本文通过一台14MW热水锅炉因结垢而在运行中发生爆管事故的实例，分析锅炉运行中水垢生成的机理，从而找出了锅炉爆管的真实原因。在此基础上，分析锅炉运行管理的关键因素及产生的后果，提出建设性建议，提高和改善锅炉的日常管理和运行管理，降低水质硬度和改善检修质量，提高实际的锅炉运行管理水平，预防锅炉发生类似问题。
1、前言
这台QXS14-1.25/130/70-Q热水锅炉建于1998年，并在当年投入运行。该锅炉采用双燃烧器，上下布置。工艺流程采用直供方式，即，锅炉的出水直接与用户散热器连接，散热后，通过循环泵，回到锅炉加热。该锅炉在每年冬季启用。在2003年，进行系统改造时，与现有的SZS14-1.25/130/90-Q热水锅炉并联运行，并将原来的直供方式改造为间接供暖，即锅炉出水到换热器，与用户的采暖介质换热后，通过一次网热水循环泵回到锅炉加热。在2011年1月23日，QXS14-1.25/130/70-Q热水锅炉在运行中发生了爆管事故，导致锅炉低压保护停炉。经过核实，锅炉的燃烧室与对流换热区域的结合部，第二排第二列的炉管发生爆裂，爆管位置示意图见图1。爆裂口长40cm，最宽的位置，宽度达3cm，爆裂口部位的材质严重碳化，见图2。
爆管事故发生后，为了及时恢复供暖，采取了局部封堵措施，切除爆裂的炉管，从锅筒内直接封堵，对锅炉进行水压试验，合格后投入使用，恢复供暖工作。
2、爆管原因分析
发生爆管后，将发生了爆裂的炉管切除，对炉管进行分析，发现爆裂处上部的已经被水垢堵死，堵死位置位于炉管拐弯处，水垢为白色，经化验分析，主要成分是CaCO3占69.4%、MgCO3占12%，Fe2O3占7.5%。由于炉管在上部高温区域结垢，水循环不畅，在高温作用下，炉管在辐射、对流两种传热作用下，炉管内部的对流换热被破坏，炉管过热，在锅炉压力的作用下，发生了爆管。炉管结垢情况，3。
3、锅炉结垢的原理
水中的Ca2 、Mg2 的浓度总和，称为水的硬度。在锅炉监察规程中明确规定，锅炉的用水硬度≤0.03mmol/L。Ca2 、Mg2 以离子形态分布在水中；即使进行了软化处理的水，水中仍有部分硫酸根离子、碳酸氢根离子。由于碳酸氢根离子在水中始终在进行离解，即：
HCO3－←→H CO32-（1）
尽管这个过程中，离解很微弱，但由于有（2）、（3）反应的作用，离解加强。那么，在锅炉运行中，总有生成不溶物质的条件：
Ca2 CO32-→CaCO3↓（2）
Mg2 CO32-→MgCO3↓（3）
在反应式（1）中，在加热条件下，水中的碳酸氢根离解加剧，反应式（1）朝着右边的速度大于朝着左边的速度，CO32-离子浓度增加，促使反应式（2）、（3）的反应速度加快，也就是在锅炉运行中，高温部位的管线内结垢必然发生。
对于这台锅炉，自身容水量约为30m3，管道与换热器容水量约为40m3，合计容水约70m3，额定循环流量为200m3/h，锅炉补水率为锅炉循环流量的1%，实际补水率为锅炉循环流量的5‰，按照实际补水率计算，锅炉在冬季供暖，运行时间为120天，那么，实际补水量为V：
V=200m3/h×5‰×24h/d×120d=2880m3（4）
那么，从锅炉注水升压到锅炉供暖结束停止运行，共计注入锅炉的软化水为2950m3。
Mg2 的原子量为24，Ca2 的原子量为40，根据水质化验结果，Mg2 硬度占2%，Ca2 硬度占98%，以此计算，在一个供暖周期中，可结垢的量为：
2950m3×0.03mmol/L×1000L/m3=88.5mol
Mg2 的量为88.5mol×2%=1.77mol
Ca2 的量为88.5mol×98%=86.73mol
这两种离子，按照最终都生成CaCO3、MgCO3沉淀物而结成水垢，以简化计算而同时说明锅炉结垢的问题。
CaCO3的分子量为100，MgCO3的分子量为84，因此，最终，以完全结垢的情况，理论结垢的数量为：
CaCO3水垢为100×86.73mol=8673g＝8.673kg
MgCO3水垢为84×1.77mol=148.68g=0.149kg
尽管锅炉的补水水质完全符合锅炉监察规程的要求，但，软化水中在达标之后，仍然有残余硬度，锅炉运行中，补充到系统的水在持续不断的循环，残余硬度最终都会在锅炉高温部位结垢。从计算的结果分析，这一个供暖周期中，可结垢的数量达到8.8kg，对于局部高温的炉管，这个数量已经构成威胁。
在管网状况较差的情况下，系统补水率将会上升，补水量的增加，必然导致水垢数量增加，对锅炉的危害随之增加。
