前言目前在北京市郊區的一些生活小區的集中供熱鍋爐房仍然執行著許多自然迴圈的熱水鍋爐，結構形式有單鍋筒縱置式、雙鍋筒縱置式、和雙鍋筒橫置式幾種，燃燒裝置多為鏈條爐排，設計煤種大多為各類煙煤。出力一般在0.7-7.
0mw之間，但經執行過幾個採暖期後鍋爐受熱面管發生不同程度的變形、脹粗、甚至穿透性裂紋，嚴重者可導致爆管等水迴圈事故，影響了鍋爐的安全執行和正常供暖。為此,筆者通過典型檢驗事例從鍋爐的結構特點、執行條件等方面入手，著重分析熱水鍋爐水迴圈事故的原因，提出改進措施。
一、事故發生
在××年2月5日北京某集團總公司下屬單位一小區供暖鍋爐房的一台szl2.8-1.0/95/70-aiii熱水鍋爐在執行中突然發生爆管。鍋爐被迫停止執行，給小區供熱造成很大影響。
二、現場勘查情況
筆者對事故鍋爐進行外觀檢查，發現爆管發生在爐膛水冷壁，其情況是：(見圖1)
（一）爐膛水冷壁頂棚管發生不同程度下塌變形，嚴重處的變形量達100-130mm,管子區域性脹粗，其中有一根破裂（部位ⅰ）。爐膛右側位於爐膛燃燒主燃區有3根水冷壁管的直段外凸變形，變形量40mm，變形管段區域性脹粗，有許多處穿透性裂紋（部位ⅱ）。
（二）在進一步對鍋爐水冷壁割管檢查發現：
1.水冷壁頂棚管結垢嚴重，管內壁結垢3-4mm。
2.右側水冷壁管直段結垢2-3mm。管外壁金屬呈暗紅色。
3.經過內部檢驗，其餘受熱面管內壁結垢不超過0.5mm。
三、事故分析
（一）鍋爐概況：
鍋爐型號：szl2.8-1.0/95/70-aiii
鍋爐出廠編號：22-3100
出廠日期：1995.8
鍋爐主體材質：鍋筒：20g 管子：20
投用日期：1996.12
工作壓力：0.3mpa
水處理形式：鈉離子交換器
事故發生：鍋爐投運後的第4個供暖期
（二）管壁結垢直接導致了水冷壁管的過熱損壞
1．鍋爐受熱面金屬的溫度總是高於其中工質的溫度。當管壁受熱面較清潔時候，由於熱量被水吸收而得到充分的冷卻，受熱面金屬的強度在安全工作的範圍內。但是，如果受熱面結了水垢，金屬的狀況就會發生向不安全的變化。
對於碳酸鹽水垢來說，它的熱阻是一般鋼的幾十倍。受熱面水垢的存在阻止了金屬熱量的釋放。直接引起管內壁熱儲量增加，導致管壁溫度增高。
當管壁結1mm的水垢時，管壁溫度將生高100℃以上，而管壁溫度公升高導致鋼材的強度下降。而從現場水冷壁的顏色判斷，損壞管處的壁溫確實曾經超過500℃以上。所以結垢使管壁超溫過熱，強度下降，最終導致破裂。
2.水垢和鋼材的熱膨脹係數不同，這又導致垢層區域性開裂或脫落，這使較低溫度的熱水與溫度相當高的管壁相接觸，引起管壁溫度的巨大變化，並使管內壁受到冷熱應變，產生巨大的應力。以致使管子發生很多裂紋。
3.管壁溫度公升高，管子就會發生伸長，因而造成頂棚管和水冷壁管的凸出變形。
（三）低壓執行下，過冷沸騰是導致水冷壁管結垢的主要原因
1.本爐為上鍋筒進水和出水，屬於自然迴圈的熱水鍋爐。自然迴圈的熱水鍋爐是靠上公升管和下降管水溫不同而造成的重度差形成水迴圈動力。
水迴圈安全可靠的必要條件是各迴路和各迴路的熱偏差管都處於穩定的迴圈狀態。而在熱水鍋爐的上公升管中，當區域性熱負荷較大或工作壓力較低時，在管內可能產生過冷沸騰。因為在壓力低的情況下，水的飽和溫度也降低。
在發生過冷沸騰時，如果靠近管壁的過熱水層厚度不大，則在受熱面形成的氣泡可能直接與欠熱水接觸，此時的氣泡根部是蒸發過程。在氣泡超過過熱水層是蒸汽冷凝過程。氣泡的蒸發和冷凝嚴重時可引起水擊，從而導致鍋爐部件的損壞。
熱水鍋爐進行鍋外化學處理的補水硬度為0.6毫克當量/公升，比蒸汽鍋爐大20倍。管內的過冷沸騰將直接導致在汽化點附近結垢加劇。
因此對於熱水鍋爐來說過冷沸騰是很危險的。而且熱水鍋爐不象蒸汽鍋爐那樣，受熱面的水是汽化蒸發狀態，熱水鍋爐的受熱面管子內不允許發生汽化，並且管內的水溫也不能過高。所以受熱面管子不發生超溫、汽化、或過冷沸騰是保證熱水鍋爐自然迴圈安全性的主要目的。
本台鍋爐右側水冷壁管水迴圈流量小（無引射管接入下降管）。在受熱面管的橫截面上，水溫分布是不同的，管壁處較管中心處水溫高，因此在某段管的橫截面上，當平均水溫尚未達到飽和溫度tbh，而管內壁溫度tb卻超過了飽和溫度。兩者之差達到一定值時，在管內壁開始生成氣泡，發生汽化，當氣泡與欠熱水接觸時冷凝消失，發生過冷沸騰現象。
過冷沸騰的產生直接導致管內壁汽水處的鹽類蒸濃結垢，垢層的持續增厚使熱阻不斷加大，管子的導熱性能下降，最終造成管壁超溫，出現過熱變形，以至發生爆管。
