【鍋爐爆炸原因分析概述3500字】

鍋爐爆炸原因分析概述目錄TOC\o"1-3"\h\u24699鍋爐爆炸原因分析概述 115691.1鍋爐內(nèi)發(fā)生的反應(yīng) 1145781.2水垢對鍋爐工作的影響 249691.3爆炸原因分析 2206591.1.1垢下腐蝕的機理 2627(1)陽極在沉積物下0H離子濃度較高處，其反應(yīng)是: 2325(2）陰極是未被沉積物覆蓋的金屬表面，其反應(yīng)是: 331101.1.3金屬蠕變對鍋爐的影響 41.1鍋爐內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)水垢的物理產(chǎn)生與物質(zhì)形成實際上可說是一個極為復(fù)雜的化學(xué)物理和自然化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)集合,主要原因是由于內(nèi)因和外力兩個多種各方面的原因綜合組成。第一種為內(nèi)因也是導(dǎo)致加熱鍋爐之中水垢快速形成的根本原因，水中所含有的諸如鈣、鎂等各種離子或者是有可能因為是其他重金屬離子而直接引起的某種無機化學(xué)反應(yīng),第二種為外在原因,即為水中所含有的這些鹽類雜質(zhì)被直接由水?dāng)y帶后再直接進入加熱鍋爐之中,而且這些鹽類還會受到多方面因素的影響，比如水溫快速升高時，水被快速蒸發(fā)，這些鹽類會加速析出，一旦加速析出，就會更快的聚在鍋爐內(nèi)壁上，水蒸發(fā)成為蒸汽，流動速度加快，同時會帶動這些雜質(zhì)更快的流動，濃縮，析出。久而久之，水中的這些鹽類變得越來越多,當(dāng)這些鹽類的濃度超過這些鹽類的溶解度的時候，它們就會大量的析出，慢慢的聚集在一起，一部分有可能直接附著在鍋爐內(nèi)部的一些部位上成為水垢，一部分可能隨著水的流動附著到新的鍋爐內(nèi)的部位上，形成新的二次水垢。鍋爐廠的用水基本上都是采用西寧市的地下水作為主要來源用水,西寧市位于上游地區(qū),在上游，中游地區(qū)這些地下水一開始就受到許多大的河流的供應(yīng)，所以顆粒物雜質(zhì)之類的東西不多，含量很低，水流的路徑很短而且很暢通，人為產(chǎn)生的垃圾也污染不到它，所以水質(zhì)比較優(yōu)良，整體水質(zhì)和山區(qū)的地表水很像，化學(xué)成分也相差無幾，礦化度小于500mg/l，總硬度(CaCO3計）小于450mg/l。【11】所以鍋爐內(nèi)主要沉淀反應(yīng)Ca(HCO3)2→CaCO3↑+CO2↓+H2OMg(HCO3)2→MgCO3↑+CO2↓+H2O其中生成的MgCO3是不穩(wěn)定的;MgCO3+H2O→Mg(OH)2↑+CO2↓所以垢的成分主要為CaCO3，MgCO3和Mg(OH)2的混合物，呈弱堿性。1.2水垢對鍋爐工作的影響(1)由于水垢屬于不良受熱導(dǎo)體,其導(dǎo)熱系數(shù)通常比一般受熱鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)小很多,水垢堆積在金屬表面，大大降低了整體的導(dǎo)熱性，這就造成了要想達到同樣的效果，必須要多消耗很多燃料，所以非常浪費，降低了鍋爐整體的熱效率。(2)由于鍋爐水垢的導(dǎo)熱性能非常差,燃料在整個鍋爐過程中的持續(xù)燃燒所產(chǎn)生的大量熱量不能很好地直接通過這些金屬表面向整個鍋爐內(nèi)部傳遞給水,導(dǎo)致這些金屬直接受到剩余熱量致使溫度不斷升高而直接發(fā)生溫度過熱,金屬結(jié)構(gòu)的強度隨之下降,發(fā)生垢下腐蝕,引起部分鍋筒和鍋爐水冷壁表面直接發(fā)生變形、鼓包,使得鍋爐管內(nèi)壁斷面大大縮小,這樣就可能會直接造成鍋爐水循環(huán)不良甚至鍋爐沒有任何辦法再通過水而引起由于水冷壁管被燒穿的不良事故,嚴(yán)重時水垢還有可能直接造成鍋爐爆管。