锅炉设计、制造、安装中的问题与对策

何有 冯国发

摘 要：锅炉作为工业生产和社会生活中必不可少的装备之一，随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，其需求量和装机量逐年增长。在这样的增长趋势下，锅炉的安全问题逐渐引起社会重视。锅炉安全涉及设计、制造和安装环节，其结构复杂，部件繁多，安装精细化要求高。本文简要分析了锅炉设计、制造和安装过程中存在的问题，然后提出相应的对策，为锅炉行业从业人员提供参考。

关键词：锅炉;设计;制造;安装

中图分类号：TK22文献标识码：A文章编号：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

隨着锅炉行业的蓬勃发展，我国目前已经形成了较为完备的锅炉行业安全管理法规体系。这使得锅炉行业从设计到安装的全生命周期都具有相应的管理规范和操作流程要求。尽管如此，不可否认的是行业中仍然存在不少问题。近年来，锅炉行业逐渐放开，但是部分小型锅炉设计、制造和安装企业管理比较混乱。锅炉作为具有承压功能的工业设备，相对而言，存在较高的危险系数，容易因为各种因素发生爆炸[1-2]。因此，在锅炉设计到安装的全生命周期中，人们需要严格控制各个环节的工艺质量，从而确保锅炉的使用安全。

1 锅炉设计、制造和安装存在的问题

锅炉结构复杂，焊接是其制造和安装过程中必不可少的工序。在锅炉制造和安装过程中，焊接质量决定锅炉的使用寿命和安全程度。现阶段，锅炉生产较多使用人工焊接，因此如何控制好人工焊接质量是锅炉制造和安装环节需要格外关注的问题[3-4]。从现有锅炉制造和安装环节导致的事故原因分析来看，人工焊接对于水冷壁管与管材连接处存在的缝隙把控容易出现问题。锅炉焊接对焊接的精确度具有较高要求，要尽量减少焊接导致的部件磨损与变形带来的误差。如果这个环节存在问题，就会导致整个锅炉焊接无法满足锅炉压力的需求，从而容易在使用过程中出现安全事故。通常而言，控制好锅炉焊接环节的质量，就能基本确保锅炉整体的制造和安装质量，其重要性可见一斑。在这个过程中，要重点关注人为因素对锅炉整体质量的影响。

从锅炉工作原理不难看出，锅炉需要较高的内部压力来完成能量转化和做功。因此，材质方面，锅炉壁需要承受较高的压强，具有较好的强度，能够承受长时间使用的磨损。在锅炉设计中，要根据不同的使用需求，选择符合要求的材质。锅炉运行原理决定了所处的工作环境必定具有较高的湿度，因此锅炉材质需要具有很强的耐腐蚀性，避免由于潮湿导致部件生锈腐蚀，最终在没有得到及时修复的情况下引起锅炉爆炸。同时，锅炉焊接技术的特点要求锅炉材质必须可以通过焊接连接起来，这不仅是锅炉制造和安装的要求，也是锅炉日常使用和维护的需求。锅炉的日常维护要求锅炉材质具有便于焊接、容易修复的特点，从而确保在满足日常使用需求的同时，能够及时处理锅炉部件弯曲或者断裂等老化问题，保证锅炉在使用过程中的安全，延长锅炉使用年限。

锅炉在工作时产生大量热量，导致外表面温度升高，容易造成前侧炉墙在高温影响下发生形变。从锅炉的设计、制造和安装规范来看，要确保锅炉防焦箱与炉墙之间具有一定距离，一般来说，锅炉防焦箱与炉墙之间保持1 cm间距即可满足散热需求。在实际操作中，受锅炉高温炙烤，锅炉防焦箱会发生形变，因此一般要求锅炉防焦箱与炉墙的间距应当保持在2 cm左右。这样不仅能够确保锅炉设备平稳安全运行，还能够保证炉墙不会由于锅炉高温和受热膨胀的影响发生形变、遭到破坏。在锅炉实际应用中，锅炉炉墙发生破裂导致锅炉故障和安全事故的情况比较常见，应当引起锅炉设计、制造、安装和使用维护人员的重视。

锅炉本体容易发生安全问题而导致事故，除此之外，锅炉配套的辅助设备也容易发生问题。除渣机作为重要的锅炉辅助设备，在过去的锅炉设计、制造和安装实践中常常会被忽视。在锅炉设计、制造和安装中，缺少对除渣机的专门研究和设计，没有针对不同锅炉的除渣机运行环境特点进行个性化设计和制造，无法确保除渣机最大限度地发挥作用，导致除渣机在锅炉日常运行中不满足整体精度要求，频繁维修导致后续使用成本高昂。从目前我国锅炉使用情况来看，锅炉普遍使用循环泵与水泵相结合的方式，容易出现无用功导致能耗过高的情况。导致能耗过高的无用功主要成因有二。一是电流过高导致内部涡流，会增加能耗，而在锅炉启动过程中，操作不当会成倍放大电机内部电流，导致电机发生损坏;二是锅炉泵与风机之间没有可靠连接，导致鼓风机风向不受控制，造成锅炉做功损失。这些问题都会导致锅炉运行能耗损失。

