何有 馮國發(fā)
摘 要:鍋爐作為工業(yè)生產(chǎn)和社會生活中必不可少的裝備之一,隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高,其需求量和裝機(jī)量逐年增長。在這樣的增長趨勢下,鍋爐的安全問題逐漸引起社會重視。鍋爐安全涉及設(shè)計(jì)、制造和安裝環(huán)節(jié),其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,部件繁多,安裝精細(xì)化要求高。本文簡要分析了鍋爐設(shè)計(jì)、制造和安裝過程中存在的問題,然后提出相應(yīng)的對策,為鍋爐行業(yè)從業(yè)人員提供參考。
關(guān)鍵詞:鍋爐;設(shè)計(jì);制造;安裝
中圖分類號:TK22文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1003-5168(2020)23-0053-04
Abstract: As one of the indispensable equipment in industrial production and social life, with the development of social economy and the improvement of people's living standards, the demand and installed capacity of boilers increase year by year. With this growth trend, the safety of boilers has gradually attracted social attention. Boiler safety involves design, manufacturing and installation, and its structure is complex, components are numerous, and installation requirements are high. This paper briefly analyzed the problems in the boiler design, manufacture and installation process, and then proposed corresponding countermeasures to provide references for practitioners in the boiler industry.
keywords: boiler;design;manufacture;installation
隨著鍋爐行業(yè)的蓬勃發(fā)展,我國目前已經(jīng)形成了較為完備的鍋爐行業(yè)安全管理法規(guī)體系。這使得鍋爐行業(yè)從設(shè)計(jì)到安裝的全生命周期都具有相應(yīng)的管理規(guī)范和操作流程要求。盡管如此,不可否認(rèn)的是行業(yè)中仍然存在不少問題。近年來,鍋爐行業(yè)逐漸放開,但是部分小型鍋爐設(shè)計(jì)、制造和安裝企業(yè)管理比較混亂。鍋爐作為具有承壓功能的工業(yè)設(shè)備,相對而言,存在較高的危險系數(shù),容易因?yàn)楦鞣N因素發(fā)生爆炸[1-2]。因此,在鍋爐設(shè)計(jì)到安裝的全生命周期中,人們需要嚴(yán)格控制各個環(huán)節(jié)的工藝質(zhì)量,從而確保鍋爐的使用安全。
1 鍋爐設(shè)計(jì)、制造和安裝存在的問題
鍋爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜,焊接是其制造和安裝過程中必不可少的工序。在鍋爐制造和安裝過程中,焊接質(zhì)量決定鍋爐的使用壽命和安全程度?,F(xiàn)階段,鍋爐生產(chǎn)較多使用人工焊接,因此如何控制好人工焊接質(zhì)量是鍋爐制造和安裝環(huán)節(jié)需要格外關(guān)注的問題[3-4]。從現(xiàn)有鍋爐制造和安裝環(huán)節(jié)導(dǎo)致的事故原因分析來看,人工焊接對于水冷壁管與管材連接處存在的縫隙把控容易出現(xiàn)問題。鍋爐焊接對焊接的精確度具有較高要求,要盡量減少焊接導(dǎo)致的部件磨損與變形帶來的誤差。如果這個環(huán)節(jié)存在問題,就會導(dǎo)致整個鍋爐焊接無法滿足鍋爐壓力的需求,從而容易在使用過程中出現(xiàn)安全事故。通常而言,控制好鍋爐焊接環(huán)節(jié)的質(zhì)量,就能基本確保鍋爐整體的制造和安裝質(zhì)量,其重要性可見一斑。在這個過程中,要重點(diǎn)關(guān)注人為因素對鍋爐整體質(zhì)量的影響。
