍋爐的基礎(chǔ)部分，是由多個(gè)管件構(gòu)成，在工業(yè)生產(chǎn)制造的過(guò)程中發(fā)揮著給汽、水界面提供煙氣熱量的作用，所處的環(huán)境復(fù)雜、惡劣，雖然隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，各種新材料、新設(shè)備、新技術(shù)層出不窮，在一定程度上改善了鍋爐的環(huán)境，但由于爐內(nèi)流動(dòng)、傳熱、燃燒過(guò)程等參數(shù)的不確定性，導(dǎo)致經(jīng)常發(fā)生鍋爐受熱面管失效問(wèn)題，從而極易引發(fā)安全事故。因此，深入分析鍋爐受熱面管失效的原因，從中探索合理有效的預(yù)防措施，對(duì)保障鍋爐的有序與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有積極的意義。

關(guān)鍵詞：工業(yè)鍋爐;受熱面管;失效;預(yù)防措施

引言

工業(yè)鍋爐受熱面管由多根管道組成，在工業(yè)鍋爐的運(yùn)作中起著十分重要的作用。水或者汽水混合物在受熱面管內(nèi)流過(guò)，煙氣及熱輻射等各種熱量以對(duì)流傳熱的方式將熱量傳遞給管內(nèi)工質(zhì)。近年來(lái)，雖然鍋爐制造技術(shù)水平不斷提高，但其常常在復(fù)雜惡劣的環(huán)境下工作，爐內(nèi)的煙氣流動(dòng)、傳熱和燃燒過(guò)程等不確定因素很多，經(jīng)常會(huì)使受熱面管處于腐蝕、沖刷、高溫、高壓的狀態(tài)，最終造成失效損傷，影響鍋爐的運(yùn)行，引發(fā)安全事故。

一、工業(yè)鍋爐受熱面管失效的原因

1.1 結(jié)垢

結(jié)垢出現(xiàn)的原因有很多，其中最直接因素水處理設(shè)備失效或者水處理過(guò)程操作不當(dāng)，導(dǎo)致水中鈣離子和鎂離子的濃度過(guò)高，超過(guò)其溶解度而附著在管壁上。受熱面結(jié)垢所帶來(lái)的影響極大，其會(huì)使得受熱面管傳熱性能變差，一般水垢的導(dǎo)熱系數(shù)只有鋼鐵導(dǎo)熱系數(shù)的10%，也就是說(shuō)，1mm的結(jié)垢附著在管壁上時(shí)，相當(dāng)于對(duì)鋼管加厚了幾毫米甚至更多，大大增加了受熱面管熱阻。隨著水垢的不斷增厚，管壁得不到有效冷卻，使得管壁長(zhǎng)期處在過(guò)熱的狀態(tài)下，會(huì)使得鋼管的抗拉強(qiáng)度不斷下降，更為嚴(yán)重會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱、管脹、變形、爆管、蠕變損傷的現(xiàn)象。

1.2 水循環(huán)故障

（1）停滯和倒流。同一循環(huán)回路中，由于各上升管受熱不均勻時(shí)，受熱弱的上升管產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)壓頭小，甚至不能維持最低循環(huán)流速，造成停滯。而當(dāng)受熱嚴(yán)重不均勻時(shí)，受熱強(qiáng)的上升管中汽水混合物流速過(guò)大，而產(chǎn)生抽吸現(xiàn)象，造成倒流。產(chǎn)生停滯和倒流的根本原因是由于同一循環(huán)回路中并列工作的各上升管的受熱不均勻的結(jié)果，造成的主要因素，一是與鍋爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān)，這是由于設(shè)計(jì)制造所引起的;二是鍋爐運(yùn)行不良，如爐膛火焰中心偏移或者火焰分布不均勻，受熱面管掛渣積灰等。

（2）汽水分層。在水平或者傾斜度很小的上升管中，流速很低，造成管子上部是汽，下部是水的現(xiàn)象。產(chǎn)生的原因主要是上升管或者汽水引出管與水平線傾角過(guò)小。

（3）下降管帶汽。從日常的故障中得出，造成下降管帶汽的原因有：一是下降管阻力較大，產(chǎn)生較大的壓降，使下降管入口處發(fā)生汽化;二是下降管管口離鍋筒水位面太近，在水面上方形成旋渦斗而帶汽;此外，下降管受熱過(guò)強(qiáng)等都

