挠性薄管板废热锅炉安装与操作常见问题分析

齐 波 雷 飞 张合生

(天华化工机械及自动化研究设计院有限公司)

挠性薄管板废热锅炉安装与操作常见问题分析

齐 波*雷 飞 张合生

(天华化工机械及自动化研究设计院有限公司)

针对挠性薄管板废热锅炉安装、操作中遇到的耐火衬里不合格、误做外保温、更改上升下降管走向、水质不合格、水位控制不当以及操作波动过大等问题逐一进行分析讨论。

挠性薄管板废热锅炉 安装 操作

废热锅炉是化工生产过程中的重要设备。卧式火管式挠性薄管板废热锅炉(以下简称薄管板废热锅炉或废热锅炉)是目前公认的稳定性和可靠性最高的废热锅炉之一。在甲烷化、甲醇、制氢、合成氨、硫酸及硫回收等化工生产过程中，优先选用薄管板废热锅炉已逐渐成为共识。根据对进口和天华化工机械及自动化研究设计院有限公司(以下简称天华院)自行设计供货的数十套薄管板废热锅炉的跟踪调查得知，该结构的废热锅炉可平稳运行15年以上。然而，一些厂家的废热锅炉远未使用到以上年限就出现故障，导致故障的主要原因有：使用单位采购的薄管板废热锅炉存在严重的设计或制造缺陷；安装与操作失误。笔者仅就错误安装与操作失误造成的废热锅炉故障进行分析。

1 安装问题

1.1耐火衬里

废热锅炉与高温气体接触的部位一般需安装耐火衬里[1～3]作防护，以降低金属壁温。耐火衬里设置不当，会造成废热锅炉故障。

1.1.1耐火衬里硅铁超标

废热锅炉耐火衬里所选用的耐火、绝热材料对SiO2和Fe2O3的含量有严格要求，一般规定SiO2含量不超过0.5%，Fe2O3不超过0.4%。因为入废热锅炉管程的高温气体多为还原性气体，在高温还原性气体中，耐火衬里中的SiO2会气化流失，Fe2O3会和CO发生化学反应而流失。SiO2和Fe2O3的流失使衬里疏松形成空洞而失效。更严重的是，当温度降低时，SiO2会重新凝结附着在设备上，引起管路堵塞。用户在安装和更换耐火衬里时，有时会忽视这方面的要求，从而造成严重损失。

1.1.2误设耐热钢护套

在浇筑耐火衬里和维检修更换耐火衬里时，部分厂家为避免浇注料裂纹而引起的超温，在耐火衬里上设置了耐热钢护套，但该方法有其弊端，因为工艺气温度常高达800～1 000℃甚至更高，在这个温度下耐热钢护套常会与耐火衬里分离甚至断裂，断裂的钢护套压在热端管板上堵塞一部分管子，这时剩下的管子就需负担全部气流量，从而造成因热流密度过高而引起的废热锅炉故障。笔者认为，当前的耐火衬里质量已大为提升、应用范围也已拓展，仅靠耐火衬里本身即可满足设备运行要求，完全没必要另设耐热钢护套。

1.1.3施工质量欠佳

耐火衬里的施工质量对使用效果影响很大，因此必须严格控制。建议在耐火衬里施工前，参照GB 50474-2008、SH 3531-2003等标准的相关要求，制定至少不低于上述标准的施工规范并严格执行，最好请有经验的专业厂家进行施工。耐火衬里施工中常见的问题有以下几种：

a. 耐火衬里疏松、有蜂窝麻面、空洞等缺陷。此问题在非专业施工队伍中经常出现。

b. 耐火衬里养护和烘炉不到位。耐火衬里施工后，需先进行养护，在开车前应依据耐火衬里厂家提供的烘炉曲线进行烘炉；耐火衬里施工后在最终烘炉之前，需进行吊装、运输时，还应先预烘炉至表干。养护和烘炉时间不足，会造成耐火衬里强度不足，易出现裂纹等诸多质量问题。造成这一问题的多因建设单位盲目催促进度，不遵循耐火衬里施工规律，未严格按照耐火衬里养护和烘炉方案执行所致。

