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摘要：本文针对废热锅炉的换热效果进行研究，叙述了废热锅炉管板与换热管开裂原因分析及处理定性分析了废热锅炉事故机理,介绍了薄管板废热锅炉裂管的处理方案、耐火浇注料的选取及废锅壳程的清洗方案，希望能起到一定的借鉴作用。
关键词：锅炉；换热；事故
中图分类号：U664.5+8文献标识码:A
引言
废热锅炉是废热回收的主要设备，在整个生产流程中起着十分重要的作用。在以前的玻璃制品生产过程中，由窑炉排出的大量余热随废气经烟囱直接排入到大气中，不仅对大气产生污染，而且也浪费能源。废热锅炉的应用，有效的将余热回收，并加以利用，不仅有效地解决了大气污染问题，而且能降低单位能耗成本，提高公司经济效益。
废热锅炉管板与换热管开裂原因分析及处理
（一）设备安装原因。按照换热器等温差变化大的设备安装要求，该类设备安装时一侧底座应该是可以随温差变化自由移动，而某公司在安装第二台废热锅炉时由于经验不足，首先在设备底座与基础之间加装的垫铁不规范，大小不一，不平整，不能保证设备在运行后由温差变化自由膨胀，其次是人为将设备底座与基础和垫铁焊死，彻底使得设备在受热后壳体无法自由伸缩，这也是该设备出现故障的原因之一。
（二）设计制造原因。某公司使用的第二台至第四台废热锅炉在设计上做了如下的改动：
①换热面积由 79 m2增加至 107 m2；
②T204 调节阀结构从原来的与中心管呈 45°改为与中心管同一中心；
③气体出口管由水平改为竖直，这样气体走向发生变化；
④管板材质由第二台的 20 g 改为 16MnR。
在制造方面，第二、三台废锅出口管板与换热管焊缝大面积开裂，个别焊口管与焊口完全脱开，因此我们觉得该设备存在制造缺陷。按中压容器制造标准要求，换热管与管板之间应先进行胀接工艺，然后再进行焊接工艺，从损坏的几台废锅出口换热管实测内径看，内径尺寸竟然为负偏差，这足以证明第二、三台废热锅炉存在一定的制造问题。
（三）焊接质量与操作原因。从废热锅炉出口管板泄漏位置来看，所有裂纹均发生在管板与换热管焊口上或焊口附近，并且在第二台废锅发生故障后，第三台废锅发生的问题与第二台基本一致，因此我们怀疑废锅在制造过程中可能存在焊接质量问题。另外，在操作上自 2002 年以来硝铵装置生产负荷逐渐加大，势必造成废锅超负荷运行，因此在超负荷生产情况下难免发生工艺调节不及时，废锅出口时有超温现象，在第二台废锅拆开检查时也发现调节气体温度的 T204 调节阀保护套筒被烧鼓包。套筒的材质为 Cr25Ni20 不锈钢，内置耐热混凝土，这足以说明气体温度已远远超过了设计值 390℃，这也可能是引起管板焊缝开裂的原因之一。
废热锅炉管板与换热管焊口开裂的处理首先采取手工砂轮机对漏点逐一打磨清除裂纹，打出焊接坡口，然后采用 T422 焊条（烘干）对漏点进行焊接，共补焊 156 处，焊接完毕后打压发现焊完的焊缝又有多处开焊，补焊失败。接着制定了新的修补方案，即重新着色探伤，打磨裂纹，打磨出新的坡口，采用奥 302 焊条（烘干）对裂纹进行补焊，共焊接裂纹 112 处，经反复多次补焊后，废锅水压 2.5 Mpa实验裂口处无泄漏，最后用气焊烤把对整个废锅出口管板作 150℃热处理，最后完成对废锅的修复工作。
废热锅炉换热事故的原因分析
（一）热管外壁结垢原因分析
对废热锅炉用DW2进行了水质分析,其结果为基本合格。重庆蓝星公司对垢样进行了分析,主要是硫酸盐、铁锈、碳酸盐及硅酸盐综合垢。造成换热管大面积结垢,是在修复转化气对流段翅片管时,检修单位在翅片管内塞了陶纤(氩弧焊
