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【摘 要】在对本厂一台DZL4-1.25-AⅡ3锅炉进行内部检验时，发现锅炉管板与烟管连接焊缝因锅炉缺水造成泄漏事故，本文针对此事故原因进行分析，提出了相应的改进措施。
【关键词】锅炉；管板焊缝；缺水；泄漏；预防措施
【中图分类号】 TK22【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0188-02
本厂一台DZL4-1.25-AⅡ3锅炉，现已使用13年，根据《锅炉定期检验规则》要求，锅炉压力容器检验检测人员在对该设备进行内部检验时，发现该锅炉管板与烟管连接焊缝有泄漏痕迹。经过进一步检验，发现该锅炉高低水位报警及低水位联锁保护装置失效；锅炉烟管弯曲变形；锅炉左侧炉墙变形外拱，后烟室炉墙开裂，裂缝宽达20mm。针对这种现象本文进行了原因分析，并提出相应的改进措施，以防日后发生更严重的安全事故，给员工生命安全和工厂经济造成损失。
1 锅炉管板焊缝缺陷原因分析：
1）根据现场调查，造成该锅炉管板与烟管连接焊缝泄漏缺陷的主要原因是本厂司炉人员未按操作规程要求观察水位表，没有及时发现锅炉缺水。由于热胀冷缩，当温度升高时，物体的长度就会伸长，体积就会增大；反之，当温度降低时，物体的长度就会缩短，体积就会缩小。物体因温度升高而引起的长度伸长，称为线膨胀（图1）。而引起体积增大称为体膨胀。固体的膨胀既是线膨胀又是体膨胀，液体和汽体的膨胀仅是体膨胀。
DZL4-13一AIII锅炉管板受热膨胀量计算。该炉锅筒长4160mm，外径1500mm，壁厚16mm，由20℃冷炉生火到1.27MPa压力时，锅筒壁温升至193℃，管板受热运行后的伸长量为？L=？L0（t2-t1）=1.05×10-5×1.5×（193—20）
=0.00272m=2.72mm
当锅炉缺水时管板壁温更高，此时的管板的伸长量也更大，同时烟管也受热伸长，在这种情况下司炉人员未缓慢冷却锅炉或立即停炉而直接补充冷水，使锅炉快速冷却，必将造成过热的管板与烟管连接焊缝因急剧收缩开裂而泄漏。炉膛温度一般为1000℃多度，缺水严重时，管板壁温继续升高，当壁温超过350℃时，管板钢材会发生蠕变现象，使钢材强度降低，当锅内压力大于锅炉受压元件所能承受的压力时造成锅炉破坏和爆炸事故。这是锅炉管板与烟管连接焊缝产生裂纹泄漏事故的重要原因；
2）司炉人员缺乏责任心，操作锅炉时注意力不集中，疏忽大意，不精心监视水位，安全意思淡薄，且司炉人员操作水平低，当发现锅炉缺水时操作不当，未按操作规程要求立即停炉并进行“叫水”操作，检查锅炉缺水情况而直接补充冷水，使锅炉快速冷却，这是锅炉管板与烟管连接焊缝产生裂纹泄漏事故的主要原因；
3）高低水位报警及低水位联锁保护装置失效，不能及时提醒司炉人员补充锅水，同时当锅炉水位在最低水位时未切断锅炉的鼓风机和引风机电源，停止锅炉燃烧，造成锅炉干烧缺水；
4）给水自动调节器失效，当锅炉水位少于低水位时，无法自动补充锅炉给水，保证锅炉在正常水位下运行；
5）水位表模糊，水位表汽水连通管堵塞、水位表各个旋塞损坏造成假水位，使操作人员判断水位失误；
6）锅炉排污管道、排污阀泄漏，在排污操作时，未及时关闭、关严排污阀。
7）金属疲劳作用。金属在承受大小和方向都随时间发生周期性变化的交变载荷作用下，尽管载荷所产生的应力不大，低于材料的屈服极限，但长期受这种载荷的作用，往往会在它的表面、晶界及非金属夹杂物等处产生不均匀的滑移而引起裂纹，这就是金属疲劳。而疲劳裂纹的核心常常产生在几何形状不连续处等应力集中部位。
