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循环热水锅炉运行中水冷壁管爆管原因和解决措施 

自然循环热水锅炉在运行过程中水冷壁管爆管事故屡见不鲜，已成为影响其安全运行的主要问题。分析其爆管原因，可以认为是由这类热水锅炉固有的缺陷造成的。

众所周知，在一个简单的自然循环回路中，对下集箱轴心线可列出下列压力平衡方程式：
PxjgH-△Pxj=PssgH+△Pss
式中：Pxj和Pss——分别为下降管和上升管中的工质平均密度；
H——循环回路的高度；
△Pxj和△Pss——分别为下降管和上升管的工质流动阻力压力降。
上式可改写为：
（Pxj-Pss）gH=△Pxj+△Pss
此式的左端为该循环回路的运动压力，是克服循环回路各项阻力，产生水循环的推动力，运动压力用符号Syd来表示。
运动压头与上升管阻力压力降之差称为有效压头，用符号Syx来表示。

Syx=Syd-△Pss=（Pxj-Pss）gH-△Pss=△Pxj
由上式可知，有效压头等于运动压头中用以克服下降管阻力的压头，有效压头愈大，可以克服的下降管阻力愈大，则回路中的循环水量愈大，水循环愈强烈，回路的水循环安全性愈好。
对于自然循环热水锅炉来说，由于下降管和上升管中都是水，只是下降管中的水温稍低，而上升管中的水温稍高。对于水而言，由温度差别引起的密度差是较小的，亦即Pxj-Pss很小，如果循环回路的高度H较高（例如大于4～5m），尚能产生足够的运动压力，回路中有一定的循环流速，从而保证水循环的安全性。
但对于小容量热水锅炉，其循环回路高度往往不能满足上述要求，对于快装锅炉来说，由于受到运输高度的限制，其循环回路高度也很难保证，上升管中的流速一般较低，甚至小于0.1m/s，则在炉膛高热负荷区，上升管内的工质将产生过冷沸腾现象，导致该处管壁结垢、过热，发生爆管事故。

2、SZL10.5-1/115/70-AⅡ热水锅炉爆管原因分析

某锅炉房的SZL10.5-1/115/70-AⅡ自然循环热水锅炉，从运行初始就有爆管现象发生，尤其是运行几年后爆管尤为严重，当年换的管运行两个月就开始频频爆管，经常发生停炉抢修，严重影响锅炉的安全稳定运行和供暖效果，增加了工人的劳动强度。
经停炉检查，发现爆管区域为：①前墙水冷壁中部7根；②侧墙水冷壁第43排至第58排管；③出烟口处燃烬室侧墙12根管。爆管部位多在上升管转弯处。经割管检查，发现距锅筒入口300～400mm处管内基本上被水垢堵死。
该炉的特性参数：额定供热量10.5MW，额定工作压力1.0MPa，供水温度115℃，回水温度70℃，为纵置式长短锅筒O型布置快装炉，该炉循环回路的高度为H1＝2.46米（对流管束），H2＝2.67米（水冷壁）。

经过对该炉的结构、水循环系统的研究及水阻力计算书的校核计算，发现该炉存在以下几点缺陷：

①下降管与上升管截面比较小，前墙回路fxj/fss=0.204（2根Φ89下降管、31根Φ51的上升管），按照《热水锅炉水动力计算方法》推荐的截面比，循环回路高度2m<H<4m时，fxj/fss=0.45～0.55，由于下降管管径选取的值较小，下降管阻力较大，导致上升管流速过低（Wss=0.106m/s）。
②该炉为纵置式长短锅筒O型布置的热水锅炉，蒸汽流量计,蒸汽流量表,蒸汽计量表,蒸汽表,涡街流量计,气体流量计,液体流量计,热水流量计 ，

