鼓风炉汽化冷却系统常见事故原因分析及控制

张伟旗

(江西铜业集团铜材有限公司， 江西 贵溪 335424)

鼓风炉汽化冷却系统常见事故原因分析及控制

张伟旗

(江西铜业集团铜材有限公司， 江西 贵溪 335424)

经过长期生产实践的探索，成功地解决了鼓风炉汽化冷却系统常见事故成为制约生产的技术“瓶颈”。通过分析常见事故影响因素及危害，提出了针对性的处理及其控制措施，可保证系统的长期稳定顺行，达到安全高效、节能降耗、优质高产、提高经济效益之目的。

汽化冷却系统； 安全高效； 节能降耗； 经济效益

密闭鼓风炉熔炼是我国生产冰铜的重要方法之一。据统计,目前我国粗铜产量的三分之一左右由密闭鼓风炉流程产出[1]。它是铜火法冶炼中的主要生产工序，是一个非常复杂的高温、多相的物理化学变化过程，其熔炼过程操作参数皆由生产操作人员凭经验确定，难以实现生产过程的持续稳定运行，炉况波动大，故障多，造成工艺指标波动较大，影响铜的产能和质量。因此，为保持鼓风炉炉况的稳定，避免故障发生，应进一步探讨与研究其汽化冷却系统常见故障诊断方法与技术，以期提高其生产效率，达到安全生产、节能降耗、优质高产的目的[2]。

1 主要结构组成

该系统主要由汽包、汽化冷却水套和软化水系统三大部分组成。其中鼓风炉汽包是鼓风炉蒸发设备中的主要部件，由厚锅炉钢板制成。它是一个汇集炉水和饱和蒸汽的圆筒形容器，能起储存水和汽的作用。其容积设计是否合理，要视蒸汽产量的大小而定，对鼓风炉的安全运行，起着十分重要的作用[3]。鼓风炉用水套通常可分为汽化冷却式和水冷式。汽化冷却水套由于冷却效率高，用水省，可充分利用余热，水套寿命长，操作简便等，故应用十分广泛。而设计采用软化水系统，预先对水进行处理，主要是由于因天然水、工业废水中含杂质较多，如氢、氧、一氧化碳、钙镁等各种盐类。当汽化水套引入该水时，钙镁各种盐类分解、沉淀后，会产生致密的水垢，冷却效率低，极易腐蚀设备，甚至发生安全事故。

2 水垢危害及水质处理

2.1 锅炉用水水质标准

锅炉用水包括给水和炉水。其主要控制指标有：(1)悬浮物：若直接入锅，会使炉水中有机物增加，起泡沫，造成汽水共腾，限制其主要是防止对交换器的污染，可通过沉淀和过滤的方法去除；(2)总硬度：分为暂时硬度和永久硬度两大类。控制给水硬度就能控制结构速度；(3)总碱度：由火碱氢氧化钠、纯碱碳酸钠和苏打碳酸氢钠的含量决定的；(4)pH值：炉水的该值应控制在10～12为宜，此条件下金属表面会生成四氧化三铁保护膜，防止钢板腐蚀；含油量、溶解氧等；(5)溶解固形物(含盐量)：会随炉水的蒸发而浓缩，将增大锅炉的排污率；(6)相对碱度：过大会造成晶间腐蚀或碱性腐蚀又称苛性脆化，使钢材产生细微裂纹；(7)含油量：大量油脂会造成汽水共腾，污染蒸汽；(8)溶解氧(含氧量：它会导致锅炉的氧化腐蚀，应进行除氧。

2.2 锅炉用水杂质分类

锅炉用水是经过化学处理后合格的软化水，其最初来源均为天然水。天然水一般可分为地表水和地下水两大类。雨、雪等空降的天然水较纯净，硬度小；江河湖泊水中悬浮物较多；海水中溶解盐多；地下水一般不含悬浮物和有机盐，但含钙盐、镁盐等多。天然水中所含杂质主要有：

固体溶解物是产生水垢的主要成分。其主要有碳酸氢钠、硫酸钙、硅酸钙、氯化钙等钙盐；碳酸氢镁、硫酸镁、硅酸镁等镁盐；碳酸氢钠、氯化钠、硫酸钠等钠盐；氢氧化亚铁、二氧化硅等。