用),未彻底清除干净。转化炉对流段翅片管废锅与转化气废锅共用一个汽包F105,对流段翅片管废锅的锅炉水是通过P101APB泵强制循环供水,陶纤料不可能沉积在翅片管内。而转化气废热锅炉E101是通过热力作用自身循环,致使对流段翅片管内陶纤大量沉积在E101底部,尽管在E101底部有排污口,但废热锅炉端部的杂质很难排尽,由于温度高,使其在高温端结垢更严重,并且堆积大量的白色粉状沉积物。
（二）换热管裂纹分析
从废热锅炉的换热管、耐火浇注料、保护板及保护管的损坏情况可以得到下述结论:进气端保护板与管板间耐火浇注料脱落处,就是进口保护管退出、弯曲变形、开裂处,也是保护板变形、材料变化处,管子发生裂纹也在此区间内,这几者完全统一。换热管裂纹有两种类型:一种是管子端面的径向裂纹,另一种是在距进口管端10~12mm处的环向裂纹。从图2可看出,管子环向裂纹几乎是在换热管与管板焊缝根部,就在焊接最薄弱的区间。
废热锅炉自投运就表现出耐火浇注料效果极差,进口管箱顶部温度超过设计允许值,结合进口管箱内浇注料的损坏情况,浇注料是引发这次事故的直接原因。由于耐火浇注料的选材及施工存在问题,管板处耐火层局部脱落,高温转化气冲击管板及换热管,使其温度升高,换热管允用应力[R]下降。换热管在运行时是受拉应力,使换热管产生裂纹或裂缝,高压锅炉水从裂纹或裂缝处进入管程产生高压蒸汽,作用在换热管、浇注料、保护管及保护板上,耐火浇注料脱落加剧;保护管退出并在冷热作用下弯曲、变形;保护板脱落、变形、变质,高温转化气体进一步冲击管板,使换热管温度升高,最终导致更多换热管局部环向裂纹或断裂,换热管进气端面产生径向裂纹。
废热锅炉换热事故的抢修处理方案
（一）耐火浇注料的处理
（1）耐火浇注料的浇注
耐火浇注料的浇注是这次修复的重要控制环节之一。对浇注层的制模、保护管的安装、浇注料的拌制以及浇注料的养护等制定了严格的施工管理规定,并全过程实行质量监控,确保了施工质量。并根据耐火浇注料特性,制定了烘炉方案及烘炉曲线。
（2）耐火浇注料的选取
从上述事故原因分析可知,废热锅炉抢修修复的关键就是耐火浇注料的选取。原用的浇注料是ZJQ-1000型氧化铝空心球轻质隔热浇注料, 耐火度及抗压强度都较低,不能满足转化气废热锅炉的工况要求。
（二）废热锅炉壳程的化学清洗
废热锅炉换热管结垢较严重,采取化学清洗的方法除去水垢,否则会影响废热锅炉的运行周期。
（三）换热管裂纹的处理
（1）换热管环向全部断裂的处理
管子环向全部断裂的裂纹,采用风动铣铣出焊接坡口,然后补焊,坡口如图3所示。焊接采用氩弧焊,第1层采用Cr25-Ni20焊絲打底焊,第2层采用WELTIG82焊丝盖面工艺。消氢处理,打磨焊缝与原管子内表面平整,24h后着色检查,最后进行水压试验,以无漏为合格。工艺流程:检漏--确定漏点--铣削坡口--着色--预热--补焊--第1层着色--补焊--第2层消氢--打磨平滑--着色检查--水压试验。
（2）换热管端面径向裂纹及焊缝表面气孔的处理换热管端面径向裂纹采用手工打磨的方法,将有裂纹、气孔部分彻底打磨干净,着色检查无裂纹后,再进行表面补焊,焊前预热到200e,采用WELTIG82焊丝进行氩弧焊修补。补焊后,保证原焊缝高度和焊肉宽度,并进行250~300e消氢处理,焊缝打磨光滑,冷却24h后进行着色检查,以无缺陷为合格。最后进行水压试验,以无渗漏为合格。工艺流程:着色--裂纹标注--打磨--着色--预热--补焊--消氢--打磨--着色--水压试验。
结束语
废热锅炉修复投运后,进口管箱外壁温度下降到120e左右,取消了喷淋水,减少了废热锅炉的热损失,保证了废热锅炉的安全运行。实践证明,笔者对废热锅炉事故原因的分析是准确的,对换热管的修复、浇注料的选取及施工、壳程的化学清洗都是完全可行的。
参考文献:
[1]邓宏毅．废热锅炉事故分析及处理[J]．科技创新导报，2008(21)．
[2]梁一凡. 废热锅炉换热不良的原因分析及对策[J].科技创新导报，2008(10)．
[3]孙先乔. 废热锅炉换热管爆裂分析[J].广东建材，2008(8).