會(huì)引起帶汽。

1.3 磨損

（1）燃料成分。燃煤中灰分的含量與煙氣中灰的含量有著正比例關(guān)系。當(dāng)燃料中的灰分含量不斷增加時(shí)，煙氣里所包含的飛灰的濃度也會(huì)提高，因此煙氣對(duì)受熱面管的磨損也隨之增大。

（2）煙速度。當(dāng)煙速提高一單位時(shí)，飛灰磨損程度會(huì)照著一的三次方單位而增加。一般情況下，鍋爐大負(fù)荷運(yùn)行會(huì)使煙氣速度提高，同時(shí)又因?yàn)殄仩t的超負(fù)荷運(yùn)行加大了煤量和鼓風(fēng)風(fēng)量，使其超過(guò)正常范圍，在雙重作用下使煤灰對(duì)

管壁的磨損大大加劇。

（3）煤灰顆粒的物理化學(xué)性質(zhì)。管壁的磨損程度會(huì)因?yàn)槭褂貌煌拿?、煤灰含量的變化而變化，所以磨損會(huì)有些差異，當(dāng)煤灰顆粒很大或很耐磨時(shí)，那管壁的磨損程度可想而知。

1.4 受面管腐蝕

（1）氧腐蝕。氧腐蝕是最常見(jiàn)的一種腐蝕，經(jīng)常出現(xiàn)在積水較多的位置，并在表面形成許多鼓包。省煤器泄漏的主要原因就是氧腐蝕，即當(dāng)含有氧分子的水與金屬表面接觸時(shí)，鍋爐供水管道和省煤器管上就會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)腐蝕和潰瘍腐蝕，從而導(dǎo)致管道泄漏。

（2）低溫硫腐蝕。當(dāng)燃料中所包含的硫在鍋爐里燃燒時(shí)，與空氣接觸會(huì)產(chǎn)生二氧化硫，隨之又會(huì)因二氧化硫與煙氣、其他金屬氧化物接觸時(shí)而產(chǎn)生三氧化硫，接著三氧化硫又伴隨著一系列反應(yīng)而產(chǎn)生硫酸或亞硫酸，這兩者的腐蝕性都非常強(qiáng)。因此，當(dāng)溫度低于露點(diǎn)時(shí)，硫酸或亞硫酸會(huì)凝結(jié)在金屬表面，使之受到腐蝕，此稱為低溫硫腐蝕。從上述反應(yīng)可以得出，硫腐蝕的強(qiáng)度由燃料中硫含量和鍋爐運(yùn)行時(shí)的過(guò)量空氣系數(shù)決定著，同時(shí)其也決定著露點(diǎn)溫度的高低。

二、工業(yè)鍋爐受熱面管的高溫失效原因

2.1缺水原因

工業(yè)鍋爐缺水的主要原因包括不科學(xué)合理的鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、水位表及報(bào)警器失靈、給水止回閥失靈、排污閥泄漏等諸多方面。為了保障鍋爐內(nèi)正常的水位，一般裝設(shè)水位表、水位警報(bào)器及自動(dòng)給水裝置等。

2.2結(jié)垢原因

由于水質(zhì)中含有的鈣、鎂離子的濃度超過(guò)其自身的溶解度，導(dǎo)致管壁及鍋筒內(nèi)出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象。具體來(lái)說(shuō)，進(jìn)入鍋爐內(nèi)的水溫會(huì)逐步升高，降低了水質(zhì)中某些鈣、鎂鹽類的溶解度，溫度繼續(xù)升高會(huì)導(dǎo)致達(dá)到飽和后的鹽類沉淀析出，出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象。另外，鍋爐內(nèi)水的蒸發(fā)濃縮無(wú)法帶走鹽類，難溶鹽類就會(huì)形成沉淀。還有就是水中的鈣、鎂鹽類在被加熱和蒸發(fā)時(shí)會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，加大了難溶于水的物質(zhì)析出。例如，在鍋爐中發(fā)生重碳酸鈣、重碳酸鎂的熱分解反應(yīng)：