随着锅炉市场的不断放开和锅炉制造技术的不断成熟，锅炉行业进入了成熟的发展阶段，市场对锅炉的需求也越来越旺盛。在这样的社会背景下，大量小型锅炉设计、制造和安装企业涌现。由于经验不足、技术不够先进，运营资本和生产技术往往无法满足锅炉生产要求，无法满足锅炉设计、制造和安装的资质要求。另外，很多传统锅炉制造企业无法适应市场经济的需求，不能根据市场变化，及时更新自身技术，生产出的锅炉产品已经不发满足日常使用需求。这些都导致锅炉设计、制造与安装环节存在大量问题，当前锅炉行业需要发挥市场的主体作用，优胜劣汰，提高全行业的安全和技术水平。

随着信息技术的快速发展，各行各业信息化、电子化、智能化水平不断提高。目前来看，锅炉设计行业仍然有相当一部分企业采用传统锅炉设计工艺。传统锅炉设计工艺要求设计人員对锅炉参数进行人为调查，例如，锅炉容量的确定、锅炉体积的设计、锅炉燃料特性的影响等内容都需要对人工调查得到的数据进行人为分析，选取调查资料中有用的部分开展锅炉设计工作。由于人为因素的存在，传统锅炉设计结果通常存在较大的误差，不能精确计算炉排面积、炉膛容积、炉排热强度等参数。另外，传统锅炉设计工艺主要输出二维平面的设计图纸，这要求制造企业工人具备极强的读图能力，而很多工人缺乏直观感受，在一定程度上影响了锅炉制造的效率和质量。锅炉设计应用新兴锅炉技术，这对于设计人员来说是一项巨大挑战，由于缺少仿真试验的手段，分层燃烧技术在实际应用中有可能出现煤料分层错误，实践中容易存在低负荷运行的情况造成锅炉故障。

工业锅炉种类多样、技术复杂，锅炉安装工艺有所不同。一般而言，其主要分为整体安装和分散安装两大类。整体安装适用于快装锅炉，分散安装适用于水管锅炉的安装。在安装过程中，现场测量和吊装的误差容易导致锅炉前后空间过小，后续使用过程中无法顺利完成烟管更换、积灰清理等工作。其间容易出现随意变更辅助风机的问题，导致风道弯头过多、阻力过大，使得锅炉无法正常燃烧，造成热能损耗。在锅炉基础施工过程中，有施工企业认为小型快装锅炉可以不浇筑锅炉基础，直接安放于地面即可。这种安装方式不仅会加速锅炉底部的腐蚀，还有可能导致锅炉主体发生倾斜、管道发生变形，锅炉在使用过程中容易因为振动出现整体下沉。锅炉管道焊接采用有缝管材，容易因为焊接不良导致接缝处发生渗漏，造成不良安全影响。在锅炉安装过程中，问题主要表现在焊接表面咬边现象严重、坡度方向焊接错误。对个别锅炉安装项目进行抽检可以发现，安装过程中存在锅炉阀门配置不能满足使用需求、阀门安装不紧实和不到位的情况。锅炉设计、制造和安装人员需要重视这些问题，合理确定锅炉布置位置，检查验收锅炉基础，按标准正确安装锅炉管道与阀门，从而确保锅炉运行安全。

2 锅炉设计、制造和安装的改进策略

对锅炉事故进行分析不难看出，在大部分锅炉安全事故中，后续使用和维护是导致事故发生的重要因素[5-6]。这就要求锅炉设计、制造和安装过程中要确保技术交底的质量。在锅炉安装到位，准备交付使用之前，应当组织制造、安装企业与维护人员进行技术交底，明确锅炉制造、安装过程中的重要环节，指出后续使用维护过程中必须重点关注的部件。使用和维护人员要参加由锅炉制造企业组织的技术培训和现场演示，以便及时处理使用过程中遇到的问题，确保锅炉使用安全。针对现阶段锅炉设计、制造和安装中存在的问题，锅炉使用和维护人员要高度重视技术交底工作。锅炉制造和安装企业在技术交底过程中要向使用和维护人员诠释锅炉设计理念，指出锅炉生产制造中进行的技术创新，讲解锅炉安装过程中的现场问题，从而确保锅炉设备的后续使用和维护顺利开展。

锅炉设计、制造和安装过程中会产生大量的图纸和资料。这些图纸和施工档案是以后对锅炉进行使用、维护、大修的重要依据，是确保锅炉安全运行的重要档案材料。这些档案材料作为锅炉安全运行的重要支撑材料，在确保安全运行方面起到了重要作用。安全材料的内容十分丰富，涵盖了锅炉从设计到安装的全部流程。这其中就包含了大量的设计图纸、安装测试数据以及安装结构图纸等。锅炉设计、制造、安装企业应当高度重视安全材料的积累和整理，应当在锅炉交付使用时将安全材料汇总移交给锅炉使用方。锅炉设计、制造和安装是一个动态的过程，安全材料的内容也不断优化和更新。锅炉设计、制造和安装企业要及时修订安全材料，在锅炉交付使用前完成内容更新、目录整理等工作，对锅炉在设计、制造和安装过程中发生的重要变更进行显著标注。

