毕业论文浅谈轮船锅炉故障分析及预防措施

1、浅谈xx轮船锅炉故障分析及预防措施 专 业: 轮 机 工 程 学 生 姓 名: xxx 指 导 教 师: xxx xx交通大学航海学院摘 要详细叙述了船舶燃油辅锅炉的结构和工作原理，燃油辅锅炉受热管发生过热甚至熔化烧熔的事故原因, 主要内因是积灰、硫酸低温腐蚀和水垢，并结合导热燃油锅炉的工作原理,对锅炉的常见故障进行分析并提出了排除故障的方法。关键词：船舶燃油锅炉,事故原因,预防措施abstractit describes the marine fuel structure,the working principle of heat pipe,fuel boil overheating and

2、 damage and the cause of the accident in detail.the main reason is the ash, low temperature corrosion and scale, and combined with the heat conducting oil boiler working principle.with the help of fuel boiler fault analysis,the troubleshooting method has been proposed.key words: marine oil boiler, t

3、he cause of the accident, preventive measures目 录前 言1第一章 xx轮船燃油辅锅炉的结构和工作原理21.1 立式火管锅炉的结构和工作原理2第二章 xx轮船燃油辅锅炉受热管烧毁的事故原因52.1 燃油辅锅炉受热管烧毁的现象52.2 燃油辅锅炉受热管腐蚀加速其烧毁52.2.1含氧锅水对燃油锅炉受热管的电化学腐蚀52.2.2 酸蚀加速燃油辅锅炉受热管烧毁62.3 燃油锅炉受热管积灰对其影响62.3.1 影响积灰的因素72.3.2 积灰对燃油辅锅炉受热管作用机理72.4 水垢对燃油辅锅炉受热管的影响82.4.1 水垢对燃油辅锅炉受热管作用机理82.4.2

4、 水垢形成的原因82.4.3 水垢对燃油锅炉受热管的危害92.5 自动控制和轮机人员的因素9第三章 xx轮船燃油锅炉受热管预防措施103.1 防止腐蚀对燃油辅锅炉受热管的预防措施103.2 防止积灰和水垢对受热管的预防措施10结 论12结束语13致 谢 信14参 考 文 献152012届轮机工程专业毕业论文前 言xx轮船是一艘xxxx年出厂，总吨位65140吨，箱位达5250tue的大型集装箱船。现为中国至美西的周期班轮。为保证船在停泊状态下的正常用汽，船舶设燃油锅炉一台。由于锅炉受工作条件影响工况变化大，根据以往发生的各种故障，发生过燃油辅锅炉受热管烧熔的故障,受热管上部分有凹坑，有些部分则

5、是鼓起。燃油辅锅炉是以燃料油作为锅炉的热源, 由于燃料油燃烧时温度高( 炉膛温度可达1 700 ) 、燃烧物成分复杂、水质处理要求高以及自动控制装置的可靠性等诸多问题, 一旦轮机管理技术人员在某方面处理不当,产生的后果是相当严重的, 它直接影响船舶的正常营运, 甚至威胁到船员的人身安全, 而直接的经济损失少则几万元, 多则上百万元, 给企业带来了沉重的经济负担。例如某货轮公司的一艘山字轮船发生锅炉烧毁事故, 直接经济损失就达百万元, 事故直接原因是锅炉水位传感器失灵, 导致管理人员判断失误。 但事后分析, 发现还有另一深层次的问题, 即管理人员对锅炉在船舶这一特定场合的使用了解不深、管理不当,

6、 致使锅炉存在着隐患, 当达到触发的条件, 就必然会发生事故。 因此, 了解船舶燃油锅炉故障机理, 并采用正确的管理方式, 将是防止发生此类事故的基础。近年来，船舶导热油锅炉因其热效率高、升温快速、节省油耗正逐步被用作油船加热锅炉、船舶辅锅炉，并大有替代水管锅炉的趋向。第一章 xx轮船燃油辅锅炉的结构和工作原理1.1 立式火管锅炉的结构和工作原理xx轮船上采用燃油火管锅炉。锅炉是将水加热使之产生蒸汽的设备其型号clh0.35-90/70-y。柴油机动力上船舶所使用的燃油辅助锅炉，基本上有两种形式即火管锅炉（燃料燃烧的高温火焰和烟气从管内通流过，用以加热管外温度较低的水）和水管锅炉（燃料燃烧的高