常见悬浮物主要有泥沙、动植物残体、油污、大颗粒无机物及有机物，能与锅炉中的沉淀物相混合，易生成水垢。

胶状体杂质是指颗粒度为10-4～10-6mm的杂质，主要有铁、铝、硅的氢氧化物及动植物残体等形成的胶状物质。气体溶解物主要有氧气和二氧化碳等，能腐蚀金属。油类极易粘积于锅炉内部的金属表面上，会产生油泥水垢，恶化蒸汽的品质。

2.3 水垢影响因素及危害

2.3.1 水垢种类

水垢可分为积结于受热面上的坚硬或松软水垢和沉积在锅炉下部的泥垢。其主要种类有碳酸盐水垢、硫酸盐水垢、硅酸盐水垢、混合水垢和泥垢等。锅炉运行过程中，若含钙镁盐类的锅炉用水，其水质未经处理或处理后不达标，水中的杂质极易在锅内金属表面上，形成固体附着物即水垢。

2.3.2 水垢成因

溶解于水中的钙镁盐类在水被加热的过程中发生化学反应，生成难溶于水的物质沉淀下来，如：碳酸氢钙和碳酸氢镁遇热后，分解为难溶的碳酸钙和氢氧化镁沉淀物。

锅炉在连续给水、蒸发过程中，纯净的水变为蒸汽由锅炉送出，将给水中所含的盐类留在炉内，随着炉水的蒸发，水中的盐类将逐渐被浓缩，超过其饱和浓度后沉淀析出；不同盐类在炉水中相互作用，产生难溶解的化合物而形成水垢。

以上过程产生的沉淀物，若炉水碱度较高pH≥10且在沸腾状态，会形成疏松的水渣，随排污而出；若炉水碱度较高pH≤10，则沉淀物将紧密地粘附在受热强度较大的受热面上，从而形成水垢。

2.3.3 水垢危害

锅炉受热面内部，无论是积存何种性质和任何厚度的水垢，对锅炉的安全经济运行危害极大，主要表现为浪费燃料，提高排烟温度，降低热效率，增加锅炉的煤耗；降低受热面金属的强度，易导致受热面的蠕变变形、裂纹，甚至引起爆管、爆炸等重大事故；降低设备利用率，清除其需要耗费大量的人力、物力，锅炉垢下腐蚀和氧腐蚀易缩短其使用寿命，最终导致锅炉报废；污染蒸汽品质，使蒸汽恶化，严重时产生汽水共腾，甚至导致过热器爆裂、损坏等。

2.4 锅炉用水水质处理

锅炉用水的水质处理方法很多，最普遍的是采用阳离子交换树脂的离子交换法。该水质处理工艺流程为：工业用水→全自动软水装置(一用一备)→软化水箱→锅炉给水泵(一用一备)→锅炉汽包。

3 事故分类原因及总原则

其锅炉事故是指锅炉在运行或试运行时，锅炉汽包本体、炉体水套、主蒸汽道或构架、附件、附属设备发生故障或损坏，造成设备损坏、人身伤亡，或其中之一损失，造成锅炉被迫停产或减少供汽量的事件。

3.1 锅炉事故分类

锅炉事故可分爆炸事故、重大事故、一般事故三大类。其中，爆炸事故是指锅炉使用中或试压时破裂，使锅炉压力瞬间降到等于外界大气压力的事故；重大事故是指锅炉受压部件严重损坏，烟气爆炸引起的炉墙倒塌，附件损坏或钢架变形等重大损坏而被迫停炉大修的事故；而一般事故则是指损坏程度不严重，勿需被迫停炉修理的事故。

3.2 锅炉事故主因

通常，由于操作维修人员责任心不强或擅自离岗，未严格按安全操作技术规程对运行情况及时调整、监督等引起的。具体有：未及时点检、检修锅炉系统机电仪设备隐患或故障，或检修人员检修前后，未严格执行施工联络制度，引起被迫停炉事故；锅炉水位控制不当，造成锅炉缺水或满水事故；水质管理不善，锅炉受热面结垢太多，破坏水循环；炉水碱度、油脂含量过高，产生汽水共腾；锅炉积灰严重，破坏热传递，导致锅炉爆管等事故；误操作如：锅炉正常运行时，未见水位却马上进水，或误把缺水当满水大量排水，排污后未关闭污阀等；操作人员不熟悉系统或作业时图省事，不按操作规程作业；有的锅炉安全附件已失灵，造成对锅炉实际运行状况了解失真等。

