浅析“锅炉超负荷运行对锅炉安全运行的影响”

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　　摘 要：锅炉负荷是锅炉的重要技术参数之一。在现实生产中，由于锅炉长期超负荷运行，影响锅炉的安全运行，甚至造成锅炉事故。本文就一起锅炉事故的分析，谈谈超负荷运行对锅炉安全运行的影响。
　　关键词：超负荷 锅筒 裂纹
　　
　　Analysis of "Effect to the boiler safe operation of overload operation"
　　SUN，Qi
　　（Shenzhen Institute of Special Equipment Inspection and Test，Guangdong，518029）
　　
　　一、前言
　　锅炉负荷是指在给定的输入、输出工质条件下，单位时间内所产生的蒸汽量，也称锅炉出力、锅炉容量。锅炉运行时，长期超负荷运行或长期低负荷运行对锅炉的安全、经济运行都是不利的，长期超负荷运行会影响锅炉的运行安全。但是，现实生产中绝大部分中小参数工业锅炉都未安装流量计，对于饱和蒸汽锅炉，单靠压力表难以判断其负荷，加上锅炉管理人员对其认识不清，没有引起重视，甚至盲目指挥，导致锅炉超负荷运行，从而引起锅炉事故。
　　二、一个锅炉安全事故的分析
　　2003年4月中旬，深圳市某厂一台DZL4-1.25- AⅡ（该锅炉结构示意图见图1）锅炉在运行中锅炉工发现炉膛内有异响，炉膛冒正压，有大量的蒸汽喷出。锅炉工随即采取了紧急停炉措施，整个事故过程没有发生人员伤亡。
　　检验员到达事故现场后，经现场勘查，初步判断为水冷壁管发生泄漏。为进一步判断缺陷部位及查明事故原因，拆除该锅炉的炉墙及保温，进行水压试验。水压试验中发现，水冷壁管组与锅筒连接部位的管座部位多处发生了泄漏。经着色探伤检查泄漏处，发现管座角焊缝及锅筒筒体外表面上存在2~4mm不等在管口处呈放射状裂纹，并且已在锅筒上扩展，但未穿过孔桥（见图2）。从裂纹的扩展程度来看，该裂纹的生成与发展已有相当一段时间。未查明事故原因，我们对该炉展开了事故调查。
　　1.调查在设计、制造环节是否存在缺陷
　　通过查阅设计、制造出厂技术资料，没有发现该锅炉在设计、制造方面存在不符合安全技术规范要求的地方。
　　我们重点检查DZL锅炉炉型以前常见的锅炉锅壳上两侧水冷壁管纵向管孔全部开成非径向孔，且大多数用气割开孔，孔口极不规矩，管孔处应力集中，导致焊接质量差的焊缝极易产生裂纹问题。检查发现该制造厂采用的是径向孔，孔口几何尺寸符合要求。由此排除设计制造原因。
　　另外，针对锅炉运行中水循环不良造成破坏受热面上的水膜的一些现象对制造质量进行检查，具体检查内容如下：
　　a 是否存在管子对接焊口粗糙，管子内侧焊瘤大，使管径变小，水循环的阻力增大。
　　b 是否存在弯管的椭圆度过大，使水循环阻力增大，极易存积水垢、泥渣，管子受热后，管内水发生汽化，导致水膜破坏。
　　c 是否存在水冷壁在下集箱内伸出端过长，影响补给水的进入，使管内出现柱状汽水流动状态，破坏管壁处水膜，破坏管子。
　　d 是否存在由于工艺错误，管孔与管外壁之间留有间隙，这种间隙内会产生汽隙，会在管板和管子上产生裂纹。生产时是否先胀，将间隙胀除，然后再焊接。
　　通过以上检查，没有发现锅炉设计、制造质量存在不符合安全技术规范要求。
　　2.对事故现场进行调查
　　2.1设备本体及安全附件的检查
　　由于发生事故的原因为管座裂纹，我们首先想到锅炉是否在运行中由于水位保护系统失灵，发生缺水事故引起。因此，我们进行了如下检查：
　　a.检查水位计；汽水旋塞是否正常；水位显示功能是否正常；水位保护系统是否正常。通过检查发现各种水位显示，报警、连锁保护功能正常；
　　b.从锅内检查来看，锅内汽水分层线清晰明显，水位线以下未见过热、过烧现象，整个锅筒内壁呈均匀的铁锈红+淡淡的水垢灰白色；