2. 鍋爐水冷壁管過冷沸騰校核計算：
⑴鍋爐執行時避免發生過冷沸騰的條件：tb＜ts＋△tgr－5
式中：tb管內壁面溫度℃，由傳熱方程知tb=t+q/a
ts工作壓力下水的飽和溫度℃
△tgr發生過冷沸騰時管壁過熱度℃
△tgr=0.35×q0.3/p0.15
q：管內壁傳熱熱流密度kcal/m2h
t：流體（欠熱水）水溫度℃
a：管內壁水對流換熱係數a=(7.13+0.0449t)×（wr0.8/dn0.2）
wr：管內流體質量流速kg/m2s
dn：管內徑m
（2）鍋爐在設計壓力下執行時的過冷沸騰校核計算：
鍋爐設計壓力p：1.0mpa
爐膛高溫區管內壁傳熱熱流密度q：
q=9.49×104kcal/m2h（由鍋爐熱力計算查得）
dn：管子內徑 0.045m
受熱面管截面積；f=0.2m2
飽和水溫度ts=183.2℃（查表）
迴圈水量g：96000kg/h
a.發生過冷沸騰管壁過熱度計算：
△tgr=0.35×q0.3/p0.15
=0.35×949000.3/100.15
=7.7℃
b.管內流體質量流速計算；
wr=g/3600f
=96000/3600×0.2
=133.3kg/m2s
c.管內壁水對流換熱係數計算a
a=(7.13+0.0449t)×（wr0.8/dn0.2）
=(7.13+0.0449×81.3)×（133.30.8/0.0450.2）
=1005.8
d.管內壁溫度計算
tb=t+q/a
=83.1+94900/1012.9
=177.5℃
tb＜ts＋△tgr－5=185.9℃
經核算鍋爐在設計壓力下不會發生過冷沸騰，管壁是安全的。
(3)鍋爐在實際工況下過冷沸騰校核計算：
本台鍋爐的實際工作壓力為0.3mpa，壓力為0.3mpa水的飽和溫度ts=142.9℃（查表）。
同理計算管壁過熱度
△tgr=0.35×q0.3/p0.15
=0.35×949000.3/30.15
=9.24℃
所以：tb>ts＋△tgr－5=147.14℃
鍋爐在工作壓力下會發生過冷沸騰，管壁不安全。
由上述過冷沸騰校核計算結果不難看出鍋爐在工作壓力過低（與設計壓力相比）的條件下容易產生過冷沸騰事故。
（四）發生過冷沸騰的一些影響因素：
1．實際工作壓力的影響，工作壓力低，相應的飽和溫度也低。同理，管內最小質量流速wrmin增大。發生過冷沸騰的危險性也加大。
2.過冷沸騰的發生位置，按照計算公式，在一定工作壓力下，wrmin與管內壁傳熱熱流密度q和管內流體平均水溫t成正比。所以熱水鍋爐在熱流密度最大和管內水溫最高處的wrmin最大，最容易發生過冷沸騰。
在事例中變形、爆管部位都處於熱流密度最大處，這些部位發生了過冷沸騰。
3．燃用煤種的影響，本爐使用大同混煤，與設計煤種相比耗煤量減少。為正常執行，增大鼓風量，爐膛總產熱量增加，爐膛溫度公升高，同時增大總煙氣量。煙氣流速加快，傳熱熱流密度提高，管內流體溫度隨之公升高，按經驗公式，管內最小質量流速wrmin增大，發生過冷沸騰的危險性也加大。
綜上所述，鍋爐在低壓執行時容易發生過冷沸騰，它是受熱面管變形、過熱、爆管等水迴圈事故的根本原因。過冷沸騰容易發生在鍋爐管熱流密度最大及水溫最高處。避免發生過冷沸騰的根本辦法是將發生過冷沸騰部位的受熱面管的質量流速提高到一定值。
四、改進措施
（一）為了提高熱水鍋爐迴圈迴路的質量流速，可考慮在鍋筒進水管加引射管，將回水直接引入下降管（本台鍋爐的進水管就沒有引射管）。或者是通過在下降管入口加裝噴射器，所謂噴射器是利用進入鍋筒的給水壓力與鍋筒內水壓之間的壓力差。以較高的速度流出，引射壓力較低的鍋水，增加進入下降管的水流量，達到提高迴圈水速的目的。
（二）使用單位確實搞好水質監督工作。嚴格執行gb1576-2001《工業鍋爐水質》。
（三）在允許的條件下提高鍋爐的執行工作壓力。
五、啟示
目前在一些設計、使用單位存在一些認識誤區,認為在選用鍋爐時,設計引數越大越好，設計壓力越高越好，其實不然。應根據鍋爐實際需要執行壓力選擇與之相匹配的鍋爐。尤其是對於那些功率較小、管網不大的鍋爐房，更應該引起足夠的重視。
另外，目前在鍋爐出廠資料中只規定了鍋爐的最高使用引數，而沒有規定鍋爐最低允許工作壓力，筆者在進口鍋爐檢驗中發現國外一些鍋爐製造廠的出廠資料中規定了鍋爐使用壓力範圍，以保證鍋爐的使用安全。
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