[4]冯铁军，常军营. 废热锅炉换热管开裂原因分析及处理方法[J].中州建设，2007(11).
关键词：锅炉；换热；事故
中图分类号：U664.5+8文献标识码:A
引言
废热锅炉是废热回收的主要设备，在整个生产流程中起着十分重要的作用。在以前的玻璃制品生产过程中，由窑炉排出的大量余热随废气经烟囱直接排入到大气中，不仅对大气产生污染，而且也浪费能源。废热锅炉的应用，有效的将余热回收，并加以利用，不仅有效地解决了大气污染问题，而且能降低单位能耗成本，提高公司经济效益。
废热锅炉管板与换热管开裂原因分析及处理
（一）设备安装原因。按照换热器等温差变化大的设备安装要求，该类设备安装时一侧底座应该是可以随温差变化自由移动，而某公司在安装第二台废热锅炉时由于经验不足，首先在设备底座与基础之间加装的垫铁不规范，大小不一，不平整，不能保证设备在运行后由温差变化自由膨胀，其次是人为将设备底座与基础和垫铁焊死，彻底使得设备在受热后壳体无法自由伸缩，这也是该设备出现故障的原因之一。
（二）设计制造原因。某公司使用的第二台至第四台废热锅炉在设计上做了如下的改动：
①换热面积由 79 m2增加至 107 m2；
②T204 调节阀结构从原来的与中心管呈 45°改为与中心管同一中心；
③气体出口管由水平改为竖直，这样气体走向发生变化；
④管板材质由第二台的 20 g 改为 16MnR。
在制造方面，第二、三台废锅出口管板与换热管焊缝大面积开裂，个别焊口管与焊口完全脱开，因此我们觉得该设备存在制造缺陷。按中压容器制造标准要求，换热管与管板之间应先进行胀接工艺，然后再进行焊接工艺，从损坏的几台废锅出口换热管实测内径看，内径尺寸竟然为负偏差，这足以证明第二、三台废热锅炉存在一定的制造问题。
（三）焊接质量与操作原因。从废热锅炉出口管板泄漏位置来看，所有裂纹均发生在管板与换热管焊口上或焊口附近，并且在第二台废锅发生故障后，第三台废锅发生的问题与第二台基本一致，因此我们怀疑废锅在制造过程中可能存在焊接质量问题。另外，在操作上自 2002 年以来硝铵装置生产负荷逐渐加大，势必造成废锅超负荷运行，因此在超负荷生产情况下难免发生工艺调节不及时，废锅出口时有超温现象，在第二台废锅拆开检查时也发现调节气体温度的 T204 调节阀保护套筒被烧鼓包。套筒的材质为 Cr25Ni20 不锈钢，内置耐热混凝土，这足以说明气体温度已远远超过了设计值 390℃，这也可能是引起管板焊缝开裂的原因之一。
废热锅炉管板与换热管焊口开裂的处理首先采取手工砂轮机对漏点逐一打磨清除裂纹，打出焊接坡口，然后采用 T422 焊条（烘干）对漏点进行焊接，共补焊 156 处，焊接完毕后打压发现焊完的焊缝又有多处开焊，补焊失败。接着制定了新的修补方案，即重新着色探伤，打磨裂纹，打磨出新的坡口，采用奥 302 焊条（烘干）对裂纹进行补焊，共焊接裂纹 112 处，经反复多次补焊后，废锅水压 2.5 Mpa实验裂口处无泄漏，最后用气焊烤把对整个废锅出口管板作 150℃热处理，最后完成对废锅的修复工作。
废热锅炉换热事故的原因分析
（一）热管外壁结垢原因分析
对废热锅炉用DW2进行了水质分析,其结果为基本合格。重庆蓝星公司对垢样进行了分析,主要是硫酸盐、铁锈、碳酸盐及硅酸盐综合垢。造成换热管大面积结垢,是在修复转化气对流段翅片管时,检修单位在翅片管内塞了陶纤(氩弧焊
用),未彻底清除干净。转化炉对流段翅片管废锅与转化气废锅共用一个汽包F105,对流段翅片管废锅的锅炉水是通过P101APB泵强制循环供水,陶纤料不可能沉积在翅片管内。而转化气废热锅炉E101是通过热力作用自身循环,致使对流段翅片管内陶纤大量沉积在E101底部,尽管在E101底部有排污口,但废热锅炉端部的杂质很难排尽,由于温度高,使其在高温端结垢更严重,并且堆积大量的白色粉状沉积物。
