某輪廢氣鍋爐燒塌事故原因分析及預防

李可順 孫培廷

（大連海事大學 大連 116026）

某輪廢氣鍋爐燒塌事故原因分析及預防

李可順 孫培廷

（大連海事大學 大連 116026）

廢氣鍋爐；煙灰沉積；燒塌；管理

針對某輪廢氣鍋爐燒塌現象，從理論上分析了鍋爐發生著火的機理，并據此對本輪發生燒塌事故的原因進行了分析。為了防止此類事故的再次發生，對主機和鍋爐也提出相應的管理措施和建議。

0 引言

船舶主機在正常的運行中，其廢氣能量較高。為了提高船舶營運的經濟性，充分、合理利用主機排氣廢熱，以達到節能減排的目的，現代商船多數會安裝廢氣鍋爐。目前，船上常用的廢氣鍋爐主要有兩種類型，分別為立式煙管廢氣鍋爐和強制循環水管廢氣鍋爐。

某輪采用的是SAACKE KIP/PC-0.7/7型強制循環水管廢氣鍋爐。為了增加換熱面積，外壁上布滿翅片。其主要性能參數如下：主機在85%負荷下運行時，蒸發量700 kg/h、工作壓力0.7 MPa、設計壓力1.2 MPa、循環水量6 000 kg/h、廢氣側壓降84mmWG。當主機和廢氣鍋爐在正常工作狀況下，完全可以滿足燃油正常駁運，有效凈化，使其粘度降至保證主機、輔機噴油裝置達到良好霧化的標準和其他一些輔助設備對蒸汽的需求量。

1 事故經過

某輪主機采用的是變距槳。2010年7月8日，經過幾天的航行，在外錨地拋錨。11∶00，接駕駛臺通知，開始備車進港。各系統準備完畢后，于11∶20啟動主機。不過在85 r/min的轉速僅僅維持了10分鐘后，主機即加速至125 r/min。又經10分鐘的運轉，于11∶40定速至170 r/min，然后轉“駕控”；同時，軸帶發電機和首側推投入工作。此后，主機一直處于空載運行狀態，等待引水員登船。直到12∶58，船舶開始微速前進，之后主機維持在15%左右的低負荷狀態運行，此時螺距需求的負荷僅為1~2%。

13∶50左右，當班輪機員在機艙巡回檢查時聞到特殊氣味，趕到廢氣鍋爐平臺時，發現爐體中間部位已經局部發紅，馬上通知駕駛臺請求停車，同時和輪機長一起檢查廢氣鍋爐給水系統。檢查后發現爐水循環泵運轉正常，系統中各閥也處于正常工作狀態。此時，為防止驟然供水而導致廢氣鍋爐水管爆裂，故將兩臺循環水泵關閉，接著又關閉了燃油鍋爐進、出廢氣鍋爐的兩個水閥。在此過程中，爐體發紅的部位逐漸擴大。

14∶00，駕駛臺通知可以停車故馬上停止主機，讓廢氣鍋爐慢慢冷卻。次日07∶00左右，爐體已經完全冷卻。這時打開廢氣鍋爐上的三個檢修門，發現水管上的翅片已嚴重燒塌，并有部分水管出現裂紋。再打開廢氣鍋爐殼體進行全面檢查，發現爐內水管的翅片有1/3左右的燒熔（圖1、圖2），且主要發生在靠近船首一側的垂直區域內。觀察后確認是上部的翅片管首先熔化，熔化的鐵水向下滴落，從而導致了從上到下一個垂直熔化區的形成。

圖1 待安裝廢氣鍋爐新翅片

圖2 燒塌后廢氣鍋爐翅片

2 廢氣鍋爐著火機理和原因分析

2.1 著火機理

眾所周知，燃燒必備的三因素是燃燒物、氧氣和火源。針對廢氣鍋爐而言，可燃物是積存在煙道內的煙垢，氧氣則是主柴油機燃燒過剩的，隨廢氣一同排出，火源則是柴油機燃燒后未熄滅的火星。