c. 施工或养护温度不当。施工和养护温度过低，会明显影响耐火衬里的强度趋势，温度低于0℃时会导致耐火衬里冻坏；温度过高会影响耐火衬里的凝结硬化和常温强度。耐火衬里的施工和养护环境温度在有取暖措施的厂房中一般可达到，但在施工现场则常因难以做到而被忽视。因此建议对新设备耐火衬里的浇筑工作最好在厂房内，完成后运至施工现场。更换耐火衬里时，建设单位和耐火衬里施工单位应对施工温度控制引起高度重视，依据不同环境，采取有效措施，保证耐火衬里施工和养护的温度适宜。

1.2误做外保温

由于废热锅炉的前、后管箱等部位如无特殊情况均设置了耐火衬里，此时不可做外保温。误做外保温相当危险，废热锅炉管箱的设计温度远低于工艺气温度。开车运行后，由于外保温层的存在，废热锅炉管箱外壁侧无法散热，管箱金属会很快超出设计温度。由于外保温层的包覆，金属超温后不易立即发现，往往在管箱变形鼓包后才被发现。处理稍不及时，则非常容易造成泄漏甚至设备爆炸等重大事故。为防止这一情况的发生，建议设计单位均在供货的废热锅炉管箱明显处标注“此处不做外保温”等警示文字。

1.3更改上升下降管走向

废热锅炉的换热管热负荷往往很大，为防止换热管温度过高，必须保证有连续的水膜冲刷管壁及时带走热量。这就需要废热锅炉系统有良好的水循环，保证其水循环倍率在一定的范围内。废热锅炉一般采用自然循环，即依靠上升管和下降管中水的重度差实现循环。废热锅炉的水循环需由专业人员综合考虑废热锅炉系统中的废热锅炉、汽包、上升管、下降管等设备或部件，反复核算调整后确定。用户更改上升、下降管走向后，会改变废热锅炉系统中的各项阻力，从而改变废热锅炉的水循环[4，5]。当实际水循环倍率超出一定范围后，会导致换热管管壁和管板超温过热甚至爆管，从而影响废热锅炉的安全正常运行。

2 操作问题

2.1改变操作工况

随着行业水平的提升，超负荷、超压、超温运行的情况现已很少出现。但降压、降温、降负荷使用却时有发生。由于废热锅炉的设计远比一般换热器复杂，涉及管板应力分析、热负荷计算、水循环计算、高温腐蚀以及露点腐蚀等各方面的问题。即便降压、降温、降负荷使用也会出现各种问题。如某些工况下，降负荷使用会导致出口温度过低而发生露点腐蚀；某些情况下会因蒸汽侧降温、降压造成管板应力变化等问题。因此如需改变操作工况，应提前通知专业厂家进行核算，确认设备能够在此工况下运行后再做更改。

2.2水质问题

废热锅炉对水质要求较高[6，7]。水质不良会导致废热锅炉结垢、腐蚀及品质恶化等一系列问题，严重时可造成腐蚀穿孔甚至过热爆管等事故。废热锅炉水质不合格造成的影响主要有：

a. 结垢。水质不良时，常会导致废热锅炉传热面上形成一层坚硬而致密的水垢层。水垢层形成后，使管壁温度升高，结垢严重时会造成超温爆管。积垢严重时，大量的结垢或垢层脱落的沉积物会造成循环回路阻力增大，严重时会堵塞流道，引起因水循环不良而导致的事故。此外，废热锅炉水侧沉积的水垢还会造成垢下腐蚀。

b. 影响蒸汽品质。水质不良，会使废热锅炉产生的蒸汽中水含量增加，并会携带杂质，影响蒸汽的品质。如所产蒸汽用于透平，蒸汽中携带的硅酸类杂质及其他杂质会在蒸汽通过的各个部位沉积(在过热器、透平等设备上形成垢层)从而产生诸多不利影响。

2.3水位控制不当

2.3.1上水速度过快

上水速度过快，尤其是在低水位时大量上水，易在短时间内出现换热管周边的水为未饱和水，即“欠焓”现象。欠焓现象会导致换热面传热工况瞬间恶化，不但会在短时间内出现工艺气出口温度急剧上升，不利于后续工艺生产，而且会对设备产生热冲击。热冲击对设备影响很大，严重时会直接导致废热锅炉坏损。