2.3管內(nèi)積炭原因

管內(nèi)積炭出現(xiàn)的關(guān)鍵原因是油品經(jīng)高溫發(fā)生裂解和氧化，在受熱面炭化結(jié)焦，控制導(dǎo)熱油的使用溫度，既降低了傳熱性能又減小了熱傳導(dǎo)液的流通截面，甚至還會(huì)因超溫爆管造成導(dǎo)熱油泄漏進(jìn)爐膛內(nèi)，未曾及時(shí)排出的爐內(nèi)燃燒產(chǎn)物導(dǎo)致爆炸事故。管內(nèi)積炭引起的受熱面管失效屬于長(zhǎng)期過(guò)熱，積炭在整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)管子內(nèi)可見(jiàn)，并發(fā)生蠕變現(xiàn)象。倘若達(dá)到預(yù)定溫度的時(shí)間增加或監(jiān)察到泥漿狀的油品，這說(shuō)明可能會(huì)發(fā)生管內(nèi)積炭。

2.4水循環(huán)故障原因

水循環(huán)故障長(zhǎng)短期過(guò)熱都有，主要表現(xiàn)有在水冷壁管熱強(qiáng)度最高部分失效、在受熱最差的水冷壁管發(fā)生破裂、因異物堵塞水管而造成水循環(huán)的破壞，使水管被燒壞，導(dǎo)致鍋爐受熱面管失效，引發(fā)安全事故。

三、預(yù)防工業(yè)鍋爐受熱面管失效的有效措施

3.1缺水防范措施

首先，合理設(shè)計(jì)鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并采取多重和多樣化保護(hù)相結(jié)合的方法，確保在一種保護(hù)失靈時(shí)可以采用另一種保護(hù)手段保障鍋爐的水供給。在此基礎(chǔ)上還要設(shè)置自動(dòng)停爐保護(hù)裝置，其目的是嚴(yán)重缺水或煙氣短路等原因?qū)е屡艧煖囟冗^(guò)高時(shí)可以自動(dòng)切斷燃料的供應(yīng)，并停止鍋爐運(yùn)行。其次，加強(qiáng)運(yùn)行管理。做好各種設(shè)備的日常維護(hù)與管理工作，對(duì)水位表進(jìn)行定期沖洗，每月至少進(jìn)行一次冷熱態(tài)試驗(yàn)，包括鍋爐自動(dòng)給水裝置、高低水位報(bào)警裝置、極限低水位自動(dòng)停爐保護(hù)裝置等，確保自控裝置的靈敏性、安全性、可靠性。

3.2對(duì)于結(jié)垢的防范措施

結(jié)垢形成的主要原因是水質(zhì)不合格，而與水質(zhì)不合格隨之出現(xiàn)的就是受熱面管的長(zhǎng)期受熱，導(dǎo)致高溫?fù)p傷。為了確保鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，我們就應(yīng)該加強(qiáng)水質(zhì)管理，保證用水達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，從而來(lái)預(yù)防受熱面管道過(guò)熱損傷。因此合格的供水與控制水質(zhì)是防止結(jié)垢的基礎(chǔ)。我們要從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)不同的鍋爐有不同的型式特點(diǎn)，我們要選擇相對(duì)應(yīng)的給水處理設(shè)備，加強(qiáng)日常水處理監(jiān)控，定期抽樣檢測(cè)，從而保證為鍋爐提供合格的給水。

3.3對(duì)于水循環(huán)故障的防范措施

預(yù)防水循環(huán)故障的重中之重就是確保鍋爐中水體具有一定的運(yùn)動(dòng)壓頭，保持一定的回路高度，就能確保水循環(huán)的可靠，避免出現(xiàn)水循環(huán)的停滯和倒流、汽水分層以及下降管帶汽。首先，為了避免鍋爐水循環(huán)停滯或倒流要優(yōu)化鍋爐本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增加水循環(huán)的運(yùn)動(dòng)壓頭;設(shè)置大直徑的下降管，保證下降管的總截面積為上升管的20%以上;同時(shí)鍋爐運(yùn)行時(shí)，要避免結(jié)渣和積灰，及時(shí)調(diào)整燃燒，使?fàn)t膛火焰分布均勻。其次，在鍋爐制造時(shí)保證上升管或者汽水引出管與水平線之間的傾角不宜小于15°，就能很好的避免汽水分層。第三，保持熱量平衡。要想使熱量差異不大，就應(yīng)該對(duì)處于同一循環(huán)回路上的上升管均勻加熱，同時(shí)還應(yīng)保持鍋爐內(nèi)進(jìn)料均勻。