3.3 事故处理总原则

处理锅炉事故要格外谨慎小心，冷静细致，一要安全；二要力求做到“稳、准、快”；三不误操作，避免使事态扩大；四要及时做好相关详细记录。总之，事故对设备危害大，应尽量加以避免，做到以防为主。

4 常见事故分析及其控制

4.1 锅炉汽包满水事故

锅炉运行中，水位超过最高安全水位线700 mm时的现象。其分为两种：锅炉轻微满水事故和严重满水事故。锅炉发生满水事故时，可通过“叫水法”进行甄别。

其主要表现为汽包水位表发出高水位报警信号；汽包现场水位表水位>水位上极限即700 mm或看不见水位；蒸汽含水量大，流量下降，蒸汽温度下降；给水量不正常>蒸汽量；严重满水时，蒸汽管道内发生水冲击，引起管道剧烈振动，法兰接口处冒蒸汽。其主因是：误操作或水位监视不够，锅炉在手动给水时，未及时监视水位变化；水位表安装不合理或水位表各汽、水连管、阀门堵塞；水位检测器、报警仪器失灵；给水压力突然升高或给水调节阀失灵、渗漏等。

发生锅炉汽包满水事故时，应立即用“叫水法”来确定满水程度。若炉水已全部充满水位表，在“叫水”时，只看到水向下流，而水位却没有下降，表明严重满水，应紧急停炉，关闭给水阀，打开定期排污阀让锅炉放水，必须严密监视汽包水位表；当水位表中出现水位且降到正常水位时，立即关闭定期排污阀；若水位表还可看到水位，表明轻微满水，则应减少给水量或停止给水，相应地降低鼓风炉送风量，必要时可开启定期排污阀，放出少量炉水，使水位降到正常水位线，然后恢复正常运行。

4.2 锅炉汽包缺水事故

锅炉运行过程中，水位表所指示水位低于最低安全水位线即200 mm时的现象。它分为两种：锅炉缺水后，通过“叫水法”叫水，汽包水能重新出现的，叫锅炉轻微缺水事故，反之称为严重缺水事故。

其主要表现为汽包现场水位表低于最低安全水位，或看不见水位；虽有水位但水位不波动，实际上是假水位；发出低水位报警信号。其主因是：操作人员责任心不强，工作不认真，业务水平低，误判断、误操作；水位表(含仪表)失灵引起缺水；给水系统故障如：给水自动调节阀失灵、给水阀或止回阀失灵、给水泵故障、给水系统管道破裂或大量泄漏等；软水箱缺水；定期排污时,未及时联络，或定期排污阀未关闭等。

锅炉发生缺水事故时，应立即用“叫水法”来确定缺水程度。若通过“叫水”，水位表仍可看见水位，则为轻微缺水事故，应立即且谨慎地开打锅炉进水阀门等；若通过“叫水”水位表看不见水位，为严重缺水事故，必须立即停炉，此时若循环量正常，可谨慎地开大锅炉进水阀门向汽包进水，恢复汽包正常水位；如循环量<2 t最小值，则应关闭进水阀，绝不允许向锅炉进水。经确认，锅炉通过自然冷却且冷却足够时，可在现场缓慢向汽包补充水，全面检查锅炉各部分无异常后，方可恢复运行。

4.3 汽水共腾事故

锅炉汽包内炉水与蒸汽共同升腾，产生泡沫，水位剧烈波动，汽水界限模糊不清，使蒸汽大量带水的现象。其主因是：炉水含盐量过高，碱度过大，悬浮物过多；锅炉负荷增加过急或送汽时开主蒸汽阀过猛、过快使蒸汽大量溢出；锅炉严重超负荷运行或突然严重渗漏；锅炉给水含油脂超标等。

一旦发生汽水共腾事故，应采取低风量生产，关小主蒸汽阀，减少锅炉蒸发量，使锅炉低水位运行；完全开启锅炉连续排污阀，且开启锅炉汽包定期排污阀，同时加强给水以逐渐换水，改善锅炉水质量，注意保持正常水位；通知化验员进行炉水质量化验、监督，且增加对炉水的分析次数，以指导换水工作，待炉水质量合格后，方可恢复正常负荷及操作；水位未稳定、锅水质量未合格前，不可增加负荷及减少排污量；故障消除后，应冲洗水位表；汽水共腾时，致使蒸汽大量带水，严重时会发生水冲击现象，此时应加强蒸汽管道的疏水工作；若以上努力仍然未果，应采取停炉检查措施。