從鍋爐工作原理不難看出,鍋爐需要較高的內(nèi)部壓力來完成能量轉(zhuǎn)化和做功。因此,材質(zhì)方面,鍋爐壁需要承受較高的壓強(qiáng),具有較好的強(qiáng)度,能夠承受長時間使用的磨損。在鍋爐設(shè)計(jì)中,要根據(jù)不同的使用需求,選擇符合要求的材質(zhì)。鍋爐運(yùn)行原理決定了所處的工作環(huán)境必定具有較高的濕度,因此鍋爐材質(zhì)需要具有很強(qiáng)的耐腐蝕性,避免由于潮濕導(dǎo)致部件生銹腐蝕,最終在沒有得到及時修復(fù)的情況下引起鍋爐爆炸。同時,鍋爐焊接技術(shù)的特點(diǎn)要求鍋爐材質(zhì)必須可以通過焊接連接起來,這不僅是鍋爐制造和安裝的要求,也是鍋爐日常使用和維護(hù)的需求。鍋爐的日常維護(hù)要求鍋爐材質(zhì)具有便于焊接、容易修復(fù)的特點(diǎn),從而確保在滿足日常使用需求的同時,能夠及時處理鍋爐部件彎曲或者斷裂等老化問題,保證鍋爐在使用過程中的安全,延長鍋爐使用年限。
鍋爐在工作時產(chǎn)生大量熱量,導(dǎo)致外表面溫度升高,容易造成前側(cè)爐墻在高溫影響下發(fā)生形變。從鍋爐的設(shè)計(jì)、制造和安裝規(guī)范來看,要確保鍋爐防焦箱與爐墻之間具有一定距離,一般來說,鍋爐防焦箱與爐墻之間保持1 cm間距即可滿足散熱需求。在實(shí)際操作中,受鍋爐高溫炙烤,鍋爐防焦箱會發(fā)生形變,因此一般要求鍋爐防焦箱與爐墻的間距應(yīng)當(dāng)保持在2 cm左右。這樣不僅能夠確保鍋爐設(shè)備平穩(wěn)安全運(yùn)行,還能夠保證爐墻不會由于鍋爐高溫和受熱膨脹的影響發(fā)生形變、遭到破壞。在鍋爐實(shí)際應(yīng)用中,鍋爐爐墻發(fā)生破裂導(dǎo)致鍋爐故障和安全事故的情況比較常見,應(yīng)當(dāng)引起鍋爐設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用維護(hù)人員的重視。
鍋爐本體容易發(fā)生安全問題而導(dǎo)致事故,除此之外,鍋爐配套的輔助設(shè)備也容易發(fā)生問題。除渣機(jī)作為重要的鍋爐輔助設(shè)備,在過去的鍋爐設(shè)計(jì)、制造和安裝實(shí)踐中常常會被忽視。在鍋爐設(shè)計(jì)、制造和安裝中,缺少對除渣機(jī)的專門研究和設(shè)計(jì),沒有針對不同鍋爐的除渣機(jī)運(yùn)行環(huán)境特點(diǎn)進(jìn)行個性化設(shè)計(jì)和制造,無法確保除渣機(jī)最大限度地發(fā)揮作用,導(dǎo)致除渣機(jī)在鍋爐日常運(yùn)行中不滿足整體精度要求,頻繁維修導(dǎo)致后續(xù)使用成本高昂。從目前我國鍋爐使用情況來看,鍋爐普遍使用循環(huán)泵與水泵相結(jié)合的方式,容易出現(xiàn)無用功導(dǎo)致能耗過高的情況。導(dǎo)致能耗過高的無用功主要成因有二。一是電流過高導(dǎo)致內(nèi)部渦流,會增加能耗,而在鍋爐啟動過程中,操作不當(dāng)會成倍放大電機(jī)內(nèi)部電流,導(dǎo)致電機(jī)發(fā)生損壞;二是鍋爐泵與風(fēng)機(jī)之間沒有可靠連接,導(dǎo)致鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)向不受控制,造成鍋爐做功損失。這些問題都會導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行能耗損失。
隨著鍋爐市場的不斷放開和鍋爐制造技術(shù)的不斷成熟,鍋爐行業(yè)進(jìn)入了成熟的發(fā)展階段,市場對鍋爐的需求也越來越旺盛。在這樣的社會背景下,大量小型鍋爐設(shè)計(jì)、制造和安裝企業(yè)涌現(xiàn)。由于經(jīng)驗(yàn)不足、技術(shù)不夠先進(jìn),運(yùn)營資本和生產(chǎn)技術(shù)往往無法滿足鍋爐生產(chǎn)要求,無法滿足鍋爐設(shè)計(jì)、制造和安裝的資質(zhì)要求。另外,很多傳統(tǒng)鍋爐制造企業(yè)無法適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)的需求,不能根據(jù)市場變化,及時更新自身技術(shù),生產(chǎn)出的鍋爐產(chǎn)品已經(jīng)不發(fā)滿足日常使用需求。這些都導(dǎo)致鍋爐設(shè)計(jì)、制造與安裝環(huán)節(jié)存在大量問題,當(dāng)前鍋爐行業(yè)需要發(fā)揮市場的主體作用,優(yōu)勝劣汰,提高全行業(yè)的安全和技術(shù)水平。
隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展,各行各業(yè)信息化、電子化、智能化水平不斷提高。目前來看,鍋爐設(shè)計(jì)行業(yè)仍然有相當(dāng)一部分企業(yè)采用傳統(tǒng)鍋爐設(shè)計(jì)工藝。傳統(tǒng)鍋爐設(shè)計(jì)工藝要求設(shè)計(jì)人員對鍋爐參數(shù)進(jìn)行人為調(diào)查,例如,鍋爐容量的確定、鍋爐體積的設(shè)計(jì)、鍋爐燃料特性的影響等內(nèi)容都需要對人工調(diào)查得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行人為分析,選取調(diào)查資料中有用的部分開展鍋爐設(shè)計(jì)工作。由于人為因素的存在,傳統(tǒng)鍋爐設(shè)計(jì)結(jié)果通常存在較大的誤差,不能精確計(jì)算爐排面積、爐膛容積、爐排熱強(qiáng)度等參數(shù)。另外,傳統(tǒng)鍋爐設(shè)計(jì)工藝主要輸出二維平面的設(shè)計(jì)圖紙,這要求制造企業(yè)工人具備極強(qiáng)的讀圖能力,而很多工人缺乏直觀感受,在一定程度上影響了鍋爐制造的效率和質(zhì)量。鍋爐設(shè)計(jì)應(yīng)用新興鍋爐技術(shù),這對于設(shè)計(jì)人員來說是一項(xiàng)巨大挑戰(zhàn),由于缺少仿真試驗(yàn)的手段,分層燃燒技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中有可能出現(xiàn)煤料分層錯誤,實(shí)踐中容易存在低負(fù)荷運(yùn)行的情況造成鍋爐故障。
工業(yè)鍋爐種類多樣、技術(shù)復(fù)雜,鍋爐安裝工藝有所不同。一般而言,其主要分為整體安裝和分散安裝兩大類。整體安裝適用于快裝鍋爐,分散安裝適用于水管鍋爐的安裝。在安裝過程中,現(xiàn)場測量和吊裝的誤差容易導(dǎo)致鍋爐前后空間過小,后續(xù)使用過程中無法順利完成煙管更換、積灰清理等工作。其間容易出現(xiàn)隨意變更輔助風(fēng)機(jī)的問題,導(dǎo)致風(fēng)道彎頭過多、阻力過大,使得鍋爐無法正常燃燒,造成熱能損耗。在鍋爐基礎(chǔ)施工過程中,有施工企業(yè)認(rèn)為小型快裝鍋爐可以不澆筑鍋爐基礎(chǔ),直接安放于地面即可。這種安裝方式不僅會加速鍋爐底部的腐蝕,還有可能導(dǎo)致鍋爐主體發(fā)生傾斜、管道發(fā)生變形,鍋爐在使用過程中容易因?yàn)檎駝映霈F(xiàn)整體下沉。鍋爐管道焊接采用有縫管材,容易因?yàn)楹附硬涣紝?dǎo)致接縫處發(fā)生滲漏,造成不良安全影響。在鍋爐安裝過程中,問題主要表現(xiàn)在焊接表面咬邊現(xiàn)象嚴(yán)重、坡度方向焊接錯誤。對個別鍋爐安裝項(xiàng)目進(jìn)行抽檢可以發(fā)現(xiàn),安裝過程中存在鍋爐閥門配置不能滿足使用需求、閥門安裝不緊實(shí)和不到位的情況。鍋爐設(shè)計(jì)、制造和安裝人員需要重視這些問題,合理確定鍋爐布置位置,檢查驗(yàn)收鍋爐基礎(chǔ),按標(biāo)準(zhǔn)正確安裝鍋爐管道與閥門,從而確保鍋爐運(yùn)行安全。
2 鍋爐設(shè)計(jì)、制造和安裝的改進(jìn)策略
對鍋爐事故進(jìn)行分析不難看出,在大部分鍋爐安全事故中,后續(xù)使用和維護(hù)是導(dǎo)致事故發(fā)生的重要因素[5-6]。這就要求鍋爐設(shè)計(jì)、制造和安裝過程中要確保技術(shù)交底的質(zhì)量。在鍋爐安裝到位,準(zhǔn)備交付使用之前,應(yīng)當(dāng)組織制造、安裝企業(yè)與維護(hù)人員進(jìn)行技術(shù)交底,明確鍋爐制造、安裝過程中的重要環(huán)節(jié),指出后續(xù)使用維護(hù)過程中必須重點(diǎn)關(guān)注的部件。使用和維護(hù)人員要參加由鍋爐制造企業(yè)組織的技術(shù)培訓(xùn)和現(xiàn)場演示,以便及時處理使用過程中遇到的問題,確保鍋爐使用安全。針對現(xiàn)階段鍋爐設(shè)計(jì)、制造和安裝中存在的問題,鍋爐使用和維護(hù)人員要高度重視技術(shù)交底工作。鍋爐制造和安裝企業(yè)在技術(shù)交底過程中要向使用和維護(hù)人員詮釋鍋爐設(shè)計(jì)理念,指出鍋爐生產(chǎn)制造中進(jìn)行的技術(shù)創(chuàng)新,講解鍋爐安裝過程中的現(xiàn)場問題,從而確保鍋爐設(shè)備的后續(xù)使用和維護(hù)順利開展。