3.4對(duì)于磨損的防范措施

煤質(zhì)和煙氣流速同時(shí)決定著鍋爐受熱面的磨損程度，所以要加強(qiáng)煤炭質(zhì)量的管理，合理控制煙氣流速?？茖W(xué)的煙道設(shè)計(jì)計(jì)算，采取合理的措施，如鏈條爐排控制材料層的厚度和風(fēng)量，能夠減緩煙速，并且在一定程度上減少煙霧和氣體，達(dá)到防止鍋爐受熱面管磨損的效果。落實(shí)安全責(zé)任制，安排專門人員定期檢查鍋爐受熱面管和隔煙墻，搞好設(shè)備的維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，如抗磨塊發(fā)現(xiàn)損壞，應(yīng)及時(shí)更換。

3.5對(duì)于受熱面腐蝕的防范措施

（1）對(duì)于氧腐蝕的防范措施。防止氧腐蝕可以采用除氧器和除氧器與化學(xué)除氧器相結(jié)合的方法。熱力除氧的工作原理是通過(guò)給蒸汽鍋爐給水加熱，讓其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的大氣式除氧器壓力飽和溫度，然后在此基礎(chǔ)上使水蒸氣分壓力不斷接近水面全壓力，最終使在水中被溶解的氣體的分壓力趨向于零，從而氣體在水中排出，去除氧、二氧化碳等氣體，達(dá)到保護(hù)鍋爐受熱面管的目的。工業(yè)蒸汽鍋爐經(jīng)常采用的是大氣壓力式熱力除氧;與其相比，真空熱力脫氧更適合用于熱水鍋爐。通過(guò)除去水中氧氣，從而減少鍋爐受熱面產(chǎn)生的化學(xué)和電化學(xué)腐蝕。

（2）對(duì)于低溫硫腐蝕的防范措施。硫含量高、過(guò)量空氣系數(shù)偏高及煙溫過(guò)低是造成低溫硫腐蝕的主要原因。因此，可以采用以下方法來(lái)防止低溫硫腐蝕。第一，要想從根源上降低硫含量，就得嚴(yán)格把關(guān)燃料成分，最好使用低硫燃料，同時(shí)還要采用脫硫技術(shù)。其次，通過(guò)火焰顏色確定過(guò)量空氣系數(shù)，使其控制在合理范圍之內(nèi)能夠有效降低低溫硫腐蝕。第三，提高煙溫，使其達(dá)到露點(diǎn)以上的溫度可有效防止省煤器的低溫硫腐蝕。

3.6管內(nèi)積炭預(yù)防措施

首先，在導(dǎo)熱油使用壽命內(nèi)安全使用，其主要方法包括防止氧化和避免高溫。防止氧化主要是采用在高位槽設(shè)置氮封裝置等措施，隔離導(dǎo)熱油與空氣。通過(guò)差壓保護(hù)、超溫報(bào)警等措施，保護(hù)受熱面管不受損傷。另外，還要注意系統(tǒng)循環(huán)在停爐時(shí)保持繼續(xù)運(yùn)行，直至達(dá)到100℃冷卻值后才可停泵。其次，盤管式的導(dǎo)熱油爐無(wú)法有效檢驗(yàn)管壁，我們要對(duì)油進(jìn)行檢測(cè)，防止受熱面管因積炭過(guò)熱而產(chǎn)生缺陷及損傷。導(dǎo)熱油質(zhì)良好的情況下，其使用后閃點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)粘度并沒(méi)有太大變化。再者，加強(qiáng)受熱面管材料、焊縫、彎頭處的質(zhì)量檢驗(yàn)。合理布置受熱面管，防止出現(xiàn)熱膨脹死點(diǎn)和導(dǎo)熱油滯流點(diǎn)或高溫點(diǎn)。采用穩(wěn)定性符合加熱爐和系統(tǒng)操作條件的導(dǎo)熱油，防止出現(xiàn)高溫區(qū)受熱面管內(nèi)積炭。

四、結(jié)語(yǔ)

簡(jiǎn)而言之，受熱面管是工業(yè)鍋爐的重要組成部分，它的穩(wěn)定運(yùn)行是鍋爐順利運(yùn)行，生產(chǎn)保障的有效前提，只有相關(guān)工作人員在提高認(rèn)識(shí)，并加強(qiáng)相應(yīng)的預(yù)防措施，提高司爐人員的專業(yè)能力，才能確保鍋爐安全、穩(wěn)定、高效地運(yùn)行，滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。

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