这次出现泄漏事故的锅炉管板与烟管连接焊缝就符合这种应力集中部位的特征，且该台锅炉使用至今已有13年，管板处的角焊缝长期承受水位波动、压力波动、温度变化和周期性的外载荷所引起的反复作用的载荷，再加上管板处的应力集中比较严重，因而容易产生疲劳裂纹核心。
此时，如果叠加出现上述的人为失误，就会加速焊缝裂纹的产生，从而出现类似的事故发生。
2 改进措施
为防止锅炉管板与烟管连接焊缝因锅炉缺水造成的泄漏事故的发生，可以采取以下措施：
l）经常对操作人员进行安全教育和技术培训，提高司炉工的安全意识及责任心和司炉操作水平，严格操作规程，加强锅炉的巡回检查，杜绝疲劳操作。
2）当发现锅炉缺水时，应先立即暂时停炉并进行“叫水”操作，判断锅炉缺水程度，然后针对锅炉缺水情况进行处理。“叫水”操作只适用于锅炉水位表的通水孔高于锅炉受热面最高火界和水容量较大的锅炉。
“叫水”操作方法和原理：先开启水位表的放水旋塞，后关闭水位表的汽旋塞，再关闭水位表的放水旋塞，一开一关重复几次，此时注意水位表内是否出现了水位，最后开启汽旋塞，关闭放水旋塞。“叫水”操作的原理是，先开启水位表的放水旋塞目的是为了冲洗水位表，关闭水位表的汽旋塞时，使水位表与锅炉的汽连通管切断，此时水位表的水旋塞并没有关闭，与锅炉的水连通管畅通，当再打开放水旋塞时，水位表与大气相通，水位表内的压力很快下降。当关闭放水旋塞的瞬时，水位表内的压力与锅炉内的压力不平衡，就会发生自动平衡现象，同时水位表内得到冷却，蒸汽发生凝结，造成“真空”现象。此时，如果锅炉内的水位在水位表水连通管口附近时，会把水带入水位表，说明锅炉内缺水程度并不十分严重。如果锅炉内的水位在水位表水连通管口以下时，不可能把水带入水位表，说明锅炉内缺水程度比较严重。“叫水”操作要点是不要拧动水位表的水旋塞。
可以进行“叫水”操作的锅炉，经“叫水”后，水位表中出现水位时，可以缓慢开启锅炉给水阀，当水位恢复正常后，启动锅炉的燃烧设备继续投入使用。如果缓慢开启锅炉给水阀时，锅内有强烈的响声或加大给水时仍不见水位升上来，则绝不可启动锅炉的燃烧设备，必须紧急停炉待检查，严格禁止向锅炉内上水。不允许进行“叫水”操作的锅炉，应紧急停炉。
3）企业应充分认识到锅炉各种安全装置的重要性，特别是高低水位报警装置、低水位联锁保护装置和给水自动调节器的重要性，定期试验和维护， 以保证其在锅炉出现安全隐患时能及时准确地报警和起到保护作用。
4）定时冲洗和维护水位表，保证水位表的水位清晰可见，防止出现假水位。
5）加强锅炉运行管理，做好定期排污工作，关闭、关严排污阀。
6）加强锅炉特别是老旧锅炉的定期检验工作，及时发现初期的疲劳裂纹等缺陷，尽早排除安全隐患。
3 结束语
锅炉管板与烟管连接焊缝泄漏缺陷的主要原因是锅炉缺水，是司炉人员操作失误，由于热胀冷缩的作用，导致管板与烟管连接焊缝因急剧收缩开裂而泄漏。要保证锅炉的安全运行，企业应做好锅炉的安全管理工作，定期试验和维护锅炉的安全附件和仪表。司炉人员应严格遵守操作规程，一旦发现锅炉缺水，无论什么情况，应先立即暂时停炉，对可以进行“叫水”操作的锅炉进行“叫水”操作，检查锅炉缺水程度，然后针对锅炉缺水情况再进行处理，严格禁止盲目向锅炉内上水， 以防造成不必要的安全事故，给人民生命安全和经济造成损失。
参考文献
[1] 中华人民共和国劳动部.蒸汽锅炉安全技术监察规程
[2] 《锅炉定期检验规则》