水垢堆積在金屬表面之后，或者是別的雜質(zhì)堆積在金屬表面，就會使被覆蓋的金屬更容易被腐蝕，這種現(xiàn)象我們稱之為垢下腐蝕，因為雜質(zhì)或者是水垢的成分不同，垢下腐蝕有酸性和堿性兩種，主要辨別因素就是鍋爐用水中含有物質(zhì)的PH值。【12】1.3爆炸原因分析1.1.1垢下腐蝕的機理從圖（b）中可看出，鍋爐內(nèi)部有一些紅褐色的覆蓋物，而鐵被腐蝕之后的產(chǎn)物也成紅褐色，而且通過它的腐蝕形態(tài)，大致猜測，可能是垢下腐蝕。一般鍋爐用的鋼材，在制作時會有一層膜，作為它的保護膜，一旦有一部分水垢堆積在膜上，膜很容易被溶解掉，被溶解掉之后，鋼材就暴露在了擁有很多雜質(zhì)的鍋爐用水中，這就是垢下腐蝕的機理，因此，很容易發(fā)生下面這一系列反應(yīng)。(1)陽極在沉積物下0H離子濃度較高處，其反應(yīng)是:Fe-2e—Fe2+即鐵失去電子與高濃度的0H離子生成如下反應(yīng):Fe++20H-—Fe(OH)2Fe(OH)2是不穩(wěn)定的，容易進一步和水中某些物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，被稱之為腐蝕的二次過程，生成的產(chǎn)物我們把它叫做二次產(chǎn)物，即:4Fe(OH)2+2H20+02—4Fe(OH)3Fe(OH)2+2Fe(OH)3—Fe304+4H2O如果鍋爐發(fā)生的是堿性的垢下腐蝕，那么還有可能產(chǎn)物里面的氫氧化亞鐵和空氣接觸之后會發(fā)生以下變化，從白色產(chǎn)物變成紅褐色產(chǎn)物，即:4Fe(OH)2+2H2O+02—4Fe(OH)3(2）陰極是未被沉積物覆蓋的金屬表面，其反應(yīng)是:2H++2e—H2這個反應(yīng)會生成氫氣，氫氣沒有辦法被阻攔，所以氫氣就會混入水和水蒸氣的混合物里面被帶走，而僅發(fā)生這個反應(yīng)時陰極也沒有什么變化，所以也不好檢測。【13】爆口處設(shè)計基本壁厚為10mm，測試爆口斷面壁厚為4—10mm，局部壁厚有明顯減薄現(xiàn)象。由于未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕痕跡，而且到鍋爐爆炸前的鍋爐運行時間為半年，可以斷定壁厚明顯減薄非腐蝕所為.1.1.2水垢對傳熱的影響（d）鋼管的金相檢測（e）鋼板的金相檢測圖3鋼管鋼板的金相分析Fig.3Metallographicanalysisofsteelpipesteelplate根據(jù)圖（d），（e）對鍋爐金屬材料進行材料化驗和金相組織分析后確認(rèn)鍋筒材質(zhì)為20g，金相組織為鐵素體和珠光體組織，成分和組織符合設(shè)計要求。從金相圖分析，取樣材料鐵素體晶粒有增大現(xiàn)象，晶粒增大致使金屬材料的強度有所下降。相比較于鋼鐵而言，水垢的導(dǎo)熱系數(shù)要低很多很多，況且水垢的成分差距也很大，這同樣會影響它的導(dǎo)熱性能，所以為了研究導(dǎo)熱系數(shù)，只能假設(shè)舉例，就比如鍋爐的對流管上的熱量傳遞，有沒有水垢對于導(dǎo)熱系數(shù)的影響可以進行計算估算：表3水垢與鍋爐導(dǎo)熱系數(shù)對比Table.3Comparisonofthermalconductivitybetweenscaleandboiler水垢與鍋爐鋼導(dǎo)熱系數(shù)對比成分導(dǎo)熱系數(shù)/(W·m-1K-1)對比鋼鐵鋼鐵45.9-.68.91碳酸鹽水垢0.59-6.791/120-1/7硫酸鹽水垢0.61-1.11/120-1/16硅酸鹽水垢0.060-0.2291/1200-1/200混合水垢0.79-0.3521/85-1/132Q=K·H·ΔT（1）K=11α1+δ1λ1+式中:Q——總換熱量，J;K——總傳熱系數(shù)，W/(mK);H——總傳熱面積，;ΔT——傳熱溫差，℃;α1、α2——分別為對流管煙氣側(cè)、水汽側(cè)傳熱系數(shù)，W/(m2K);δ1、δ2——分別為管壁厚度和水垢厚度，mm;λ1、λ2——分別為鋼管和水垢導(dǎo)熱系數(shù)，W/(mK)。