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工作，它将吸收的热量传递给管内的水，如果这时水循环不良，或管内结垢、堵塞就会使热量传递不良，造成管壁温度过高，引发胀粗、鼓包形变，以至于爆管。
1 水冷壁爆管现象
当发生严重爆管时会有明显的爆破声，蒸汽从破裂处喷出使炉膛成正压，蒸汽烟气从炉门等处大量喷出。水位、气压和烟气温度明显下降，炉内火焰发暗，同时给水流量增加。
2 现象分析
2.1 管壁结垢
水的硬度是指水中含有Ca2+、Mg2+的浓度总和。锅炉监察规程对锅炉的用水硬度做出了要求≤0.03mmol/L。为防止结垢，锅炉在使用前需要对水质进行软化处理，水处理是一门综合技术，与离子交换技术、膜分离技术、除氧技术、锅内加药技术、停用保养技术等密切相关[1]，虽然经过采取各种措施，但是水中依旧会残存微量的HCO3-。因为HCO3-会在水中发生离解，如下：
HCO3-←→H++CO32- （1）
虽然（1）发生的很微弱，但由于有（2）、（3）反应的作用，生成了难溶的CaCO3、MgCO3沉淀，即水垢，促进了（1）的反应向正向进行，离解得到加强。
Ca2++CO32-→CaCO3↓ （2）
Mg2++CO32-→MgCO3↓ （3）
由于提高温度可促进（1）反应的正向进行，使水中的HCO3-加速离解，而生产运行时锅炉管路中的水温上升，不可避免的加速了（1）的反应，使得CO32-的浓度增加，CO32-与Ca2+、Mg2+离子的结合便产生了难溶物，附着在管壁上，日积月累便形成了结垢。
例如当锅炉内结有3mm的水垢时，钢材温度会由280℃上升到580℃，而抗拉强度则由400MPa下降到100MPa，锅炉受压元件就会在内力作用下发生过热鼓包、变形[2]，同时由于积垢减小了流通截面积，无形中增加了水在的管内流通阻力，降低了水的循环流量，使得管壁热量大量蓄积，引发事故。结垢还会造成燃料的浪费。当受热面内壁粘结1mm水垢，就要多消耗燃料约4%；粘结3mm水垢，多消耗燃料6～10%[2]。（见图1）
对于受热辐射时的水冷壁温度成梯度分布，管壁温度会高于管内温度，当管壁温度达到了饱和温度时，管内水的温度没达到饱和温度，当两者温度达到一定的差值时，管子内壁会形成气泡，并汽化，气泡与低温水相遇会冷凝消失，这种现象叫做过冷沸腾。如果水循环偏低，过冷沸腾很容易发生在温度较高的水冷壁。这会浓缩水中的盐类物质集结在管子内壁，加剧了水垢的生成，造成恶性循环。
2.2 管体超温过热
锅炉运行时管壁平均温度超过设计许用温度叫做超温过热。它会减少锅炉的运行寿命，并对超温过热部件造成损坏。对于事故发生的原因分析，应判定是长时间还是短时间引发的爆管。
长期超温爆管的主要特征为，爆管处爆口相对小，爆口边缘形态钝粗，伴随有鼓包，内外壁有多条纵向裂纹，管外壁存在较厚的氧化皮。显微镜下观察结构组织，会发现珠光体石墨化，有时向晶界偏聚，合金元素由固溶体向碳化物转移，在晶界处萌生蠕变孔洞，这会使材料韧性及塑性的能力降低。（见图2）
短期超温爆管是由于锅炉管道内部堵塞、缺水、水循环破坏或膜态沸腾等原因，它的主要特征是管子爆裂处厚度较薄，呈现如刀锋般锐利喇叭状边缘，爆管处管径变粗，金相组织变为淬硬组织和铁素体，硬度相对于自身其他部分较高。（见图3）
2.3 钢材本身缺陷
由于锅炉制造时对半成本检查不足，将一些存在安全隐患的管子（如划痕、缺口）用于水冷壁材料，致使长期受压运行时应力集中引发爆管。检查此类爆管，会在相应位置发现钢材存在的缺陷，一般破损位置会生成氧化层，管径变化较小，且爆管处管壁边较钝。
2.4 直供
对于热水锅炉而言，有些企业会将锅炉水直接用于供暖，这使得系统管道与锅炉所处在统一回路系统中，锅炉又在最低点，系统水的回流造成了整个循环中的泥土、沙石、铁锈、污垢等杂质流向锅炉。沉积在锅筒和集箱的污垢很容易堵塞水冷壁，对水循环造成影响，从而对锅炉安全造成隐患。
3 防治措施
（1）禁止将井水和自来水作为锅炉供水，对锅炉水质严格管理，配备软化水处理设备，达到标准要求，即：GB/T 1576-2008《工业锅炉水质》标准。
（2）系统投入运行前，彻底对系统进行清洗。可用循环泵或补水泵将水送入采暖系统，回水直接排入下水道，主要清洗系统中积存的铁锈、泥沙、油污等。停炉维护时，打开锅炉，可在锅筒下部、集箱底部发现沉积的黑红色松散状的二次垢，也能看到片状水渣粘附在锅筒、前管板、水冷壁、烟管及集箱内壁上，这些水渣应彻底清除。
（3）定期对管网系统进行检修及维护保养，防止管道滴水泄露等情况发生，以减少锅炉的补水。因为水处理设备的裕量是有限的，当系统跑水严重时，水来不及处理便补到系统中，这也是生成二次垢的一个因素。
（4）认真做好排污工作。常用的排污方法，循环泵停运2小时后，待水中杂质沉淀后打开排污阀见到清水为止。然而此种排污方法效果有限，因为设置在锅筒及下集箱的排污管无法将远处的沉淀物排放干净。如果采用正常运行时排污则因水速过高杂质将无法沉淀，其效果也不会好。因此热水锅炉排污的作用是有限的。
（5）控制炉膛温度，避免长时间超温运行，并加强定期检验，有无磨损、腐蚀、损伤、鼓包、变形、氧化及表面裂纹等情况，如有宏观裂纹应及时更换。
参考文献
[1]魏刚，熊蓉春.热水锅炉防腐阻垢技术[M].北京：化学工业出版社，2003.
[2]童有武，张孝勇.锅炉安装调试维护实用手册[M].北京：地震出版社，1999. |
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发表于 2022-2-21 20:38:09