根據廢氣鍋爐著火特點，可以將著火過程分為兩個階段：首先是積灰的著火，其著火溫度一般為在300~400℃，但當有未燃的燃料時（例如燃油未完全燃燒或汽缸油注油率過大），此時著火溫度可降到150℃左右，甚至低至120℃。因此，即使主機停止后，也可能因為鍋爐管上的灼熱灰粒而引起著火。此時產生的熱量主要會被循環水、蒸汽和燃燒氣體帶走。這時如果仔細檢測，尚不會對鍋爐造成損害或者損害程度很小；如果煙灰一旦燃燒起來，其溫度會迅速上升，可達到650℃以上。如果煙灰中的碳在充分供氧下燃燒，其燃燒溫度更可高達1 000℃以上，遇有漏出的蒸汽或水，則將會發生“氫燃”。

另一種重要的化學反應是：當氫燃溫度達到1 100℃以上時，就會發生所謂“鐵燃”，煙灰中的釩等作為催化劑使鐵燃反應加快，使鐵的氧化過程在高溫下以極高的速度進行。鐵燃中所釋放的熱量足以維持鐵燃反應的連續進行［1］。

2.2 著火原因

根據廢氣鍋爐著火機理可知，發生著火必然同時滿足了燃燒的三要素。

（1）未完全燃燒煙灰的沉積

事發前，主機長時間低負荷運轉，燃燒不良，從而產生大量的、未完全燃燒的煙氣；同時，主機排氣量和排氣壓力減小，使排煙管內的煙氣流速降低，從而造成了煙灰在廢氣鍋爐內大量沉積的可能；該輪所裝設的這種“高效鍋爐”采用了翅片型爐管，是以加大換熱面積，減少爐內空間，降低廢氣流速等方式來提高鍋爐熱效率的。密集的翅片是未完全燃燒煙灰沉積的溫床。

（2）廢氣溫度升至煙灰的著火溫度

在本次備車過程中，值班機工于主機起動前（11∶15左右）檢查了鍋爐循環水系統中的相關閥門，并按照要求起動了NO.1循環水泵，操作步驟正確。當二管輪發現廢氣鍋爐出現故障時（13∶50左右），立即檢查了循環水泵的狀態，發現NO.1循環水泵正常運轉，因此并不是廢氣鍋爐因缺水而干燒從而使煙灰到達著火點。正常情況下，該輪主機排煙進入廢氣鍋爐時僅為260℃左右，達不到煙灰的燃點，故不會導致廢氣鍋爐著火。因此只能是因為當時主機低負荷運行，由于燃燒不良，煙灰含有大量未燃燒的燃油，從而使煙灰著火溫度大大降低。另外，主機在機動航行時，負荷經常會變化，主機工作狀況稍有不良，排氣中就難免會帶有火星。

（3）氧氣進入廢氣鍋爐

其途徑有兩種：一是柴油機排氣中含有氧氣，這是不可避免的。現代柴油機為了提高效率，一般都采用比較大的過量空氣系數，使廢氣中含氧量大大增加，有的甚至到達14%的含氧量［2］；另外一種是氧氣從廢氣鍋爐的外部意外進入。事故發生時主機負荷非常低，因此燃燒不良，使排氣含氧量有所增加，并且當時主機掃氣壓力僅0.05 MPa左右，使主機產生的廢氣壓力也很低。在進入翅片管密集的廢氣鍋爐后，由于壓降較大，則在廢氣鍋爐的出口處，廢氣壓力已經降至大氣壓力值附近，從而導致了外界空氣從煙囪進入廢氣鍋爐。

當上述燃燒三要素同時滿足，再經過一段時間的積累，廢氣鍋爐著火事故就發生了。診斷結果是有空氣從煙囪進入廢氣鍋爐上部，因而燃燒首先發生在上層翅片管，這也與故障現象相吻合。由圖2可知，該廢氣鍋爐發生了煙灰著火、碳燃、氫燃和鐵燃等一系列過程，從而導致鍋爐燒毀。

3 廢氣鍋爐著火預防措施

為了防止廢氣鍋爐著火，理論上我們只要切斷三要素中的任何一個，著火就不可能發生。但是從上面的分析可知，火源和氧氣在柴油機運行過程中是不可避免的，因此控制可燃物即煙灰的形成和聚集是防止廢氣鍋爐著火最有效的方法。

3.1 船舶主機的管理

（1）進一步加強燃油的處理，通過凈化、加合適的添加劑等一系列措施來減少煙火的形成，降低煙火沉積的機率；

（2）盡量減少主機的低負荷運轉時間，減少排煙中的含油量。如確實需要長時間低負荷運行，則應定期適當地保持高負荷運行一段時間再降下來，以便利用較高的廢氣壓力吹除廢氣鍋爐水管上的積灰。另外，還要根據需要適當調整汽缸油注油率，減少不完全燃燒物在管子上的積存。為確保機器正常運轉，關鍵是燃油的完全燃燒。