7、温火焰和烟气从管外流过，用以加热管内的水）。 上图是一种使用较为普遍的立式火管锅炉，它每小时产生的蒸汽量是每小时11.5t/h,最大的工作气压是11.7mpa。炉壳1为圆筒形，上下两端封头呈圆形，中间部分有两块平面管6、7，便于安装烟管8，并形成燃烧室5和烟箱12,。为便于锅炉内部清洁检查工作，炉壳上部设有人孔18，炉壳底部也设有人孔或手孔。炉膛3底部呈球形，燃油在此燃烧，炉膛和燃烧室5的连接部分采用逐渐缩小的形式，便于没有燃烧完的烟气和空气经此进入燃烧室时，加速流动，更好的混合燃烧。燃烧室是使没有燃烧完的烟气在此和空气混合，实现完全燃烧的地方。它三面环水，一面用耐火板17封住，打开封板可以检

8、查燃烧的情况 并对烟管进行清扫、堵漏和换新等工作。烟管8安装在两管板间，为更有利于将热量传给炉水，烟管安装一种螺旋扰动片，使烟气经管子时，能旋转前进，加强传热效果。炉水高度应装在燃烧室顶板以上，至少高出顶板100mm，以防顶板过热烧塌，炉水上面是蒸汽空间。锅炉点火燃烧时，炉膛、锅炉附近的炉水受热快，水轻上升；远离炉膛、燃烧室的炉水温度低，水重下沉即自动流去补充。这样就自动形成了炉水循环。水经加热后，温度逐渐上升，最后达到沸腾状态下，水即汽化变成蒸汽，汇集在上部蒸汽空间，由蒸汽截止阀15引出使用。锅炉运行时，要加水，要供水，有时还需放出炉水中的淤泥杂质。为防止锅炉安全，在锅炉的外壳上一般安装有给

9、水阀、蒸汽截止阀、排污阀，安全阀、气压表和水位计等，在锅炉内部，装有给水管16、积渣盘和汽水分离计等附件。在火管锅炉中，烟气在火筒（俗称炉胆）和烟管中流动，以辐射和对流方式将热量传递给工质，使之受热形成蒸汽。在炉膛中，保证燃油完全燃烧，保证燃油雾化质量良好，要有适量的一次风和二次风，油污和空气应该混合均匀，着火前沿的位置和火焰长度合适，炉膛热负荷合适。在工作中，保证炉水的自然循环，尽量减少或避免下降管带汽。高负荷运行时，不适宜下锅管进行下排污，因为这会破坏炉水循环。第二章 xx轮船燃油辅锅炉受热管烧毁的事故原因船舶燃油辅锅炉在无水状态下干烧, 会使锅炉受热管发生熔化事故, 但在有水状态下也会发

10、生锅炉受热管烧熔事故, 特别是尾部受热管( 经济器、空气预热器) 更容易发生烧熔事故。2.1 燃油辅锅炉受热管烧毁的现象硫酸蒸气凝结成酸露致使船舶燃油锅炉炉管产生酸蚀。酸蚀过程较为缓慢, 但酸蚀达到一定程度时, 轻者锅炉漏水漏气, 重者整个锅炉报废。锅炉结水垢使受热面导热系数降低, 燃料耗量增加, 严重时会将受热面管子烧坏。所以防止酸露产生和减少水垢的生成是锅炉日常管理的重点之一。2.2 燃油辅锅炉受热管腐蚀加速其烧毁2.2.1含氧锅水对燃油锅炉受热管的电化学腐蚀即使给水能保持相当洁净，但在锅炉工作时锅水不断浓缩， 锅水中难免有一些盐类溶于锅水中成离子状态。水分子受离子的影响，会出现极化现象。