4.4 虚假水位

锅炉负荷剧烈变化时，水位表水位暂时表现不出正常水位的情况，如：负荷突然增加很多时，蒸汽量不能很快跟上，造成汽压下降，汽包内的汽、水两项压力不平衡，而出现水位先上升、再下降的现象；反之，负荷突然降低很多时，水位会出现先下降、再上升的现象。该水位则是虚假水位或暂时水位。导致该现象的状况有：锅炉负荷突然出现剧烈变化时；高温烟气工况出现急剧变化时；快速开启主蒸汽阀时等。

锅炉出现虚假水位时，为防止锅炉负荷继续产生急骤变化，应采取得力措施：汽包水位先升后降时，应立即将锅炉给水调节阀手动控制，且调整给水流量较事故前稍高，防止因虚假水位后出现缺水事故；汽包水位先降后时升，应立即将锅炉给水调节阀手动控制，且调整给水流量较事故前稍低，防止因虚假水位后出现满水事故；应立即派人到现场确认汽包水位，并冲洗水位表。

4.5 水套泄漏、爆裂事故

该事故主要表现为锅炉产汽量异常减少，事故不太严重时，可听到汽或水喷出声，严重时，爆破声明显；鼓风炉出口烟气负压减少，严重时变为正压且从加料门向外喷出烟气和蒸汽；锅炉汽包水位下降，蒸汽压力与给水压力降低，给水流量不正常>蒸汽流量；鼓风炉排烟温度降低；引风机负荷增大，电流增高；循环流量不正常增大等。其主因是：(1)生产工艺造成受热面腐蚀且减薄，或加料控制不严，致使料面燃烧偏斜向泄漏侧，该侧烟气中氧浓度升高，温度攀升，烟气产生剧烈氧化和高温腐蚀，受热面金属减薄速度变快，因而频繁泄漏；(2)水套加工质量如将水套内侧钢板边缘弯成圆弧时，产生机械减薄或裂纹等内部缺陷，隐患大；(3)汽化冷却水套质检不严，用前未检出裂纹缺陷，致使水套带病作业，泄漏事故多；(4)锅炉给水未达到规定要求，水质监督不严，品质不良，未按锅炉运行要求定期排污，使水冷壁结垢或腐蚀；(5)锅炉汽包严重缺水，且循环流量过低、时间较长情况下，采取误操作如：突然大量给水和增加循流量，造成水套爆裂；(6)检修时，杂物混入水套内堵塞水套，破坏水的正常循环，导致水套过热烧坏，或水套受热面受机械损坏，水套受到外伤，使水套受压强度减弱而爆裂。

必须改进鼓风炉的工艺操作管理，改善炉内较强的氧化气氛，减少过剩氧含量，改进加料系统，均衡加料，杜绝偏料，保证炉内燃烧气氛的稳定、均匀，减少局部腐蚀；改进水套的加工方法，避免弯板时产生机械减薄或裂纹等缺陷；加大备件管理和质检力度，检修中杜绝使用不合格备件，确保鼓风炉安全正常生产[4]；水套泄漏不太严重，故障不会迅速扩大时，应立即停炉且严密监视泄漏情况；若泄漏加剧，立即关闭相应的汽包下降管阀门，必须紧急停炉且启动紧急事故预案，同时做好事故相关详细记录。

4.6 水位表故障

4.6.1 水位表常见故障类型

水位表本体故障及原因：(1)水位表玻璃板破裂是：质量不好；玻璃板石棉垫压得过紧或受力不均匀；操作不当，如投入使用时，阀门开得太快，水位表得不到充分预热；(2)玻璃板内侧受炉水腐蚀，分不清水位；(3)密封面未清理干净，或水位表本体上凹凸不平缺陷，引起水位表泄漏；(4)检修完毕投入使用时，未能再次紧固螺杆，而引起水位表泄漏；(5)水位表本体阀门故障。