在锅炉设计、制造和安装过程中，焊接是不同环节共同关注的重要部分。锅炉设计阶段，设计人员要根据锅炉安装的具体环境、锅炉使用的具体场景，对锅炉材料进行广泛的市场调查，选取符合锅炉使用和安装需求，同时又具有最佳性价比的锅炉材质。材质和用料的选择方面，要针对锅炉长时间处于高压状态的工作特征，高度关注锅炉材质的耐腐蚀性和抗磨损性能，注重选材方面的实用性和经济性。在锅炉制造和安装过程中，要对锅炉制造和安装人员进行专门培训，对部件样品进行焊接测试，选取合适的焊接方法，从而确保锅炉制造和安装环节不出差错。在具体的锅炉焊接过程中，焊接技术人员要准确把握锅炉部件尺寸，有效控制焊接质量，特别是对焊接的速度、电流等参数进行准确调试，有效避免虚焊问题。另外，锅炉在实际运行中使用的并非纯净水，锅炉设计、制造和安装人员要对锅炉运行使用的水质进行查验，综合考虑不同水质对锅炉内壁的腐蚀程度，认真对待锅炉材质的选择和锅炉焊接的全流程，从焊接质量层面确保锅炉的安全运行水平。

不仅是锅炉本体，在锅炉设计、制造和安装过程中，人们还要关注锅炉安装基础的构筑。在锅炉设计过程中，要充分考虑锅炉安装的地面条件、基础承重能力。对于锅炉安装基础的结构强度、构筑质量等重要指标，要进行严格检查和验收，确保锅炉基础符合国家标准的要求。人们要做好施工过程管理，做好施工记录，对隐蔽工程和重要环节进行验收和记录。对于检查验收中发现的问题，特别是检测结果与设计指标不符的情况，要及时记录和通报，尽快完成修复，从而确保锅炉安装质量和运行安全。锅炉设计、制造、安装和使用各方要加强在施工现场的协调配合。只有相关各方协调配合，才能够组织有效的设备调试，对图纸中存在的问题进行澄清，及时调整设备安装、试运行中存在的问题，对施工现场发生的设计变更进行会商，从而有效解决锅炉设计、制造与安装过程中遇到的问题。这就需要锅炉制造企业在锅炉安装现场派驻工地代表，工地代表作为锅炉制造企业在施工现场的代理人，应当掌握锅炉安装的进度，检查锅炉安装质量，及时协调解决锅炉在安装过程中出现的技术问题。

锅炉设计方面，要结合新技术、新理念加以创新，提高设计效率和质量。通过设计优化，人们可以提前规避锅炉制造、安装和使用过程中可能存在的问题，避免设计不当导致的安全隐患和使用故障。在锅炉设计过程中，要关注锅炉强度的设计。做好锅炉强度设计，能够提高锅炉整体的荷载抗性，增强应对结构断裂的能力。锅炉的承压特性要求锅炉材质不应当出现結构整体屈服的现象。锅炉强度设计要以锅炉使用材料的安全系数和强度标准值作为依据，这些经过行业专家测定的数值具有科学性，是锅炉强度设计的重要基础数据。为了实现锅炉精确设计，锅炉设计行业要加强信息化创新。自动化、信息化技术的应用能够有效提高设计效率和设计质量。在应用计算机软件开展锅炉设计的过程中，要结合设计实践，对设计理论和算法进行创新和发展。计算机技术的应用，不仅能够实现重要参数采集、确定的自动化，还能够完成二维平面图纸向三维立体图纸的转化，进一步改善锅炉设计方案的直观感受，提高锅炉制造和安装实践的质量和效率。随着计算机技术的不断发展，锅炉设计人员可以通过计算机仿真技术对锅炉设计方案的实际应用效果进行仿真模拟，尽早发现锅炉在制造、安装和使用过程中存在的问题，提高锅炉产品整体的安全性和竞争力。锅炉设计仿真能够有效规避锅炉的低负荷运行，避免锅炉“大马拉小车”导致的能效浪费，针对使用需求进行系统设计优化，确保锅炉在实际使用时能够在较高负荷的状态下高效运行。

3 结语

作为现代工业生产和社会生活保障的重要设备，锅炉的运行效率和使用安全受到了社会和行业的高度关注。本文分析了锅炉设计、制造和安装过程中存在的问题，并提出相应对策，希望能够为锅炉设计、制造和安装行业的研究与实践提供参考。锅炉行业从设计到制造、从安装到使用构成了一个系统工程，具有较高的复杂度。这就需要锅炉设计行业提高信息化水平，通过计算机技术对锅炉的安全性和运行强度进行全面的分析，提高锅炉制造的工艺水平和质量，优化锅炉安装程序，提高锅炉安装效率，确保锅炉使用过程的安全性与可靠性。

参考文献：

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