11、极化的水分子带阴电的一端吸引溶液与金属接触处的金属离子，将其拉入溶液，而将电子留在金属表面上，即fe fe2+ +2e 直到受热管金属表面上电子数量增多，而吸引水中金属离子回到表面上的能量与水极化分子吸引金属离子的能量相平衡时为止。当然这是种动平衡，金属表面上积聚电子而成阳极。受热管金属由于受力不同，受热不同、有杂质(如晶粒之闻的晶界)以及有氧化物时就呈现出有不同的电位势的区域。积聚在阳极上的电子移向电位势低的阴极。阳极上的电子数目减少，说明金属离子仍有可能继续溶于水中。但是阴极上电子数耳的积累会使两极之间的电位差减少，也就是流动的电流量减弱。可是阳极上的fe2+与水中（oh），离子结合成fe

12、(oh)2，它较易溶于水。当水中含氧时会使fe形成fe2+，即4fe(oh)2+2hlo+o2 = 4fe(oh)3 。若水中fe(oh)2量达到饱和状态时，就不会使fe2+再溶于水中 就因为水中氧使fe(oh)2成为fe(oh)3，后者较难溶于水，这样会使水中fe2+减少，于是fe2+仍要继续溶于水中。由此可见氧在此起到去极剂作用。另外，从阴极来说，氧又可使阴极丧失离子，即o2+2h2o +4e =4(oh)，所形成的oh 离子又趋向阳极去与fe2+结合成fe(oh)2，因此氧在阴极也还捂起去极翔作用。就这样，受热管金属表面促使阳极和阴极间不断有电流流动，形成微电池。可见氧在电化学腐蚀中既参

13、加了腐蚀又起到了“催化剂”作用。有氧的电化学腐蚀使得受热管金属表面成溃疡性腐蚀点。外形成棕黑色的痘状颗粒，直径35mm 不等。刷去痘粒外壳后，受热管金属表面上显出凹坑，它当然比均匀性腐蚀要严重得多。2.2.2 酸蚀加速燃油辅锅炉受热管烧毁硫酸蒸气凝结成酸露致使船舶燃油锅炉炉管产生酸蚀。酸蚀过程较为缓慢, 但酸蚀达到一定程度时, 轻者锅炉漏水漏气, 重者整个锅炉报废。燃油中含有硫, 燃烧后形成二氧化硫( so2) , 其中一部分进一步氧化成三氧化硫( so3) , 三氧化硫和烟气中的水蒸气结合成为硫酸蒸气, 当锅炉受热面的壁温低于硫酸露点, 硫酸蒸气就会在管壁上凝结形成酸露。当锅炉低负荷运行时,

14、 受热面尾部排烟温度低, 硫酸蒸气凝结成酸露, 附着在尾部受热面, 使管壁腐蚀。烟气中硫酸蒸气含量大, 酸露点就高, 硫酸蒸气越容易凝结成酸露。当硫酸浓度达40 % 50 %时, 腐蚀性最强。如果烟气中的二氧化硫直接溶解在水膜中形成亚硫酸溶液( so2 + h2o=h2so3) ,腐蚀速度急剧上升。酸露除了会腐蚀管壁, 还会使管壁湿润产生较强的粘灰作用。2.3 燃油锅炉受热管积灰对其影响燃油锅炉受热面上积存成分复杂的灰渣是引起锅炉受热管烧毁的主要因素，因为船舶燃油锅炉受热面的灰渣不但有腐蚀性, 而且妨碍传热, 使锅炉热效率下降, 严重时灰渣着火复燃导致锅炉受热管熔化烧毁。2.3.1 影响积灰的