其侧水冷壁的下降管采用的前端由上锅筒引出一根下降管（Φ133），后端由下锅筒引出多根下降管（6根Φ133）的复杂循环回路。如图1所示：
这种循环回路看起来下降管数量较多，下降管与上升管的总截面比较大，似乎可以满足循环安全性的要求，经过对该循环回路的水动力计算，发现后端下降管中，有的水流动方向不明确，甚至发生水倒流入下锅筒现象，亦即它非但未起到向侧水冷壁供水的作用，反而抽走了部分供水，从而降低了水速，导致爆管。
③对流管束区隔板分隔位置不正确。对锅炉打开人孔分别检验，发现隔板位置分别为对流管束区从后往前数3排、12排、14排，根据相邻对流管束吸热量无明显差别的特点，倒流管与上升管的分隔点基本在隔烟墙的位置，考虑到锅筒焊缝的影响，隔板应在对流管束倒数17排，从设计图纸看隔板位置正确，而实际安装中存在误差。从水阻力计算书分析，从炉膛侧水冷壁第14根管起至最后及对流管束前30排上升区均由对流管束倒流管提供水量，如隔板位置不正确，热力导致下降管与上升管截面比的变化，影响上升管水速。

正是由于以上结构设计及某些安装缺陷导致了上升管流速过低，上升管平均流速W在0.029～0.15m/s之间，根据《管内未除氧水不发生过冷沸腾的最低安全水速》查得，Wmin=0.24m/s（p=0.8MPa，Q=120kW/m2）可见该炉的上升管平均水速远低于此值。在炉膛热负荷较高的区域（如前墙平均烟气温度1429℃，炉膛侧墙后部、燃烬室962℃），水速又较低，W前＝0.106m/s，W侧后＝0.15m/s，W燃烬侧＝0.1m/s，上升管内就会产生过冷沸腾现象。一旦发生过冷沸腾，就会导致受热面上的连续蒸发过程，这部分管壁上也就很快地大量结垢，并使传热进一步恶化，造成壁温的进一步升高。对于微倾斜受热管，由于管内热水的温度分层现象，管子内壁上半部的壁温比下半部高，如出现汽化现象，则汽泡会在上半部产生，为防止汽泡的停滞，要求W≥0.31m/s，从表中可以看出侧墙上升管循环水速显然达不到此要求，所以在炉膛侧水冷壁的后部上升管的倾斜段发生爆管，这与实际爆管部位也是相吻合。

3、改进措施
①在各循环回路中尽量降低下降管的流动阻力，提高循环流量，即增加下降管的流通截面，以降低工质流速。
将前墙下降管由Φ89改为Φ133，fxj/fss=0.48，满足了推荐值的要求。
将侧墙下降管由Φ133改为Φ159，并在侧水冷壁中部爆管最严重的区域，即炉膛侧墙后部增设一根Φ159下降管，缓解该处水量不足，从而提高上升管水速。
锅筒内隔板前移，锅炉一定要全部按图纸施工，安装在对流管束倒数17排处，保证设计截面比。
②由于加装了中部下降管，原炉膛出口位置右移，减轻了高温烟气对原炉膛出口处燃炉室侧水冷壁的直接冲刷，使该处热负荷也有所下降，减轻产生过冷沸腾的不利因素。
③为了使回路的循环安全性有明显的提高，还应在下降管入口处装设回水引射装置，

回水以较高的流速由引射装置的喷头射入下降管。这种高速自由射流具有卷吸锅筒内介质进入下降管的能力，起到了一台小型引射泵的作用。此时的循环方式实质上是自然循环与引射强制循环相结合的混合循环。

混合循环对提高回路水循环安全性十分有效。加回水引射后，可明显提高回路中的循环水速。此时回路中水循环的推动力将由自然循环时的运动压头Syd和回水引射产生的引射压头△Pp组成。即其推动压力为：
Syd+△Pp=（Pxj-Pss）gH+△Pp
从而大大提高了循环流量。根据计算选择合适的引射喷头内径（前墙下降管所需引射喷头内径为Φ38×2.5，侧墙为Φ45×4），加装回水引射装置后的循环水速均可达到0.3m/s以上，满足了《管内未除氧水不发生过冷沸腾的最低安全水速》及《防止气泡停滞允许水速值》的要求，从而有效地避免了过冷沸腾的发生。

涡街流量计