（二）换热管裂纹分析
从废热锅炉的换热管、耐火浇注料、保护板及保护管的损坏情况可以得到下述结论:进气端保护板与管板间耐火浇注料脱落处,就是进口保护管退出、弯曲变形、开裂处,也是保护板变形、材料变化处,管子发生裂纹也在此区间内,这几者完全统一。换热管裂纹有两种类型:一种是管子端面的径向裂纹,另一种是在距进口管端10~12mm处的环向裂纹。从图2可看出,管子环向裂纹几乎是在换热管与管板焊缝根部,就在焊接最薄弱的区间。
废热锅炉自投运就表现出耐火浇注料效果极差,进口管箱顶部温度超过设计允许值,结合进口管箱内浇注料的损坏情况,浇注料是引发这次事故的直接原因。由于耐火浇注料的选材及施工存在问题,管板处耐火层局部脱落,高温转化气冲击管板及换热管,使其温度升高,换热管允用应力[R]下降。换热管在运行时是受拉应力,使换热管产生裂纹或裂缝,高压锅炉水从裂纹或裂缝处进入管程产生高压蒸汽,作用在换热管、浇注料、保护管及保护板上,耐火浇注料脱落加剧;保护管退出并在冷热作用下弯曲、变形;保护板脱落、变形、变质,高温转化气体进一步冲击管板,使换热管温度升高,最终导致更多换热管局部环向裂纹或断裂,换热管进气端面产生径向裂纹。
废热锅炉换热事故的抢修处理方案
（一）耐火浇注料的处理
（1）耐火浇注料的浇注
耐火浇注料的浇注是这次修复的重要控制环节之一。对浇注层的制模、保护管的安装、浇注料的拌制以及浇注料的养护等制定了严格的施工管理规定,并全过程实行质量监控,确保了施工质量。并根据耐火浇注料特性,制定了烘炉方案及烘炉曲线。
（2）耐火浇注料的选取
从上述事故原因分析可知,废热锅炉抢修修复的关键就是耐火浇注料的选取。原用的浇注料是ZJQ-1000型氧化铝空心球轻质隔热浇注料, 耐火度及抗压强度都较低,不能满足转化气废热锅炉的工况要求。
（二）废热锅炉壳程的化学清洗
废热锅炉换热管结垢较严重,采取化学清洗的方法除去水垢,否则会影响废热锅炉的运行周期。
（三）换热管裂纹的处理
（1）换热管环向全部断裂的处理
管子环向全部断裂的裂纹,采用风动铣铣出焊接坡口,然后补焊,坡口如图3所示。焊接采用氩弧焊,第1层采用Cr25-Ni20焊絲打底焊,第2层采用WELTIG82焊丝盖面工艺。消氢处理,打磨焊缝与原管子内表面平整,24h后着色检查,最后进行水压试验,以无漏为合格。工艺流程:检漏--确定漏点--铣削坡口--着色--预热--补焊--第1层着色--补焊--第2层消氢--打磨平滑--着色检查--水压试验。
（2）换热管端面径向裂纹及焊缝表面气孔的处理换热管端面径向裂纹采用手工打磨的方法,将有裂纹、气孔部分彻底打磨干净,着色检查无裂纹后,再进行表面补焊,焊前预热到200e,采用WELTIG82焊丝进行氩弧焊修补。补焊后,保证原焊缝高度和焊肉宽度,并进行250~300e消氢处理,焊缝打磨光滑,冷却24h后进行着色检查,以无缺陷为合格。最后进行水压试验,以无渗漏为合格。工艺流程:着色--裂纹标注--打磨--着色--预热--补焊--消氢--打磨--着色--水压试验。
结束语
废热锅炉修复投运后,进口管箱外壁温度下降到120e左右,取消了喷淋水,减少了废热锅炉的热损失,保证了废热锅炉的安全运行。实践证明,笔者对废热锅炉事故原因的分析是准确的,对换热管的修复、浇注料的选取及施工、壳程的化学清洗都是完全可行的。
参考文献:
[1]邓宏毅．废热锅炉事故分析及处理[J]．科技创新导报，2008(21)．
[2]梁一凡. 废热锅炉换热不良的原因分析及对策[J].科技创新导报，2008(10)．
[3]孙先乔. 废热锅炉换热管爆裂分析[J].广东建材，2008(8).
[4]冯铁军，常军营. 废热锅炉换热管开裂原因分析及处理方法[J].中州建设，2007(11).