2.3.2干锅

干锅是指部分或全部换热管周围已无水，处于“干烧”状态，它会导致废热锅炉管板和换热管温度急剧升高，很容易造成换热管和管板坏损。因此，干锅在操作中严禁出现。但在实际生产过程中却时有发生，发生干锅的主要原因有备用供水泵出现故障未及时更换、排污不当、自动上水控制调节系统失灵以及操作人员疏忽大意等。这一情况在缺乏生产经验的用户中较常见。

更严重的是，发生干锅后没经验的操作人员往往会采取立即往汽包内加水的处理方法。干锅后应紧急停车，绝对禁止向汽包内注水，否则进水后换热管和管板会由于激冷而产生很大的热冲击而破裂。同时会大量产生蒸汽，压力猛涨，严重时会发生爆炸事故。

2.4操作波动过大

在开、停车及调整废热锅炉产气压力时，应注意缓慢调整废热锅炉产汽侧的压力，并注意控制上水速度。产汽侧压力上升过快或上水速度过快，易出现“欠焓”现象。产汽侧压力下降过快，容易造成剧烈蒸发。“欠焓”和短时间剧烈蒸发均会对设备产生热冲击，严重时会直接导致设备坏损。

3 结束语

废热锅炉的安装、运行有自身的规律和特点，为保证废热锅炉长周期安全运行，除需废热锅炉的设计、制造者不断努力，还需废热锅炉的使用者对此设备给予高度重视，充分了解废热锅炉的特点和运行规律。目前有很多废热锅炉的故障是由于错误安装和操作失误造成的，这需要各生产厂家在废热锅炉设备安装时选择正规的、有经验的安装队伍，同时严格按照总设计方和专业厂家提供的安装说明规范安装；在生产运行时，提高对废热锅炉操作的重视程度，积极与专业厂家合作，规范并严格执行操作规程，提高操作人员的素质。

[1] GB 50474-2008，隔热耐磨衬里技术规范[S].北京：中国计划出版社，2008.

[2] SH 3531-2003，隔热耐磨衬里技术规范[S].北京：中国石化出版社，2004.

[3] 古大田，方子风.废热锅炉[M].北京：化学工业出版社，2002:330～338.

[4] 安连想，雷飞，孟繁然，等.新型结构的废热锅炉在甲烷化装置中的应用[J].化工设备与管道，2015，52(5):29～31.

[5] 袁绍华，蔡武昌.废热锅炉技术问答[M].北京：化学工业出版社，2008:34～38.

[6] 冯殿义，李晓东.废热锅炉维修手册[M].北京：化学工业出版社，2009:107～118.

[7] 沈文朋，王蓉，张合生，等.废热锅炉换热管爆管事故分析及防止措施[J].化工机械，2014，41(5): 254～256.

(Continued from Page 389)

tubes. Basing on temperature field, velocity field and CaSO4concentration field and the fouling model simulated, the CaSO4scale deposition rate, erosion rate, net deposition rate and fouling resistance’s variation with time were calculated. Analysis results show that, rise of CaSO4concentration can increase fouling’s mass deposition rate and denudation rate and resistance; the bigger pitch of square spiral tube can reduce tube fouling’s mass deposition rate and denudation rate and resistance; and increase of inlet velocity can decrease fouling’s mass rate and resistance in the tube. Analyzing the variation trend of dirt’s net deposition rate in spiral tubes with different pitches indicates that in a certain stage, the fouling rate in the tube is negative, and that is to say the square spiral tube has a certain anti-scale effect in a certain time. Smaller CaSO4concentration and bigger pitch of the square screw tube as well as higher inlet velocity can bring about better scale inhibition effect.

square spiral tube, crystallization fouling, fouling resistance, numerical calculation

*齐 波，男，1983年7月生，工程师。甘肃省兰州市，730060。

TQ054

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0254-6094(2016)03-0407-03

2015-12-03，

2016-03-07)