一起水冷壁管爆管事故原因分析及預防措施

來愛平

一起水冷壁管爆管事故原因分析及預防措施

來愛平

通過對鍋爐損壞特征和現場調查情況綜合分析，闡明鍋爐在水冷壁管壁厚減薄的前提下，發生缺水情況，短時（瞬時）高溫過熱導致事故發生的原因，同時提出事故預防措施和對檢驗工作的思考建議。

水冷壁管；缺水；高溫過熱；爆管；事故預防

1 事故概況

2009年6月2日早上6時左右，某公司一臺SZL4-13-W蒸汽鍋爐水冷壁管發生爆管事故，造成鍋爐停用待修。據現場人員敘述，當班兩人值班，事故發生前，鍋爐在正常工況狀態下運行，突然司爐人員聽到爐膛內有爆破聲，隨即水位報警器報警，爐內水位快速下降，補水泵自動運行。在液位顯示仍不見水位情況下，當班司爐工又啟動補水泵手動”按鈕補水。后來發現爐門冒出大量氣水混合物，即停爐處理。在轉動爐排退火至后拱處，因大量塌陷物堆積無法運轉，自然冷卻停爐。

2 事故現場調查情況

事故發生后，筆者參與了事故現場調查工作，情況如下：

（1）該爐1990年投用，使用壓力0.5 MPa，1999年大修，更換過水冷壁管。該爐手續齊全，有歷年檢驗報告，2008年檢驗報告中注明運行記錄不健全，且應做水壓試驗。事故當班兩人均持有效證件。

（2）該爐左側水冷壁管從前向后第1根發生爆管，爆破位置為管的向火面，破口為縱向開裂，呈尖銳的喇叭形，邊緣很鋒利。破口軸向長185 mm，徑向寬152 mm，邊緣厚度約1.2 mm，靠近破口處的管壁有嚴重塑性變形（原周長為170mm，現周長為230 mm）。破口管內表面光滑，外表面呈藍黑色，有輕微結焦。該爐右側水冷壁管嚴重變形，棚管段向爐排方向彎曲變形，最大變形量390 mm，立管段向后拱方向彎曲變形，最大變形量93 mm。兩側水冷壁管均無氧化皮脫層現象。

（3）爐膛前頂棚（以后拱管上集箱為界）塌陷，面積大約1 500 mm×1 200 mm。后頂棚澆注物有輕微松散現象。

（4）上鍋筒內表面水冷壁管脹管區域有過熱發黑現象，其他部位未見異常。下鍋筒未見異常。鍋筒、管子內部均無結垢、腐蝕。

（5）水冷壁管管材為20鍋爐管，規格為φ51×3.5 mm。經隨機抽查測量，兩側水冷壁管壁厚最大值2.5 mm，最小值2.2 mm。

（6）鍋爐液位計、壓力表、安全閥等安全附件外觀檢查完好。

3 事故原因分析

通過對鍋爐損壞特征和現場調查情況綜合分析，本次事故屬典型的水冷壁管受磨損壁厚減薄，在缺水狀態下短時（瞬時）過熱導致爆管的損壞事故。鍋爐在運行過程中，水冷壁管直接受爐膛火焰高溫輻射，當鍋爐水位偏低時，在下降管處產生外氣穴，將氣空間的蒸氣吸入下降管，使水循環受阻，冷卻條件惡化，壁溫在很短時間內迅速上升，致使管材在高溫下發生過熱現象，強度急劇下降。此時，右側水冷壁管由于受頂棚耐火磚和澆注物重力作用首先發生彎曲變形，同時由于兩側水冷壁管長期受煙氣沖刷、磨損及腐蝕，管壁減薄量最大。管壁最薄的管子強度最差，在介質壓力作用下，管壁向火側最薄處鼓包，進而剪切斷裂，發生爆破。