[3] 刘龙淼.锅炉故障处理大全[M].北京：兵器工业出版社，1993
[4] 鹿道智.工业锅炉司炉教程[M].北京：航空工业出版社，2005
【关键词】锅炉；管板焊缝；缺水；泄漏；预防措施
【中图分类号】 TK22【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0188-02
本厂一台DZL4-1.25-AⅡ3锅炉，现已使用13年，根据《锅炉定期检验规则》要求，锅炉压力容器检验检测人员在对该设备进行内部检验时，发现该锅炉管板与烟管连接焊缝有泄漏痕迹。经过进一步检验，发现该锅炉高低水位报警及低水位联锁保护装置失效；锅炉烟管弯曲变形；锅炉左侧炉墙变形外拱，后烟室炉墙开裂，裂缝宽达20mm。针对这种现象本文进行了原因分析，并提出相应的改进措施，以防日后发生更严重的安全事故，给员工生命安全和工厂经济造成损失。
1 锅炉管板焊缝缺陷原因分析：
1）根据现场调查，造成该锅炉管板与烟管连接焊缝泄漏缺陷的主要原因是本厂司炉人员未按操作规程要求观察水位表，没有及时发现锅炉缺水。由于热胀冷缩，当温度升高时，物体的长度就会伸长，体积就会增大；反之，当温度降低时，物体的长度就会缩短，体积就会缩小。物体因温度升高而引起的长度伸长，称为线膨胀（图1）。而引起体积增大称为体膨胀。固体的膨胀既是线膨胀又是体膨胀，液体和汽体的膨胀仅是体膨胀。
DZL4-13一AIII锅炉管板受热膨胀量计算。该炉锅筒长4160mm，外径1500mm，壁厚16mm，由20℃冷炉生火到1.27MPa压力时，锅筒壁温升至193℃，管板受热运行后的伸长量为？L=？L0（t2-t1）=1.05×10-5×1.5×（193—20）
=0.00272m=2.72mm
当锅炉缺水时管板壁温更高，此时的管板的伸长量也更大，同时烟管也受热伸长，在这种情况下司炉人员未缓慢冷却锅炉或立即停炉而直接补充冷水，使锅炉快速冷却，必将造成过热的管板与烟管连接焊缝因急剧收缩开裂而泄漏。炉膛温度一般为1000℃多度，缺水严重时，管板壁温继续升高，当壁温超过350℃时，管板钢材会发生蠕变现象，使钢材强度降低，当锅内压力大于锅炉受压元件所能承受的压力时造成锅炉破坏和爆炸事故。这是锅炉管板与烟管连接焊缝产生裂纹泄漏事故的重要原因；
2）司炉人员缺乏责任心，操作锅炉时注意力不集中，疏忽大意，不精心监视水位，安全意思淡薄，且司炉人员操作水平低，当发现锅炉缺水时操作不当，未按操作规程要求立即停炉并进行“叫水”操作，检查锅炉缺水情况而直接补充冷水，使锅炉快速冷却，这是锅炉管板与烟管连接焊缝产生裂纹泄漏事故的主要原因；
3）高低水位报警及低水位联锁保护装置失效，不能及时提醒司炉人员补充锅水，同时当锅炉水位在最低水位时未切断锅炉的鼓风机和引风机电源，停止锅炉燃烧，造成锅炉干烧缺水；
4）给水自动调节器失效，当锅炉水位少于低水位时，无法自动补充锅炉给水，保证锅炉在正常水位下运行；
5）水位表模糊，水位表汽水连通管堵塞、水位表各个旋塞损坏造成假水位，使操作人员判断水位失误；
6）锅炉排污管道、排污阀泄漏，在排污操作时，未及时关闭、关严排污阀。
7）金属疲劳作用。金属在承受大小和方向都随时间发生周期性变化的交变载荷作用下，尽管载荷所产生的应力不大，低于材料的屈服极限，但长期受这种载荷的作用，往往会在它的表面、晶界及非金属夹杂物等处产生不均匀的滑移而引起裂纹，这就是金属疲劳。而疲劳裂纹的核心常常产生在几何形状不连续处等应力集中部位。