鍋爐設(shè)計(jì)、制造和安裝過程中會產(chǎn)生大量的圖紙和資料。這些圖紙和施工檔案是以后對鍋爐進(jìn)行使用、維護(hù)、大修的重要依據(jù),是確保鍋爐安全運(yùn)行的重要檔案材料。這些檔案材料作為鍋爐安全運(yùn)行的重要支撐材料,在確保安全運(yùn)行方面起到了重要作用。安全材料的內(nèi)容十分豐富,涵蓋了鍋爐從設(shè)計(jì)到安裝的全部流程。這其中就包含了大量的設(shè)計(jì)圖紙、安裝測試數(shù)據(jù)以及安裝結(jié)構(gòu)圖紙等。鍋爐設(shè)計(jì)、制造、安裝企業(yè)應(yīng)當(dāng)高度重視安全材料的積累和整理,應(yīng)當(dāng)在鍋爐交付使用時將安全材料匯總移交給鍋爐使用方。鍋爐設(shè)計(jì)、制造和安裝是一個動態(tài)的過程,安全材料的內(nèi)容也不斷優(yōu)化和更新。鍋爐設(shè)計(jì)、制造和安裝企業(yè)要及時修訂安全材料,在鍋爐交付使用前完成內(nèi)容更新、目錄整理等工作,對鍋爐在設(shè)計(jì)、制造和安裝過程中發(fā)生的重要變更進(jìn)行顯著標(biāo)注。
在鍋爐設(shè)計(jì)、制造和安裝過程中,焊接是不同環(huán)節(jié)共同關(guān)注的重要部分。鍋爐設(shè)計(jì)階段,設(shè)計(jì)人員要根據(jù)鍋爐安裝的具體環(huán)境、鍋爐使用的具體場景,對鍋爐材料進(jìn)行廣泛的市場調(diào)查,選取符合鍋爐使用和安裝需求,同時又具有最佳性價比的鍋爐材質(zhì)。材質(zhì)和用料的選擇方面,要針對鍋爐長時間處于高壓狀態(tài)的工作特征,高度關(guān)注鍋爐材質(zhì)的耐腐蝕性和抗磨損性能,注重選材方面的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。在鍋爐制造和安裝過程中,要對鍋爐制造和安裝人員進(jìn)行專門培訓(xùn),對部件樣品進(jìn)行焊接測試,選取合適的焊接方法,從而確保鍋爐制造和安裝環(huán)節(jié)不出差錯。在具體的鍋爐焊接過程中,焊接技術(shù)人員要準(zhǔn)確把握鍋爐部件尺寸,有效控制焊接質(zhì)量,特別是對焊接的速度、電流等參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)試,有效避免虛焊問題。另外,鍋爐在實(shí)際運(yùn)行中使用的并非純凈水,鍋爐設(shè)計(jì)、制造和安裝人員要對鍋爐運(yùn)行使用的水質(zhì)進(jìn)行查驗(yàn),綜合考慮不同水質(zhì)對鍋爐內(nèi)壁的腐蝕程度,認(rèn)真對待鍋爐材質(zhì)的選擇和鍋爐焊接的全流程,從焊接質(zhì)量層面確保鍋爐的安全運(yùn)行水平。
不僅是鍋爐本體,在鍋爐設(shè)計(jì)、制造和安裝過程中,人們還要關(guān)注鍋爐安裝基礎(chǔ)的構(gòu)筑。在鍋爐設(shè)計(jì)過程中,要充分考慮鍋爐安裝的地面條件、基礎(chǔ)承重能力。對于鍋爐安裝基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、構(gòu)筑質(zhì)量等重要指標(biāo),要進(jìn)行嚴(yán)格檢查和驗(yàn)收,確保鍋爐基礎(chǔ)符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。人們要做好施工過程管理,做好施工記錄,對隱蔽工程和重要環(huán)節(jié)進(jìn)行驗(yàn)收和記錄。對于檢查驗(yàn)收中發(fā)現(xiàn)的問題,特別是檢測結(jié)果與設(shè)計(jì)指標(biāo)不符的情況,要及時記錄和通報,盡快完成修復(fù),從而確保鍋爐安裝質(zhì)量和運(yùn)行安全。鍋爐設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用各方要加強(qiáng)在施工現(xiàn)場的協(xié)調(diào)配合。只有相關(guān)各方協(xié)調(diào)配合,才能夠組織有效的設(shè)備調(diào)試,對圖紙中存在的問題進(jìn)行澄清,及時調(diào)整設(shè)備安裝、試運(yùn)行中存在的問題,對施工現(xiàn)場發(fā)生的設(shè)計(jì)變更進(jìn)行會商,從而有效解決鍋爐設(shè)計(jì)、制造與安裝過程中遇到的問題。這就需要鍋爐制造企業(yè)在鍋爐安裝現(xiàn)場派駐工地代表,工地代表作為鍋爐制造企業(yè)在施工現(xiàn)場的代理人,應(yīng)當(dāng)掌握鍋爐安裝的進(jìn)度,檢查鍋爐安裝質(zhì)量,及時協(xié)調(diào)解決鍋爐在安裝過程中出現(xiàn)的技術(shù)問題。
