一起鍋殼式鍋爐水冷壁管過熱鼓皰的原因分析及應(yīng)對措施

謝雄鋒

一、前言

2004年6月在檢驗(yàn)?zāi)吃旒垙S一臺(tái)DZH2-0.7鍋爐時(shí)，發(fā)現(xiàn)左側(cè)13根水冷壁管幾乎在同一位置(耐火泥上方)鼓皰、過熱。用檢驗(yàn)錘就能輕易擊穿管壁，而右側(cè)水冷壁未發(fā)現(xiàn)類似的情況。檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)鍋爐受壓元部件水側(cè)局部結(jié)有1-2mm水垢，鍋筒底部有大量脫落的水垢，有一些脫落的水垢分布在鍋筒下端水冷壁管管頭附近。經(jīng)對水冷壁管進(jìn)行通水檢查，最終確認(rèn)這13根管子堵塞。對堵塞的管子采用換管修理，取割下來的管子測量其堵塞的長度約200-300mm，割開被堵塞的管子，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部勻?yàn)樾∑瑺钏福⒂幸恍┧?，取堵塞物進(jìn)行分析，分析結(jié)果確定堵塞物為碳酸鹽和硅酸鹽的混合物。筆者查閱該鍋爐的有關(guān)資料，認(rèn)為這起鍋爐事故是由于水處理方法不妥、管理方面及鍋爐結(jié)構(gòu)上存在不足所導(dǎo)致的。

二、鍋爐基本狀況

該鍋爐是河南新鄉(xiāng)工業(yè)鍋爐廠，1996年7月生產(chǎn)、1996年9月投用，使用壓力在0.4-0.5Mpa之間，燃料為谷皮。在2002年之前，該爐未采用任何水處理措施，2002年進(jìn)行內(nèi)外部檢驗(yàn)時(shí)，鍋爐各受壓元件水側(cè)已結(jié)有水垢2-3mm，要求酸洗除垢后運(yùn)行，并建議采用鍋內(nèi)加磷酸三鈉和片堿水處理措施，要求控制鍋水PH為10-12，總堿度為8-26mmol／L；而廠方未進(jìn)行酸洗，直接采用鍋內(nèi)加藥水處理方法。2003年只進(jìn)行外部檢驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)異常情況。2002年、2003年兩次水質(zhì)監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果鍋水總堿度為12-18 mmol／L，PH值為11-12，溶解固形物小于5000mg／L；給水總硬度為0．3-0．4mmol／L，PH值為7，符合GB1576-2001各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。

三、事故原因分析

1、水處理方法的影響

該鍋爐有近5年未采用任何水處理措施，導(dǎo)致結(jié)有2-3mm水垢，而直接采用加磷酸三鈉和片堿的鍋內(nèi)水處理方法。通過對這二種藥劑的防垢和除垢機(jī)理分析，找出事故的原因。

磷酸三鈉的作用：

(1)消除給水硬度，使Ca²⁺、Mg²⁺生成疏松流動(dòng)性好的堿性磷灰石Ca₁₀(0H)₂(P0₄)₆和蛇紋石3MmgO.2S_iO₄.12H₂0水渣物質(zhì)；

(2)防止硅酸鹽水垢的形成；

(3)生成了高度分散的膠體微粒，成為鍋水中補(bǔ)充凝結(jié)中心，從而增加了泥垢的流動(dòng)性；

(4)對堅(jiān)硬的CaC0₃水垢具有轉(zhuǎn)型作用，使之疏松脫落，化學(xué)反應(yīng)式為：

3 CaC0₃+2Na₃P04→Ca₃(P0₄)₂↓+3NaC0₃

NaOH的作用：

(1)消除水中鈣的暫時(shí)硬度，鎂的暫時(shí)、永久硬度，生成水渣物質(zhì)：

Ca(HC0₃)₂+2NaOH→CaC0₃↓+Na2C0₃+2H₂0

Mg(HC0₃)₂+4NaOH→Mg(OH)₂↓+Na2C0₃+2H₂0

MgS0₄+2NaOH→Mg(OH)₂↓+Na₄S0₃

MgCl₂+2NaOH→Mg(OH)₂↓+2NaCl

(2)維持鍋水的總堿度和PH值，使磷酸鹽與Ca₂₊、Mg₂₊反應(yīng)時(shí)，不生成磷酸鈣Ca₃(P0₄)₂、磷酸鎂Mg₃(P0₄)₂等容易形成二次水垢的物質(zhì)；

(3)對細(xì)小分散的CaC0₃質(zhì)點(diǎn)起穩(wěn)定化的使用，從而破壞質(zhì)點(diǎn)之間的結(jié)合力以及質(zhì)點(diǎn)與金屬之間的吸附力，防止碳酸鹽等沉淀物在金屬表面形成水垢；