3.2 廢氣鍋爐的管理

（1）定期吹灰

一般船上都配有3~6組周圍布滿小孔的蒸汽吹灰管。建議航行期間根據主機負荷和蒸汽壓力每天進行幾次吹灰，主機燃燒不好或低負荷運行時，要適當增加吹灰次數。為了增強吹灰效果，可以根據需要增加一套煙灰松動劑投放裝置，降低未完全燃燒物的溫度，松動沉積在煙管和翅片上沉積的煙灰。另外，航行期間要經常檢查和記錄廢氣鍋爐的一些參數，例如：廢氣鍋爐前后壓差、進出口溫度等。

（2）定期水洗

根據說明書定期水洗，這是防止廢氣鍋爐著火最有效的方法之一。每次吹灰前后，要對比一下廢氣鍋爐進出口壓差（一般船上都用U形管中水的壓差來表示）是否有變化。如果變化很小或者是沒有變化且廢氣鍋爐前后壓差較大，這說明煙灰已經牢固的沉積在煙管和翅片上，靠蒸汽已不能將其吹掉，這時就應該進行水洗。進行水洗時一定要非常仔細，絕不能留死角。清洗完后，起動強制循環水泵，使廢氣鍋爐內部充分干燥。

（3）保證鍋爐循環水泵工作正常

航行期間一定要保證循環水泵正常工作，避免廢氣鍋爐的干燒。鍋爐給水循環倍率和流速要盡可能高，若循環倍率不夠高，會使管壁上的煙氣溫度升高，增大積灰著火危險。主機完車或緊急停車后，一定要使循環水泵繼續運轉2~6 h，充分帶走爐內可導致引燃的熱量。

（4）鍋爐煙氣流速不能太低

水管鍋爐的設計平均煙氣速度應超過15 m/s，煙管鍋爐的煙氣流速一般都超過20m/s，有自清灰功能。鍋爐受熱面上的煙氣溫度不能太低,以防止形成濕灰。鍋爐出口煙氣溫度蒸發受熱面與爐水蒸發溫度差應超過15℃，若高于20℃則更好［3］。

（5）鍋爐上方安裝著火或高溫報警裝置

這樣就可以及時發現險情，并采取相應措施，避免火勢的進一步發展。一旦發生火情，應按其嚴重程度立刻采取相應措施。若發現積灰失火，應立刻停止柴油機，而鍋爐給水循環泵繼續運行。此時絕不能用吹灰器滅火，可用水清洗裝置以大量的水滅火。如果積灰失火已經發展成鍋爐失火，這種情況一般伴隨給水泵排量大增和或低水位報警等鍋爐失水狀態，則表示失火已使鍋爐管熔化。此時必須立即停止柴油機和鍋爐循環水泵，排放鍋爐內的水，向失火處大量噴水進行冷卻滅火。如果條件允許，最好讓其進行自然冷卻。此時千萬不能貿然打開導門檢查，以免發生更嚴重的爆炸。

4 結語

現代廢氣鍋爐一般都通過增加受熱面積和降低煙氣的流速來提高效率，這其實不利于火災的預防。但是，只要輪機管理人員深入了解鍋爐著火機理，做好主機和鍋爐的管理工作，此類事故是完全可以避免的。

［1］楊志勇.船用柴油機廢氣鍋爐著火分析與預防［J］.世界海運，2005，28（1）:16-18.

［2］戴斌，馬捷.廢氣鍋爐煙灰沉積與著火分析［J］.航海技術，2004（1）:60-61.

［3］邱友鶴.廢氣鍋爐的積灰與失火［J］.船舶設計通訊，1995（2）：48-54.

Cause and prevention of burn-out accident of a ship exhaust boiler

LI Ke-shun SUN Pei-ting
（Dalian Marine University，Dalian 116026，China）

exhaust boiler；soot；burn-out；management

Aiming at a burn-out accident of a ship exhaust boiler，this paper analyzes the cause and mechanism of boiler fire-catching theoretically.It also gives some advices on main engine and boiler management to prevent the accident.

U664.5

A

1001-9855（2011）03-0038-03

2010-11-29

李可順（1979-），男，漢族，講師，主要研究方向：現代輪機工程。

孫培廷（1959-），男，漢族，教授，主要研究方向：現代輪機工程。