15、因素（1） 燃油因素，随着炼油技术的提高以及船东对经济利润的片面追求, 导致船用锅炉燃油质量越来越差, 燃油中影响燃烧产物的硫、矾、钠、水分、沥青等物质的含量越来越多. 燃油中含有硫、矾、钠、硅等灰分, 使得熔点很低, 极易在高温的烟气受热面侧结存灰渣. 积灰根据强度划分, 可分为松散性积灰和粘结性积灰。（2）锅炉受热管受热面的设计因素，船舶燃油锅炉的基本设计思路是往提高热效率和减少锅炉外形尺寸方向发展, 因而厂家一般采用增加锅炉受热面面积方法, 例如采用针型管、棘形管和螺纹管作为受热管。针型管、棘形管和螺纹管能提高锅炉的热效率或减少锅炉的外形尺寸, 但不利于烟灰的排放, 一旦燃油燃烧不良产生

16、大量的碳粒子或锅炉低负荷运行引起烟气流速下降, 灰渣就会大量积存在受热管上, 导致烟气排出的速度降低, 烟气滞留在锅炉的时间延长, 冲刷能力降低, 进一步增加积灰的数量。（3）燃油雾化不良或燃油处理不当等原因使燃烧恶化时, 还会生成大量重氢碳化物、碳黑和沥青, 其对烟灰数量的影响会超过燃油中的灰分。 碳颗粒细, 吸附性强, 极易吸附在锅炉受热面上形成牢固的灰渣, 而且具有酸性。沥青粘附在锅炉受热面上还具有很强的粘灰作用。锅炉低负荷运行在尾部产生的酸露也有粘灰作用, 增加了灰渣的积存。2.3.2 积灰对燃油辅锅炉受热管作用机理当锅炉在低负荷运行时, 烟气量少, 散热条件差, 灰渣中的碳粒等可燃物

17、质缓慢氧化, 放出的热量不能散走, 温度逐渐上升。温度的提高使得氧化速度加快, 而此时空气通过烟囱进入锅炉的机会则大大增加, 灰渣在有氧供给的条件下, 一般在300 400时就会被引燃, 如果灰渣中附着未燃尽的燃油, 引燃的温度只需150 200 。灰渣着火燃烧将引起锅水快速蒸发, 锅炉上部的炉管、给水加热器和空气预热器冷却效果差, 管壁的温度不断上升, 导致管壁变形鼓起。管壁一旦鼓起, 炉管、给水加热器就会失去冷却效果。灰渣中的碳, 在充分供氧下燃烧, 燃烧温度可达1 000 以上, 炉管甚至炉壳就有可能被烧熔或烧穿. 当尾部受热面的温度达1 1000 以上时, 缺水的金属受热管开始熔化,

18、即所谓铁燃。灰渣中的矾等物质具有催化作用, 加快铁燃的速度, 受热管熔化成铁水,即产生了燃油锅炉烧毁的严重事故。2.4 水垢对燃油辅锅炉受热管的影响2.4.1 水垢对燃油辅锅炉受热管作用机理锅炉结水垢使受热面导热系数降低,燃料耗量增加,严重时会将受热面管子烧坏。提供锅炉的给水中含有钙离子、镁离子, 钙离子、镁离子形成的碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐等盐类在锅炉受热面上浓缩生成水垢.锅炉水垢导热系数很小, 在60c导热系数只有1. 04 1. 39 w / m ,而且锅炉水垢每增加1 mm,锅炉受热面的温度就增加一百多度,水垢厚度为4 mm 时, 受热管的壁温可以达到870 . 这样高的温度足以引起钢管

19、鼓疱、变形和产生裂纹。水垢使水循环恶化,水的冷却效果大大下降, 也是锅炉受热面过热烧毁因素之一。锅炉受热管结垢后垢下炉水浓缩,加剧电化学腐蚀,加速受热管的损坏。 2.4.2 水垢形成的原因水垢的主要原因是水中会有可溶性的重碳酸金属，当锅炉点火燃烧通过管壁对水加热时，水温逐渐身高。当普通条件下，重碳酸金属受热分解成极难溶解的碳酸盐，沉积在管壁等处形成水垢。通常一般情况下，碳酸盐浓度若不超过饱和极限浓度，则稳定存在于水中。但由于炉水温度逐渐升高，炉水不断被蒸发，使炉水中的碳酸盐逐渐超过饱和极限，发生沉淀，而形成导热性极差的水垢。水温越高，盐度越浓，生成水盐垢就越快，越多，越硬。水垢在管内形成后，水

