工业锅炉烟管泄漏成因分析及预防措施

陈　林（福建省锅炉压力容器检验研究院）



工业锅炉烟管泄漏成因分析及预防措施

陈林（福建省锅炉压力容器检验研究院）

锅炉烟管因变形、穿孔发生泄漏，本文通过对该锅炉烟管失效的实际情况和以往的运行状况，分析其发生的原因，并提出了相应的预防措施。

锅炉；变形；穿孔；泄漏；预防措施

DZG型蒸汽锅炉是单锅筒纵置式固定炉排锅壳锅炉，该型号锅炉操作简便，升温升压快，热效率高，因而使用比较广泛，普遍用于印染等加工行业，近些年，我们在锅炉定期检验时发现，该型号锅炉烟管泄漏事故时有发生，本文针对该型号一台锅炉的烟管失效事故进行研究，对工业锅炉运行、管理等方面应注意的问题进行探讨，提出一些有效的预防措施。

1　检验及分析

某洗涤厂 1台型号为DZG2-1.25-AⅡ的燃煤锅炉于2015年11月因烟管变形严重及泄漏事故导致工厂停厂，该锅炉的主要技术参数为：额定蒸汽压力：1.25MPa，额定出力：2t/h，出口温度：193℃，烟管尺寸为：φ63.5×3.5mm，三回程固定炉排，检查现场运行燃料主要以木屑，谷糠为主，运行记录不全，现场管理混乱。内部检验时发现：

（1）高温区最上两排烟管存在直管段弯曲变形，最大变形量为80mm，锅筒内壁上有多条低水位线（如图1），检查其水位自动控制装置为失灵状态。

图1　锅筒内壁低水位线及变形烟管

（2）烟管在后管板高温区侧第一排第2、5根，第二排第3、5、6，第四排第3根存在烟管局部穿孔，穿孔面积最大约10mm×20mm（如图2所示）穿孔大部分集中在靠近出烟口处的烟管上（如图3所示）。

图2　烟管穿孔位置

图3　烟气流动方向及磨损位置

2　变形及穿孔原因分析

2.1烟管变形原因分析

该锅炉为全天24h连续运转，水位自动控制装置失灵，仅凭司炉工手动补水无法保证水位的正常，从锅筒内壁水位线痕迹分析锅炉运行时时有缺水现象发生，司炉工操作不规范，制度不健全。锅炉在正常运行状况下，烟管与锅筒两者都会有一定的伸长，壁温差在设计允许的温度条件下，管板在弹性范围内允许其一定的伸长能力，烟管不会有可见的塑性变形。因此在低温侧烟管与锅筒壁温温差较小，不易发生变形。针对此台型号的锅炉，锅筒长L=4000mm，壁厚16mm，外径1800mm，材质Q345R，烟管尺寸为：φ63.5×3.5mm，烟管材质20G，锅筒壁温193℃，烟气温度 750℃，高温区上排烟管因缺水温度升高，全长平均温度取 500℃，进水温度取20℃，经查表锅筒与烟管材料线膨胀系数a=1.05×10-5C-1，计算低水位时高温烟管伸长量与锅筒伸长量分别为：

锅筒伸长量△L筒=aL（t2-t1）=1.05×10-5×4000×（194-20）= 7.31mm

烟管伸长量△L管=aL（t2′-t1）=1.05×10-5×4000×（500-20）= 20.16mm

△L管-△L筒=20.16-7.31=12.85mm

式中：a——线膨胀系数；

L——烟管长度；

t2——锅筒壁温；

t2′——高温区第一排烟管平均壁温；

t1——进水温度。

该烟管若超温伸长量超出锅管本身的伸长量，当无法利用管板的呼吸空间伸长，多余的长度只有通过弯曲变形来释放，受高温烟气加热的烟管因得不到锅炉水的可靠冷却，管壁超温，产生过量的线膨胀，在两端管板的限制下产生塑性变形，经反复多次缺水，膨胀产生轴向力致使烟管的变形量愈来愈大。

2.2烟管穿孔原因分析

将磨损穿孔附近的烟管切割一段观察，其内壁表面光亮圆滑，在圆柱形的管壁内侧出现平整的平面，经厚度检测，在穿孔磨损附近的平面处检测壁厚明显减薄，最小值为1.5mm（如图4所示）。进入炉膛内部及烟箱检查时发现大量积灰。

