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热水锅炉结垢爆管事故的原因分析
本文通过一台14MW热水锅炉因结垢而在运行中发生爆管事故的实例,分析锅炉运行中水垢生成的机理,从而找出了锅炉爆管的真实原因。在此基础上,分析锅炉运行管理的关键因素及产生的后果,提出建设性建议,提高和改善锅炉的日常管理和运行管理,降低水质硬度和改善检修质量,提高实际的锅炉运行管理水平,预防锅炉发生类似问题。 1、前言 这台QXS14-1.25/130/70-Q热水锅炉建于1998年,并在当年投入运行。该锅炉采用双燃烧器,上下布置。工艺流程采用直供方式,即,锅炉的出水直接与用户散热器连接,散热后,通过循环泵,回到锅炉加热。该锅炉在每年冬季启用。在2003年,进行系统改造时,与现有的SZS14-1.25/130/90-Q热水锅炉并联运行,并将原来的直供方式改造为间接供暖,即锅炉出水到换热器,与用户的采暖介质换热后,通过一次网热水循环泵回到锅炉加热。在2011年1月23日,QXS14-1.25/130/70-Q热水锅炉在运行中发生了爆管事故,导致锅炉低压保护停炉。经过核实,锅炉的燃烧室与对流换热区域的结合部,第二排第二列的炉管发生爆裂,爆管位置示意图见图1。爆裂口长40cm,zui宽的位置,宽度达3cm,爆裂口部位的材质严重碳化。

爆管事故发生后,为了及时恢复供暖,采取了局部封堵措施,切除爆裂的炉管,从锅筒内直接封堵,对锅炉进行水压试验,合格后投入使用,恢复供暖工作。

爆管原因分析 发生爆管后,将发生了爆裂的炉管切除,对炉管进行分析,发现爆裂处上部的已经被水垢堵死,堵死位置位于炉管拐弯处,水垢为白色,经化验分析,主要成分是CaCO3占69.4%、MgCO3占12%,Fe2O3占7.5%。由于炉管在上部高温区域结垢,水循环不畅,在高温作用下,炉管在辐射、对流两种传热作用下,炉管内部的对流换热被破坏,炉管过热,在锅炉压力的作用下,发生了爆管。炉管结垢情况。

锅炉结垢的原理 水中的Ca2+、Mg2+的浓度总和,称为水的硬度。在锅炉监察规程中明确规定,锅炉的用水硬度≤0.03mmol/L。Ca2+、Mg2+以离子形态分布在水中;即使进行了软化处理的水,水中仍有部分硫酸根离子、碳酸氢根离子。

由于碳酸氢根离子在水中始终在进行离解,即: HCO3-←→H++CO32-(1) 尽管这个过程中,离解很微弱,但由于有(2)、(3)反应的作用,离解加强。那么,在锅炉运行中,总有生成不溶物质的条件: Ca2++CO32-→CaCO3↓(2) Mg2++CO32-→MgCO3↓(3) 在反应式(1)中,在加热条件下,水中的碳酸氢根离解加剧,反应式(1)朝着右边的速度大于朝着左边的速度,CO32-离子浓度增加,促使反应式(2)、(3)的反应速度加快,也就是在锅炉运行中,高温部位的管线内结垢必然发生。 对于这台锅炉,自身容水量约为30m3,管道与换热器容水量约为40m3,合计容水约70m3,额定循环流量为200m3/h,锅炉补水率为锅炉循环流量的1%,实际补水率为锅炉循环流量的5‰,按照实际补水率计算,锅炉在冬季供暖,运行时间为120天,那么,实际补水量为V: V=200m3/h×5‰×24h/d×120d=2880m3

那么,从锅炉注水升压到锅炉供暖结束停止运行,共计注入锅炉的软化水为2950m3。 Mg2+的原子量为24,Ca2+的原子量为40,根据水质化验结果,Mg2+硬度占2%,Ca2+硬度占98%,以此计算,在一个供暖周期中,按照zui终都生成CaCO3、MgCO3沉淀物而结成水垢,以简化计算而同时说明锅炉结垢的问题。 CaCO3的分子量为100,MgCO3的分子量为84

因此,zui终以完全结垢的情况,尽管锅炉的补水水质完全符合锅炉监察规程的要求但,软化水中在达标之后,仍然有残余硬度,锅炉运行中,补充到系统的水在持续不断的循环,残余硬度zui终都会在锅炉高温部位结垢。从计算的结果分析,这一个供暖周期中,可结垢的数量达到8.8kg,对于局部高温的炉管,这个数量已经构成威胁。 在管网状况较差的情况下,系统补水率将会上升,补水量的增加,必然导致水垢数量增加,对锅炉的危害随之增加。

这台热水锅炉,由于从1998年投用以来,由于其内部流程的特殊性,在锅炉内部设计了三段流程,通过隔板,在锅筒内分段,将水冷壁管分成三部分,形成串联流程,加长了换热流程,延长了换热时间,有效的提高锅炉的提升温度的能力。也正是这个原因,隔板的阻隔,日常管理中很难发现各炉管的实际情况,因此,在每次的年度检验中,也难于发现存在的问题,每次检验、检修中,可视部分的炉管状况都很好;而高温部分的炉管难于检查和检修;使用12年中,一直都没有进行过化学清洗,多年的积垢,在常年的运行后,zui终以堵塞炉管而发生事故。 4、锅炉运行管理的启示 锅炉作为工业生产的一种特种设备,有很全面的规范和制度,原因很简单,发生危险,产生的后果相当严重.加强管理,保证安全生产,是企业必须做好的工作。

为预防再发生类似爆管事故,结合多年的运行管理,分析和总结这起爆管事故,我们体会出一些启示,供锅炉的运行管理参考。 (1)运行中的管理,应严格执行操作规程。锅炉的操作规程明确了锅炉运行操作的具体程序,是锅炉安全运行的基本保障。操作行为满足规程的要求,锅炉运行符合自身的运行规律,就能安全运行。 
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