水位表内水位静止不动后，又逐渐升高的主因是水位表阀门或水连管内因水垢、杂物堵塞，使水位静止不动，再随水位表上部蒸汽不断凝结，使水位表水位逐渐升高。

水位表内水位高于或低于实际水位的主因是水位表的汽、水连管及阀门产生泄漏时，水位表不能真正地反映锅炉的实际水位。

水位表形成假水位的主因是汽连通阀未打开、堵塞或泄漏；汽连管内积聚污物；水连通阀门或排水阀门泄漏；炉水含碱度大，引起汽水共腾等。

4.6.2 水位表故障处理及预防

水位表玻璃板破裂故障后，应立即关闭水位表汽、水连管阀门，通知检修人员进行更换；水位表出现假水位时，应及时冲洗，若反复冲洗后仍无效时，应通知检修人员作进一步处理；水位表各阀门出现泄漏、失灵时，应及时处理或更换；当水位表玻璃板模糊不清或泄漏时，必须及时进行更换。

加强预防工作，如定期点检水位表，且与现场其它水位表及控制水位表校对误差；每班按标准化作业，至少冲洗水位表两次；检修水位表时，要清理干净密封面，紧固水位表螺杆时，要对称、均匀进行，投入使用后要再次紧固螺杆；水位表投入时，必须充分预热，确认水位表各阀门位置是否正确。水位表故障停用时，必须及时进行检修。

4.7 循环泵故障

(1)泵不上水：泵出水量减少或扬程降低：电机转速降低；水中有空气或水汽化；吸水侧阻力增大；叶轮或吸水管有杂物；叶轮密封环损坏或泵轴封处大量漏水；(2)水泵或吸水管未排尽空气，或启动后漏入空气；进水口滤网堵塞；吸水管或泵壳泄漏，抽真空不良或吸水管阻力过大；水泵反转或转速太慢等；(3)泵轴承过热或损坏：润滑不好，轴承缺油；轴弯曲或轴承损坏；轴承间隙太小；水泵与电机不同轴心；冷却水量太小；(4)泵振动且有异响：轴承弯曲或轴承损坏；叶轮碰外壳；泵与电机不同心；(5)泵功率消耗过大：叶轮损坏；盘根太紧；出水量过大。循环泵故障时，应立即切换备用泵，并通知点检人员及时处理。

4.8 给水系统故障应急处理

给水系统故障时，特别是故障原因复杂一时难以查清，不能马上恢复供水时，必须引起高度重视，当机立断采取措施：立即停炉；关闭定期排污阀和连续排污阀；供水系统正常时，开始供水应缓慢、谨慎进行。

5 结语

影响鼓风炉汽化冷却系统的外因很多，正确的操作、日常点检与维修以及适时调整十分重要。通过多年的生产实践，针对该系统常见故障进行分析及控制，对冷却水套、安全阀、压力表和水位计等关键备件实施重点维护保养、定期检修、及时监控、适时更新等，使该系统故障率大幅下降，已连续多年未发生较大事故，且能保证该系统安全、高效、低耗及经济稳定运行，为鼓风炉持续高产及余热回收创造了良好的条件。

[1] 贺家齐.铜密闭鼓风炉熔炼强化问题探讨[J].有色金属(冶炼部分)，1987，(5)：53-56.

[2] 唐朝晖.铅锌生产过程密闭鼓风炉故障诊断技术及应用[D].中南大学控制理论与控制工程博士学位论文.2008.

[3] 易善宇.鼓风炉汽包容积与汽包错位的设计[J].有色金属(冶炼部分)，1990，(6)：4-5.

[4] 何西民.密封鼓风炉汽化水套泄漏事故的原因分析[J].2001，(4)：29.

The Common Accident Cause Analysis and Control Measure of Vaporization Cooling System of Blast Furnace

ZHANG Wei-qi

Through exploration of production practice, the paper solves the common accident of vaporization cooling system of blast furnace which is restricting production technology bottleneck. Through the analysis of common accident’s influence and harm to the system, the paper puts forward the corresponding processing and its control measures, this can ensure long-term stable operation of the system, it can achieve safe and high efficiency, high quality and high yield, save energy and reduce consumption, improve the economic benefit.

vaporization cooling system；safety and high efficiency；saving energy and reducing consumption；economic benefits

2015-09-06

张伟旗(1965-)，男，江西余江人，高级工程师，大学本科，工学学士，主要从事有色冶金、铜加工、矿山机械、机电设备工程等技术研究工作，现为中国机械工程学会高级会员。

TP273

B

1003-8884(2015)06-0041-05