锅炉水冷壁管变形事故剖析

     2003年末，我厂正在运行的一台KZL4-1.25型锅炉的水冷壁管发生变形事故，此锅炉左侧的水冷壁管中段有4根变形，中间2根变形较为严重。经测厚，4根变形和未变形的水冷壁管中部（由于飞灰的冲刷）的厚度由3.5mm减为2.5~2.7mm。变形位置从集箱的350mm以上开始，大约800mm左右。变形管最大弯曲处突起25mm，无胀粗现象。

     是什么原因导致水冷壁管变形呢？通过检查，没有发现锅炉烟管胀口有渗漏现象，因而可以排除因锅炉缺水而导致水冷壁管变形的可能性。打开锅筒人孔盖和集箱手孔盖，只发现锅筒、集箱壁以及水冷壁管内有不到0.5mm厚的薄垢，集箱后段有少量泥垢沉积。可见，下降管、水冷壁管、集箱的流通截面积均处于合理的范围内，不存在因水垢而导致水冷壁管过热变形的现象。排除了以上可能性后，认为司炉人员在锅炉运行时，没有注意集箱排污的合理性，排污量过大，且锅炉正压燃烧，是造成水冷壁管变形的主要原因。

     该厂为三班制生产，每班安排2名司炉人员。由于管理上的漏洞，每班司炉人员又自行分成上班和下班（即“大班套小班”），每人司炉4小时。按照厂部规定，司炉人员在当班时，每班须在当班中途对锅筒、集箱排一次污，交班时再排一次，也就是说三班排污6次。但在大班套小班的形式中，实际每天排污次数达12次。据司炉人员讲，集箱排污时间一般均在3分钟左右，并且是一边向锅内补水一边排污。而且是打开排污阀后就不管了，直到认为排污差不多了才去关闭排污阀。问题就出在这里。这台锅炉属于自然循环锅炉，主要是锅水依靠下降管流至集箱分流至水冷壁管，当水冷壁管吸收炉膛热量后而提高水温产生蒸汽，使循环自然进行。一旦出现异常现象，这种水循环就会遭到破坏，事故就有可能发生。实际上，该厂锅炉集箱排污不合理，就是一种异常现象。道理很简单，当排污量过大，且时间拉得过长时，大量的炉水排出，使水冷壁管供水不足，尤其是靠近排污管的水冷壁管，在排污速度过快，且时间过长时供水会更加不足。由于供水不足，管壁温度就会很快升高。从此台锅炉运行情况看，其积灰严重，炉门烧坏以及外壳熏黑，因而断定长期处于正压燃烧状况。司炉人员按照厂部规定排污后，有时气压很难保住，因而不得不加大给煤量和鼓风量，使锅炉正压燃烧。锅炉正压燃烧的后果是燃烧工况恶化，炉膛温度大幅度升高。此时，水冷壁管就会大量吸热，管内的部分水就会迅速地蒸发，出现饱和沸腾工况直接过渡到膜态工况，在管壁上形成蒸汽膜。蒸汽膜的导热性能差，带走的热量少，久而久之，水冷壁管就会因得不到冷却保护而使壁温进一步升高，加之管壁已减薄，强度降低，因而使水冷壁管很快地因过热而发生变形。

     从图1中可以看出，当集箱排污时，下降管流入集箱的炉水除一部分通过水冷壁管外，一部分通过排污管排出，此时，在排污管上部的水冷壁管2和3就出现了严重的供水不足，1和4次之，因而所受变形的程度就不一样。

     图1 集箱水冷壁管变形位置示意

     当然，锅炉正压燃烧不仅恶化了燃烧工况，提高了炉膛温度，对水冷壁管变形有一定影响，但如果按照该厂司炉人员这种排污方法长期操作，尽管锅炉没有正压燃烧，同样可使水冷壁管过热变形，只不过是变形速度慢些而已。一般锅炉用钢均为低碳钢，在315℃就达到屈服点，450℃以上时就出现明显的蠕变现象。该厂锅炉使用不到5年，当司炉人员采取这种不合理的排污方式排污时，管材早已受到了损害，机械强度有所降低，可以说，在这种不合理的排污过程中，管壁的温度常在450℃以上。由于管壁温度间断性地升高降低，热应力也相应的随之变化，水冷壁管的变形也就慢慢开始。早期变形一般很难察觉，但一旦在锅炉负荷突然增大时，在热应力的作用下，水冷壁管就会出现明显的变形。变形是一种比较危险的缺陷，当壁温达到700~750℃时，在几分钟内就会很快造成爆管事故。那么，为什么右侧水冷壁管又没有出现变形现象呢？原来，锅炉在安装过程中，由于锅炉本体紧靠右墙壁（仅0.5m），考虑人行通道和维修方便，将右侧集箱排污管接出室外，2只快开式排污阀也安装在室外，因而司炉人员很少到室外排污。据司炉人员讲，一般3~4天才排污1次，就是去排，时间也不到30秒。因而也就没有出现像左侧水冷壁管那样的变形现象。

     可见，锅炉在运行过程中，应正确合理排污，尤其是炉膛两侧集箱的排污时间应注意，一般不要进行排污，以免影响水冷壁管的水循环，造成变形、爆管事故。若要进行，最好在低负荷或者中止一段燃烧后进行，当水质较好时，可不考虑排污，但炉水差时也要进行，但不可盲目任意加大排污量，其排污量应按水质化验情况或计算求得，通常定期排污量不超过5%，每班排污1次即可，每次排污时间不得超过30秒；排污阀打开时，应短促、间断进行，快开快关，开后停几秒再关，关后停几秒再开，如此反复几次。切不可打开排污阀后长时间不管，然后再去关闭。这样既可减少热量损失，又可保证安全。尽量避免锅炉正压燃烧，使炉膛和管壁温度时刻处于正常状态下。     王敏