從該爐右側水冷壁管變形損壞程度以及上鍋筒內過熱發黑現象分析，事故發生時由于鍋爐缺水導致過熱損壞的概率更大。缺水時，上鍋筒受輻射熱和水冷壁管傳熱作用，產生過熱發黑現象。同時，水冷壁管內發生急劇氣化，導致變形損壞或爆管發生的時間更短，破壞程度也更大。從管子外壁沒有氧化皮脫層現象可以更加證明這一判斷。因為在缺水狀態下，高溫運行時間極短就可能造成破壞，在外壁來不及形成氧化皮層。

4 結論及預防措施

綜上所述，本次事故是一起因操作方面原因導致的安全事故，直接原因是鍋爐運行中水位偏低或缺水。使用單位應認真總結經驗和教訓，查出造成水位偏低或缺水的原因，在安全管理方面做好預防措施，從而確實保障承壓類特種設備——鍋爐的安全運行。

（1）使用單位應進一步加強對特種設備的安全管理工作，從思想上予以高度重視，認真執行國家有關特種設備法律法規和安全技術規范，加強鍋爐等特種設備的規范化操作和維護保養監督檢查。

（2）認真對待安全管理部門和檢驗檢測單位提出的整改意見，對鍋爐定期檢驗中提出的問題及時進行整改。

（3）加強對司爐人員的培訓及應急演練，避免類似事故發生。如聽到爐膛內有異常聲響，在還不確定鍋爐究竟發生了什么問題情況下，盲目補水操作，有可能使事故擴大，甚至發生爆炸，直接危及生命財產安全。

（4）鍋爐的修復應嚴格執行國家有關規范和技術標準。對上鍋筒應運用硬度測試、金相分析等多種檢測方法，確定其是否需要進行挖補或者更換。

（5）應對類似工況的其他幾臺鍋爐進行停爐檢驗，對自動控制系統和安全附件進行全面檢查和校驗，確認其處于完好狀態。

5 對檢驗工作的思考和建議

檢驗工作質量的好壞直接關系到特種設備是否能安全運行。本次事故調查的初步結論是鍋爐運行中操作方面的原因導致，通過事故分析，對檢驗工作中存在的一些問題提出以下建議：

（1）檢驗報告中應對鍋爐檢驗狀態進行完整說明。該爐2007年、2008年進行的均是內檢，連續兩年內檢，對該爐而言只有屬于《鍋爐定期檢驗規則》第6條第5種情況“根據上次內部檢驗結果和鍋爐運行情況，對設備安全可靠性有懷疑時”才進行，因此檢驗報告中應予以說明，并詳細記錄對懷疑項目的檢驗檢測內容。

（2）檢驗檢測項目應覆蓋全面。從截取的爆管斷面看，管壁沿背火面至向火面有均勻減薄現象，符合長期沖刷自然減薄特征。隨機抽查測量的結果也表明，壁厚確實有一定程度減薄。從使用年限分析，該爐1986年制造，1990年投用，使用年限較長，1999年更換水冷壁管至今也已10年，因此檢驗中對沖刷減薄部位應該有所預見。對于該爐情況，內檢時應當考慮對受熱管進行壁厚測定，必要時還需根據實測最小值進行強度校核。

（3）全面分析受檢鍋爐狀況，對事故發生進行預測判斷，提高受檢設備的安全性。該爐2007年11月內檢報告中，水冷壁管測厚最小值3.03 mm，最大值3.18 mm，說明從1999年~2007年，8年最大減薄量不足0.5 mm，而與事故后測量結果比照，2007年11月至事故發生，兩年時間減薄量平均值超過0.5 mm，屬于非線性關系，不符合自然減薄規律。應當查明是否由于燃料種類改變或其他原因導致沖刷磨損加劇，對有可能發生的事故進行預測判斷，從而提出改進措施，避免事故發生，做到防患于未然。

TK229

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2010－06－29

來愛平，現就職于晉城市特種設備監督檢驗所.