这台热水锅炉，由于从1998年投用以来，由于其内部流程的特殊性，在锅炉内部设计了三段流程，通过隔板，在锅筒内分段，将水冷壁管分成三部分，形成串联流程，加长了换热流程，延长了换热时间，有效的提高锅炉的提升温度的能力。也正是这个原因，隔板的阻隔，日常管理中很难发现各炉管的实际情况，因此，在每次的年度检验中，也难于发现存在的问题，每次检验、检修中，可视部分的炉管状况都很好；而高温部分的炉管难于检查和检修；使用12年中，一直都没有进行过化学清洗，多年的积垢，在常年的运行后，最终以堵塞炉管而发生事故。
4、锅炉运行管理的启示
锅炉作为工业生产的一种特种设备，有很全面的规范和制度，原因很简单，发生危险，产生的后果相当严重.加强管理，保证安全生产，是企业必须做好的工作。为预防再发生类似爆管事故，结合多年的运行管理，分析和总结这起爆管事故，我们体会出一些启示，供锅炉的运行管理参考。
（1）运行中的管理，应严格执行操作规程。锅炉的操作规程明确了锅炉运行操作的具体程序，是锅炉安全运行的基本保障。操作行为满足规程的要求，锅炉运行符合自身的运行规律，就能安全运行。
（2）切实加强锅炉的水质管理，确保锅炉用水符合水质要求。这里有个误区，就是认为锅炉水质合格就不会发生锅炉结垢的问题。经过上述的计算，尽管锅炉的用水硬度≤0.03mmol/L，但这里仍然存在残余硬度，在锅炉运行中，就会以水垢形式，在炉管中积聚。在这台锅炉爆管事故发生后，我们对锅炉炉水进行化验，硬度没有超标。我们日常管理中，有专人负责锅炉水质的化验，做到每班一次化验，技术员定期抽检，都符合要求。但最终结果还是发生了问题。因此，在锅炉水质管理中，应尽可能降低锅炉用水的硬度，减少残余硬度，从而降低对锅炉的危害。
（3）加强锅炉年度检修工作。热水供暖锅炉在运行一个供暖周期后，
要执行年度检修工作。检修工作对于锅炉后续的运行，相当关键。除了通过检修，确保锅炉所有部件完好、性能达到要求外，还需要重点对锅炉炉管进行疏通，确认每根炉管都畅通无阻，以保证循环畅通，同时，这还可以清除管内部分疏松积聚物。
（4）针对锅炉自身的结构特点，应采取相应的措施，确认锅炉的状态。这台14MW热水锅炉，由于其自身的结构特点，采用钢板制作的隔板，将锅炉内部流程分隔成三段串联流程，由于隔板采用了焊接密闭，导致检修的难度增加，没有定期切割隔板，进行炉管疏导，日积月累，一直运行下来，水垢逐年增厚，最终完全堵死了炉管，发生了炉管爆裂的事故。针对这种特定的锅炉结构，要下决心定期切割隔板，进行炉管的检查、疏通等维护工作，确保完好状态，为安全运行奠定基础。
（5）按照锅炉监察规程的要求，做好每年的年度检验。这个年度检验应由有资质的单位或机构进行，确认锅炉的状况是否符合安全运行的条件，并有检验报告。尽管这台14MW热水锅炉进行了锅炉年度检验，然而，毕竟年度检验属于常规检验，虽对锅炉本体的受压元件的完好状况、内部腐蚀情况、水冷壁管、对流管束、炉墙等进行了全面检查，但水垢的情况，往往难于判断。尽管如此，这样的检验也可以很好地杜绝有缺陷的锅炉投入使用，避免事故发生。
（6）定期进行锅炉化学清洗。这台14MW的热水锅炉，运行10余年，没有进行清洗，原因很简单，在每年的锅炉检修和锅炉检验时，可视部分的炉管（对流管、水冷壁管）的管口都没有发现有积垢、结垢，很光洁，因此，没有采取化学清洗。前面分析了锅炉结垢比较严重的区域往往在锅炉高温区域，这部分炉管却不能通过常规的手段进行判断。目前虽有先进的窥镜，但在实际的运行管理中，生产单位配置这样设备非常少。那么，采取定期清洗的措施，能够有效地减少锅炉炉管内的积垢，避免类似事故发生。
（7）加强锅炉高温部位的防护。这台14MW热水锅炉，在燃烧室尾部与对流换热的结合区，是炉膛温度的检测点，即这个位置的温度最高。同时，也是进入对流换热的开始。因此，锅炉运行中，这个部位的辐射传热与对流传热都很强，从这起事故的结果看，说明了这个问题。在锅炉安装或检修过程中，需要特别关注这一点，可以采用耐高温材料对这部分炉管进行适当保温处理，降低炉管受热强度，减缓结垢速度，这对于预防类似事故有积极的作用。
5、结束语
锅炉安全运行是锅炉管理的目标之一，注重锅炉的细节管理、执行规范，是基本要求。在实际运行管理中，结合不同类型的锅炉的自身的管理需要，应采取相应对策，这是保证锅炉安全运行的重要手段。通过几年的锅炉运行管理实践，结合这台14MW热水锅炉发生的爆管事故实例，总结出几点启示，希望对锅炉运行管理和预防可能发生的问题起到一定的帮助作用。