鍋爐設(shè)計(jì)方面,要結(jié)合新技術(shù)、新理念加以創(chuàng)新,提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。通過設(shè)計(jì)優(yōu)化,人們可以提前規(guī)避鍋爐制造、安裝和使用過程中可能存在的問題,避免設(shè)計(jì)不當(dāng)導(dǎo)致的安全隱患和使用故障。在鍋爐設(shè)計(jì)過程中,要關(guān)注鍋爐強(qiáng)度的設(shè)計(jì)。做好鍋爐強(qiáng)度設(shè)計(jì),能夠提高鍋爐整體的荷載抗性,增強(qiáng)應(yīng)對結(jié)構(gòu)斷裂的能力。鍋爐的承壓特性要求鍋爐材質(zhì)不應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體屈服的現(xiàn)象。鍋爐強(qiáng)度設(shè)計(jì)要以鍋爐使用材料的安全系數(shù)和強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值作為依據(jù),這些經(jīng)過行業(yè)專家測定的數(shù)值具有科學(xué)性,是鍋爐強(qiáng)度設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)鍋爐精確設(shè)計(jì),鍋爐設(shè)計(jì)行業(yè)要加強(qiáng)信息化創(chuàng)新。自動化、信息化技術(shù)的應(yīng)用能夠有效提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。在應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件開展鍋爐設(shè)計(jì)的過程中,要結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)踐,對設(shè)計(jì)理論和算法進(jìn)行創(chuàng)新和發(fā)展。計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用,不僅能夠?qū)崿F(xiàn)重要參數(shù)采集、確定的自動化,還能夠完成二維平面圖紙向三維立體圖紙的轉(zhuǎn)化,進(jìn)一步改善鍋爐設(shè)計(jì)方案的直觀感受,提高鍋爐制造和安裝實(shí)踐的質(zhì)量和效率。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,鍋爐設(shè)計(jì)人員可以通過計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對鍋爐設(shè)計(jì)方案的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行仿真模擬,盡早發(fā)現(xiàn)鍋爐在制造、安裝和使用過程中存在的問題,提高鍋爐產(chǎn)品整體的安全性和競爭力。鍋爐設(shè)計(jì)仿真能夠有效規(guī)避鍋爐的低負(fù)荷運(yùn)行,避免鍋爐“大馬拉小車”導(dǎo)致的能效浪費(fèi),針對使用需求進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化,確保鍋爐在實(shí)際使用時能夠在較高負(fù)荷的狀態(tài)下高效運(yùn)行。
3 結(jié)語
作為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和社會生活保障的重要設(shè)備,鍋爐的運(yùn)行效率和使用安全受到了社會和行業(yè)的高度關(guān)注。本文分析了鍋爐設(shè)計(jì)、制造和安裝過程中存在的問題,并提出相應(yīng)對策,希望能夠?yàn)殄仩t設(shè)計(jì)、制造和安裝行業(yè)的研究與實(shí)踐提供參考。鍋爐行業(yè)從設(shè)計(jì)到制造、從安裝到使用構(gòu)成了一個系統(tǒng)工程,具有較高的復(fù)雜度。這就需要鍋爐設(shè)計(jì)行業(yè)提高信息化水平,通過計(jì)算機(jī)技術(shù)對鍋爐的安全性和運(yùn)行強(qiáng)度進(jìn)行全面的分析,提高鍋爐制造的工藝水平和質(zhì)量,優(yōu)化鍋爐安裝程序,提高鍋爐安裝效率,確保鍋爐使用過程的安全性與可靠性。
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