图4　烟管内表面磨损简图

（1）进行光谱分析，切割下的减薄烟管材料成分光谱分析如表1所示，所抽查材料成分等同于20G，材质未见明显异常，由此判定该变形及穿孔跟材质劣化无关。

表1　烟管光谱分析材料成分表

（2）燃烧情况进行分析，检查现场燃料以木屑、谷糠为主，其发热值达不到设计中使用的燃煤值，从锅炉检查门烧焦情况可判断该锅炉为满足生产需求超负荷运行，当燃料热值无法满足时必须则加大风量，炉膛内部处于正压燃烧，导致烟气量过大，流速过快，更多的飞灰颗粒及不完全燃烧的碳粒随着高速烟气通过受热面时，与壁管发生撞击摩擦，飞灰颗粒经过高温区烟管后在出烟口处需做90°的转弯，大部分颗粒尤其是磨损性强的粗颗粒，在离心力的作用下被抛向外侧使这里的飞灰浓度增高。当飞灰颗粒撞击受热面时，受热面表面会出现微小凹坑，当撞击力超过其强度极限或频繁撞击后，表面薄层会出现破坏脱落现象，形成撞击磨损，烟速越高，灰料越大，对管壁的撞击力就超大，烟气携带的灰粒越多，撞击的次数就越多，最终导致穿孔。由于烟气通过前烟箱后有一定的缓冲，烟速减慢，灰粒减少，所以在第三回程烟管内壁磨损明显减少，也未见穿孔现象。

（3）管理情况分析：锅炉在使用过程中应按操作说明书定期清理炉膛、烟箱及烟管受热面，从检验时发现，炉膛及烟箱内大量积灰，占用烟箱及烟管内通道空间，烟气通过时偏流向未堵塞侧从而导致烟气在烟管中的流通速度加大，造成单侧局部磨损的可能性就增大。锅炉受热面的磨损关系式如下：

式中：E——磨损量；

f1——灰粒特性系数；

f2——受热布置型式及冲刷方式系数；

C——飞灰浓度；

V——烟气流速。

从公式可以看出，灰粒磨损情况与灰粒的特性、受热面结构及布置、烟气流速都存在一定的关系，较大较硬的灰粒造成的磨损也较严重，受热面管子的布置方式，如错列，顺列；横向，纵向，斜向节距均对磨损有影响。当燃料和受热面结构型式固定时，其磨损量与飞灰浓度的一次方成正比，与烟气流速的3.5次方成正比，可见影响烟管磨损的首要因素是烟气流速，其次才是飞灰浓度，所以炉膛及烟箱内大量积灰可大大增加磨损速度导致穿孔。

2.3分析小结

从光谱元素含量来看，该台锅炉烟管材质在金属组织结构和成分上均符合要求，不存在过烧或劣化等迹象，造成变形及穿孔的主要原因有三条：①未按锅炉使用说明进行定期保养，水位联锁保护装置未能起到作用导致锅炉不定期处于缺水运行状况，加大了高温区上排烟管的塑性变形；②用户擅自改变锅炉的燃料，将燃料设计的燃煤改为木屑及谷糠，为满足生产需求超负荷燃烧，飞灰颗粒及不充分燃烧的碳粒对烟管内壁造成磨损；③管理不到位，操作人员责任心不强，相关规章制度不健全，锅炉在运行当中没有按照锅炉使用说明书的要求进行定期清灰，造成烟管流通面积减小，烟气流通速度增大，大大的加剧了烟管的磨损最终导致烟管穿孔。

3　解决方案及相关预防措施

针对上述锅炉运行中出现的问题以及事故原因分析得出的结果，对该锅炉运行中出现的问题提出以下几点方案及措施：

3.1解决方案

①该烟管变形量超过其直径或穿孔，需进行更换修理，用户应请有资质的维修单位按照相关法律、法规的要求进行更换，根据《锅炉安全技术监察规程》规定，当受热面管子更换数量大于该受热面管子的10%并且不少于10根时更换前还应报当地检验机构进行监检，维修结果必须经当地检验机构监检合格后方可重新投入使用；②更换燃料，使用锅炉设计时的燃煤燃料，在未经设计单位同意的基础上不得擅自更改锅炉的燃料。

3.2预防措施

①定期保养锅炉，锅炉的保护装置更应定期检查其可靠性；②加强锅炉的运行管理，及时清理炉膛及烟箱内的积灰，加大操作人员的管理，增强责任心，确保锅炉可靠、高效的运行；③为了确保锅炉的安全连续运行及良好经济效益，不允许锅炉处于超负荷运行。

4　结论

本文对某燃煤工业锅炉烟管出现变形，穿孔致泄漏事故原因展开分析，得出导致锅炉失效的原因是管理不到位，锅炉的联锁保护装置失效，水位控制不当，用户擅自更改锅炉燃料，造成锅炉缺水工状下超负荷燃烧，高温区上排烟管缺水产生塑性变形，烟管第二回程靠近出口处磨损穿孔。针对这些问题提出了相应的解决方案及相关的管理建议，对锅炉今后的运行管理具有一定的实际指导意义。

［1］马昌华.锅炉事故防范与安全运行［M］.工业锅炉，2000.

［2］钱建新，夏临明.卧式锅壳式锅炉烟管泄漏成因分析［M］.中国特种设备安全，2015，07.

2016-6-1

TK229

A

2095-2066（2016）17-0012-02