(4)對舊水垢產(chǎn)生疏松、剝離、脫落、削弱和溶解等作用，尤其對硅酸鹽作用較為明顯：

化學(xué)反應(yīng)式為：Si0₂+2NaOH→Na₂Si0₃+H₂0

綜上所述：在這二種藥劑的作用下，鍋爐就不會(huì)繼續(xù)結(jié)垢或減緩結(jié)垢速度，同時(shí)必然會(huì)有一部水垢轉(zhuǎn)形、剝離、疏松、溶解，從而破壞水垢之間，水垢與金屬之間的結(jié)合力，水垢就會(huì)以片狀的形成脫落，煙管和鍋筒脫落的水垢就會(huì)聚集在鍋筒底部，一部份會(huì)隨排污而排出，大部份滯留在鍋內(nèi)；水冷壁管脫落的水垢將順著管子進(jìn)入集箱，這必然有一部份形狀較大的水垢，因流道形狀的變化而受阻，被“卡”形成了“搭橋”現(xiàn)象，隨著時(shí)間的推移，受阻的水垢和水渣逐漸增多，造成堵管。

所以水處理方法是導(dǎo)致部份水冷壁堵塞的直接原因。

2、管理方面的原因

(1)鍋爐業(yè)主無視檢驗(yàn)結(jié)論，未采用除垢措施清除鍋爐己結(jié)水垢，而直接采用鍋內(nèi)加藥水處理措施，這樣會(huì)導(dǎo)致水垢以片狀形成脫落，易在管內(nèi)受阻，而阻塞管子；

(2)在采用加藥水處理措施之后，有近二年的時(shí)間沒有停爐檢驗(yàn)，未及時(shí)清除鍋筒內(nèi)脫落的水垢和對水冷壁管進(jìn)行通水檢查，導(dǎo)致脫落的水垢把水冷壁管堵塞未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

這是導(dǎo)致這臺(tái)鍋爐損壞的原因之一。

3、鍋爐結(jié)構(gòu)存在的不足

同一臺(tái)鍋爐，為何只有左側(cè)內(nèi)水冷壁管出現(xiàn)近1／3的管子由于水垢堵塞，導(dǎo)致鼓皰、過熱，而右側(cè)的水冷壁沒有發(fā)生?筆者認(rèn)為是由于鍋爐結(jié)構(gòu)上存在如下幾點(diǎn)不足：

(1)同一個(gè)集箱與三排水管相連不利于管內(nèi)水垢排出。鍋爐結(jié)構(gòu)如圖所示：（見下圖）

在左側(cè)集箱上有三排水管與之相連，而排污管的管徑與右側(cè)相同，在相同條件下排污時(shí)，每根管內(nèi)的流速和流量只有右側(cè)水冷壁管的1/3，造成排污時(shí)，管內(nèi)的流速和流量很小，左側(cè)水冷壁管內(nèi)脫落的水垢和水渣不能夠及時(shí)排入集箱隨排污排出鍋內(nèi)，易聚積于管內(nèi)。

(2)左側(cè)內(nèi)水冷壁管有一個(gè)90度的彎頭，管內(nèi)的水垢和水渣下降受阻，易沉積于該處，形成堵管，該彎頭同時(shí)增加管內(nèi)鍋水上升(運(yùn)行時(shí))和下降(排污時(shí))的阻力，使管內(nèi)鍋水循環(huán)不暢，不利于管內(nèi)的水垢和水渣的排出。

(3)左側(cè)內(nèi)水冷壁管與鍋筒連接的位置設(shè)置不妥，左側(cè)內(nèi)水冷壁管與鍋筒連接的位置幾乎接近鍋筒的底部，從煙管、鍋筒壁脫落聚積于底部的水垢，就會(huì)隨著鍋水循環(huán)和垢片自身流動(dòng)進(jìn)入管內(nèi)，由于管子自身存在不足，管內(nèi)的水垢無法排入集箱，就聚積于彎頭處，這樣就造成管子堵塞。

四、應(yīng)對措施

針對本臺(tái)鍋爐出現(xiàn)的問題，為避免類似事故的發(fā)生，對我區(qū)該類型鍋爐提出以下對應(yīng)措施：

(1)加強(qiáng)水處理管理工作，要求所有鍋爐必須采用相應(yīng)的水處理方法，防止鍋爐結(jié)垢：

(2)對已結(jié)有水垢的鍋爐，必須先采用除垢措施除垢后再防垢，縮短檢驗(yàn)周期，檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)對所有水管進(jìn)行通水檢查：

(3)運(yùn)行過程中，應(yīng)增加左側(cè)排污管的排污時(shí)間，使排污量增大；

(4)應(yīng)加強(qiáng)管理，提高鍋爐業(yè)主的管理的水平，把檢驗(yàn)結(jié)論落到實(shí)處。