　　c.锅筒内水垢约为0.2~0.3mm之间，满足安全运行的条件；
　　d.与多位锅炉工交谈，了解到锅炉在运行过程中未闻到烧糊味；
　　e.通过现场检查，发现该炉锅筒的火管为胀接连接形式，且大部分火管水平标高高于水冷壁管管座的水平标高。但是，火管的胀接部位在水压系统中未出现泄漏；
　　综合以上因素，该炉事故的原因还不能简单的判断为缺水事故引起，我们需要更进一步的深入调查。
　　2.2设备运行状况的检查
　　正当我们一筹莫展的时候，一些小小的现象引起了我们的注意：
　　a.在事故的现场，我们发现该锅炉有严重的燃烧不完全现象，大量的煤渣中发现了很多未燃尽的煤粒；
　　b.通过查阅锅炉运行记录，我们发现该炉在运行中压力波动较大；
　　c.检查炉排发现，锅炉事故现场中煤闸门开启较高，煤闸门已烧损，风室风门全部开启至最大；
　　d.查阅锅炉运行记录，锅炉炉排运行速度较快。
　　针对上述现象，我们询问了锅炉工，锅炉工反映：由于该厂生产任务重，生产用汽量大，为了保证生产的运行，确保供汽压力，锅炉工不得不加大投煤量，加快炉排速度，加大送风量，强化燃烧，造成炉内锅炉实际容积热负荷大大超过设计标准，锅炉长期处于超负荷运行状态。锅炉工对此多次向该厂管理人员反映，但一直未引起重视。
　　三、事故分析及总结
　　从安全的角度考虑，对锅炉结构的要求为：水循环要合理可靠，保证各受热面在运行中能够得到良好的冷却。在工业锅炉中，公质的流动有两种方式：一种是强制流动，另一种是自然循环。
　　1.事故原因分析
　　锅炉受热面，只有依靠水循环保证水侧始终有一层流动的水膜，才能把受热面的热量随时带走。使壁温不会过高。在正常情况下壁温比锅水温度仅高几十摄氏度。锅炉受热面发生的损坏，非常重要的原因就是受热面的正常水膜被破坏。例如，结垢、受热面内产生汽塞或汽隙等等。
　　受热面吸收热量后传给水，管壁处的锅水吸收热量后，扩散至中心部位，使锅水温度上升。当锅水全部达到饱和温度后，受热面水侧的锅水吸热产生小汽泡并向管子中心部位汇集，这样在管壁始终保持有流动的水膜。
　　从以上现象及锅炉水动力循环的机理分析可以看出，当锅炉处于超负荷运行状态，或者局部受热面管子由于某种原因吸热过多，使管子热负荷过高时，管内水循环便会出现异常现象，通常称之为管内水循环的柱状运动（见图3）。由于管壁吸热过多，气泡大量汇集在管子中心，管壁处仅留薄薄的一层不稳定的水膜。当蒸汽流速很高时，可将此层薄水膜冲下，化为小水滴带走，管壁则因得不到水膜的冷却保护而温度升高。同时，由于热负荷不稳定有时会出现低负荷，导致蒸汽流速下降，有时又恢复了水膜。这样，管壁上会出现交替的失去水膜、恢复水膜，导致锅炉水冷壁管出现热疲劳。由于水冷壁管与锅筒的连接为角焊缝连接，焊接质量的保证有一定难度。同时，在整个循环锅炉中，管座处为循环回路最末端，水循环可靠性最难保证，缺陷都发生在管口的角焊缝附近。由此，我们判断该管口的裂纹为热疲劳裂纹。
　　从以上分析可以看出，导致本次锅炉事故的直接原因之一就是锅炉长期超负荷运行，运行中炉内锅炉实际容积热负荷大大超过设计标准，破坏锅炉正常水循环系统，影响锅炉的安全运行。
　　四、锅炉修理的方法
　　该事故发生部位在锅筒本体上，作为主要承压部件的锅筒修理应慎重考虑。
　　根据《蒸汽锅炉安全技术监察规程》第113条规定：锅炉受压元件因应力腐蚀、蠕变、疲劳而产生较大面积损伤要采用焊接方法修理时，一般应挖补或更换，不宜采用补焊方法。为此，该炉采用挖补的修理方案。
　　五、结束语
　　综上所述，锅炉在运行中应控制好锅炉负荷，维持良好的水循环系统，以确保锅炉安全运行。
　　参考文献：
　　[1]《蒸汽锅炉安全技术监察规程》-1996[S].
　　

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