20、管管径就越小，阻碍正常的热交换，受热管温度会不断升高直至烧毁。随着水垢的不断增多，产生同样多的蒸汽需要燃烧更多的燃油。当结垢不均匀时，还会产生局部应力容易在锅炉内部产生裂纹，造成漏水。燃油辅锅炉因水垢造成假水位，导致热传导不均匀，烧毁炉膛，还因水垢使热传导效率变差，造成能源耗损成正比增加，制作软水及添加化学药剂而且常因维护不当及经常酸洗而减轻设备的寿命。2.4.3 水垢对燃油锅炉受热管的危害锅炉水垢的存在就等于是受热面上增加了一层热阻，因为水垢的导热能力比钢材低很多，阻碍了热量的传递，使燃料燃烧释放的热量不能有效传递给水，水汽侧则得不到热量，烟气侧热量随排烟损失掉，据统计，结垢一毫米的水垢，约

21、浪费燃料23%。锅炉受热管受热面结生水垢，金属壁面冷却受到影响，导致壁温升高，使金属材料机械强度降低，造成受热面龟裂、爆管等现象。结垢严重时，管内完全堵塞，破坏了锅内正常的水循环，罐子烧坏，被迫停炉检修，浪费人力、物力，造成损失。2.5 自动控制和轮机人员的因素现代锅炉都已实现了人为控制，其控制的主要内容由自动控制、程序控制、安全保护和自动连锁等几个方面。随着锅炉的长期使用，各种自动控制也会出现故障，可能出现阀件该关时没关、该开时没开或者虚假水位等等，从而导致轮机人员错误的判断锅炉受热面烧毁事故。此外管理人员对锅炉在船舶这一特定场合的使用了解不深、管理不当,并不了解燃油辅锅炉故障机理，采取不正

22、确的管理方式也是造成锅炉烧毁的重要因素。第三章 xx轮船燃油锅炉受热管预防措施3.1 防止腐蚀对燃油辅锅炉受热管的预防措施为了防止燃油锅炉受热管的电化学腐蚀，可以在给水系统中装备除氧器。除氧器的作用兼有给水加热器的功能。利用辅机废汽加热给水。给水则用弹簧喷水阀散成雾状水滴，使其充分被蒸汽加热，以逸出溶氧。从而阻断了电化学反应的化学条件，大大降低了受热管的电化学腐蚀。汽流引入也应尽量增加汽和水的相对速度以撞击破碎水滴。除氧器内保持一定的蒸汽压力。控徊给水被加热后的温度能达到除氧器中蒸汽压力下的饱和温度，以达到尽可能的彻底除氧我们有的船上对踩氧器壳体材料不注意，未用不锈钢，而随便采用酱通碳钢，而且

23、内壁涂抹的防护层因不耐高温而剥落，以致锈蚀现象严重。船舶锚地抛锚或靠岸停航时, 船舶用汽量少, 燃油锅炉常常处于低负荷运行状态, 锅炉受热面尾部排烟温度低, 应特别注意酸露引起低温腐蚀. 在保证燃油完全燃烧的前提下, 此时应尽量降低空气过剩系数, 以减少二氧化硫氧化成三氧化硫进而形成硫酸蒸汽, 并降低硫酸蒸汽的露点. 如果锅炉有空气预热器并有旁通烟道或旁通空气道, 最好将烟气或空气旁通, 使硫酸蒸汽不至于在尾部受热面凝结产生低温酸性腐蚀。3.2 防止积灰和水垢对受热管的预防措施对燃油辅锅炉受热管及时进行吹灰或除灰，目前, 为了节省船舶营运费用, 使用的燃油质量越来越差, 燃油锅炉受热面不可避免