这次出现泄漏事故的锅炉管板与烟管连接焊缝就符合这种应力集中部位的特征，且该台锅炉使用至今已有13年，管板处的角焊缝长期承受水位波动、压力波动、温度变化和周期性的外载荷所引起的反复作用的载荷，再加上管板处的应力集中比较严重，因而容易产生疲劳裂纹核心。
此时，如果叠加出现上述的人为失误，就会加速焊缝裂纹的产生，从而出现类似的事故发生。
2 改进措施
为防止锅炉管板与烟管连接焊缝因锅炉缺水造成的泄漏事故的发生，可以采取以下措施：
l）经常对操作人员进行安全教育和技术培训，提高司炉工的安全意识及责任心和司炉操作水平，严格操作规程，加强锅炉的巡回检查，杜绝疲劳操作。
2）当发现锅炉缺水时，应先立即暂时停炉并进行“叫水”操作，判断锅炉缺水程度，然后针对锅炉缺水情况进行处理。“叫水”操作只适用于锅炉水位表的通水孔高于锅炉受热面最高火界和水容量较大的锅炉。
“叫水”操作方法和原理：先开启水位表的放水旋塞，后关闭水位表的汽旋塞，再关闭水位表的放水旋塞，一开一关重复几次，此时注意水位表内是否出现了水位，最后开启汽旋塞，关闭放水旋塞。“叫水”操作的原理是，先开启水位表的放水旋塞目的是为了冲洗水位表，关闭水位表的汽旋塞时，使水位表与锅炉的汽连通管切断，此时水位表的水旋塞并没有关闭，与锅炉的水连通管畅通，当再打开放水旋塞时，水位表与大气相通，水位表内的压力很快下降。当关闭放水旋塞的瞬时，水位表内的压力与锅炉内的压力不平衡，就会发生自动平衡现象，同时水位表内得到冷却，蒸汽发生凝结，造成“真空”现象。此时，如果锅炉内的水位在水位表水连通管口附近时，会把水带入水位表，说明锅炉内缺水程度并不十分严重。如果锅炉内的水位在水位表水连通管口以下时，不可能把水带入水位表，说明锅炉内缺水程度比较严重。“叫水”操作要点是不要拧动水位表的水旋塞。
可以进行“叫水”操作的锅炉，经“叫水”后，水位表中出现水位时，可以缓慢开启锅炉给水阀，当水位恢复正常后，启动锅炉的燃烧设备继续投入使用。如果缓慢开启锅炉给水阀时，锅内有强烈的响声或加大给水时仍不见水位升上来，则绝不可启动锅炉的燃烧设备，必须紧急停炉待检查，严格禁止向锅炉内上水。不允许进行“叫水”操作的锅炉，应紧急停炉。
3）企业应充分认识到锅炉各种安全装置的重要性，特别是高低水位报警装置、低水位联锁保护装置和给水自动调节器的重要性，定期试验和维护， 以保证其在锅炉出现安全隐患时能及时准确地报警和起到保护作用。
4）定时冲洗和维护水位表，保证水位表的水位清晰可见，防止出现假水位。
5）加强锅炉运行管理，做好定期排污工作，关闭、关严排污阀。
6）加强锅炉特别是老旧锅炉的定期检验工作，及时发现初期的疲劳裂纹等缺陷，尽早排除安全隐患。
3 结束语
锅炉管板与烟管连接焊缝泄漏缺陷的主要原因是锅炉缺水，是司炉人员操作失误，由于热胀冷缩的作用，导致管板与烟管连接焊缝因急剧收缩开裂而泄漏。要保证锅炉的安全运行，企业应做好锅炉的安全管理工作，定期试验和维护锅炉的安全附件和仪表。司炉人员应严格遵守操作规程，一旦发现锅炉缺水，无论什么情况，应先立即暂时停炉，对可以进行“叫水”操作的锅炉进行“叫水”操作，检查锅炉缺水程度，然后针对锅炉缺水情况再进行处理，严格禁止盲目向锅炉内上水， 以防造成不必要的安全事故，给人民生命安全和经济造成损失。
参考文献
[1] 中华人民共和国劳动部.蒸汽锅炉安全技术监察规程
[2] 《锅炉定期检验规则》
[3] 刘龙淼.锅炉故障处理大全[M].北京：兵器工业出版社，1993
[4] 鹿道智.工业锅炉司炉教程[M].北京：航空工业出版社，2005