由式(1)和式(2)可知，在其他參數(shù)不變的情況下，水垢厚度δ2越大或水垢導(dǎo)熱系數(shù)λ2越小，則總傳熱系數(shù)K越小，有效換熱量Q越小。當(dāng)存在1mm厚度水垢時，設(shè)相關(guān)參數(shù)為ΔT=(700-194)=506℃，δ1=0.005m，δ2=0.001m，鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)λ1=58W/(mK)，水垢導(dǎo)熱系數(shù)λ2=0.79W/(mK)，H=1m，α1=50W/m2K)α2=580OW/(m2K)，則Q有/Q無≈0.942，當(dāng)水垢厚度為3mm，5mm，7mm時，該值分別為0.839，0.766，0.701。由此看來,同樣的溫差和加熱設(shè)備工作狀態(tài)下,有沒有水垢的存在，水垢存在的數(shù)量都會影響到鍋爐加熱時整體的傳熱效率，水垢越多，導(dǎo)熱性就越差，換熱效率就越低，所以，鍋爐內(nèi)部堆積水垢時，鍋爐的被加熱的部位的傳熱性能會被水垢影響大大降低，這樣一來，燃料燃燒后難免會殘留的剩余熱量也不能很有效率的傳遞出去，排不出去的熱量全都留到煙氣中去，大大增加了燃料的使用量，造成巨大的浪費，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽的品質(zhì)也會大大降低，綜上所述這個鍋爐的整體效率也是要大打折扣1.1.3金屬蠕變對鍋爐的影響依據(jù)GB713-2008《鍋爐和壓力容器用鋼板》，20g和20R合并為Q245R。分析西鋼金屬材料檢驗報告及原始資料的數(shù)據(jù)對比，鍋筒材質(zhì)符合設(shè)計制造要求。其各項力學(xué)性能見表4。表4Q245R不同溫度下許用應(yīng)力Table.4AllowablestressatdifferenttemperaturesofQ245R溫度（C。）100150200250300350400425450許用應(yīng)力（MPa）14714013111710898918561鍋筒爆破口部位的壁厚測試表明其最小壁厚為4mm，儀表顯示為0.82MPa，安全閥未啟動狀態(tài)（啟動壓力0.95MPa），可以初步判斷壓力達到0.82MPa時，鍋筒壁厚減薄至4mm而達到結(jié)構(gòu)及材料的極限位置發(fā)生爆炸。從斷口形狀宏觀檢查及金相分析結(jié)合判斷為韌性斷裂，由此反推此時許用應(yīng)力及可能到達的溫度范圍。（3）當(dāng)時，依據(jù)表4可以初步判斷此時材料溫度應(yīng)在350~400℃。一般情況下，碳鋼的最低蠕變溫度為300~350℃，當(dāng)鍋筒底部受熱區(qū)溫度達到350~400℃時已經(jīng)完全到達該金屬材料的蠕變溫度極限。據(jù)現(xiàn)場對比判斷，事故鍋爐經(jīng)過半年時間的運行，結(jié)有水垢達5~15mm，致使鍋筒下部受熱輻射區(qū)局部過熱。另鍋爐排污管道由于清理不及時，排污管堵塞無法正常排污，一些淤泥等混合物也轉(zhuǎn)化為泥渣，鋼板的導(dǎo)熱系數(shù)為45.9-68.9w/m·℃，水垢的導(dǎo)熱系數(shù)比鋼板的導(dǎo)熱系數(shù)要小很多，這樣即影響傳熱又導(dǎo)致鍋筒局部區(qū)域材料過熱蠕變變形積累。。由此初步推斷，鍋爐正常運行的過程中，由于水垢的堆積，有一部分部位溫度急劇上升，材料的受到高溫的影響，發(fā)生鼓包，材料在鼓包處變薄，由于變薄，材料承受不住壓力，然后發(fā)生了斷裂，然后鍋爐內(nèi)部的水汽混合物沖出，與外界大氣壓結(jié)合，壓力迅速變化，又對斷裂處造成二次傷害，裂口變得更大。現(xiàn)場對該爐的安全附件進行了仔細檢查，檢查后確認(rèn)鍋爐安全閥完好，安全閥限壓1.25、1.27MPa,自動超壓及連鎖保護裝置完好且限壓為0.95MPa，壓力表外觀完整，指針無彎曲變形，水位計水聯(lián)通、汽聯(lián)通沒有堵塞。因此,鍋爐發(fā)生爆炸