24、会积存灰渣, 锅炉灰渣的清除应引起船舶轮机管理人员高度重视。应按照使用说明书要求做好吹灰工作, 合理调整吹灰器的位置, 减少吹灰死角。没有设置吹灰器的燃油锅炉, 使用一段时间后应进行人工清除灰渣工作。要特别强调的是, 再好的吹灰器, 也不能代替灰渣的人工清除。采用水喷淋方法进行人工清洗, 简单可靠, 效果较好。定期对给水和锅水水质进行化验与处理是减少受热管水垢的最直接有效的办法。船舶锅水水质加药处理的药剂常采用复合防垢剂,它由磷酸三钠、磷酸二钠为主要药剂掺配栲胶按比例混合组成。磷酸三钠有两个作用: 一是除去锅水中钙、镁离子。磷酸根离子与钙、镁离子形成的磷酸钙、磷酸镁是一种松软的胶状泥渣,易随锅

25、炉底部排污除去,且不会粘附在锅内形成二次水垢。其次, 它还能增强水渣的流动性并且在锅炉金属壁上, 形成磷酸盐的保护膜,防止锅炉金属的腐蚀。另外,它可以使硫酸盐和碳酸盐等； 水垢疏松脱落；二是维持锅水一定的碱度,有利于抑制电化学腐蚀。磷酸二钠呈弱碱性,主要作用是除去锅水中钙、镁离子。拷胶能使水中的悬浮杂质和微粒泥渣凝聚,形成大颗粒絮状物而沉淀于锅筒底部, 有利于排污时除去；拷胶可在锅炉金属壁上生成丹宁酸铁的保护膜,从而防止氧化腐蚀。加药时应注意不要在锅炉排污前加药,药剂用50 60 的温水溶解成糊状,再投放到热水井；严格执行排污制度,防止锅内水垢泥渣过多在锅炉受热面上生成二次水垢。结 论随着我国

26、船舶工业的迅速发展，燃油锅炉故障诊断技术将越来越广泛地应用于船舶锅炉的生产过程。并随着一些新技术或方法不断兴起和发展，火燃油锅炉的故障诊断系统也将向着高智能化、高自主性、集成化和大型化方向发展。船舶燃油锅炉发生重大事故时, 由于船舶的工作环境特殊, 受场地和设备的局限, 自救和求救都相当困难, 严重时还威胁到船舶安全和人身安全。 因此, 轮机管理人员必须熟知燃油锅炉可能发生事故的各种征兆、现象、原因和处理方法, 才能及时发现并做出准确的判断, 正确无误地进行处理, 确保人身与船舶的安全。结束语经过两个多月的努力，船舶燃油辅锅炉故障及预防措施论文终于完成 在整个写论文过程中，出现过很多的难题，但

27、都在老师和同学的帮助下顺利解决了，本文自始至终是在刘玉生老师、严峻老师、张德荣老师的悉心指导下完成的，其中倾注了老师大量心血。正是老师循循善诱的教诲及富于创造性的指导，使我克服重重困难，最终圆满完成论文工作。老师严谨求实的学术作风、渊博的知识、敏锐的科学眼光和忘我的科研精神令学生受益匪浅，并将激励学生在今后的科研工作中继续前进。值此论文完成之际，谨向尊敬的老师们致以最诚挚的谢意。在不断的学习过程中我体会到：写论文是一个不断学习的过程，从最初刚写论文时对船舶燃油辅锅炉故障及预防措施模糊认识到最后能够对该问题有深刻的认识，我体会到实践对于学习的重要性，以前只是明白理论，没有经过实践考察，对知识理解

28、不够明确，通过这次的做，真正做到理论实践相结合。 总之，通过毕业论文,我深刻体会到要做好一个完整的事情，需要有系统的思维方式和方法，对待要解决的问题，要耐心、要善于运用已有的资源来充实自己。同时我也深刻的认识到，在对待一个新事物时，一定要从整体考虑，完成一步之后再作下一步，这样才能更加有效。致 谢 信四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师们四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。学友情深，情同兄妹。四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