從蒸汽加熱器爆炸事故分析有關標準的合理性

陳義華

（桂林三金藥業(yè)股份有限公司)

0 引言

長期以來，空調等大量使用的蒸汽加熱器其設計、制造均遵守GB/T 14296—2008《空氣冷卻器與空氣加熱器》標準，且GB150—2011《壓力容器》也明確空氣加熱器不屬于壓力容器的管理范疇。最近某食品廠原料車間在設備清潔驗證過程中，發(fā)生了蒸汽加熱器爆炸事故。事故現(xiàn)場蒸汽加熱器的一側保溫外殼飛到門邊，第一列（共并列四列）蒸汽加熱器內殼被炸開，旁邊的彩鋼板墻倒塌，玻璃碎了一地，墻上沾滿了保溫材料，可見其危險性還是相當大的，若不是無操作人員在現(xiàn)場，恐怕會發(fā)生人員傷亡事故。因此對此類設備事故絕不能掉以輕心。本文從事故現(xiàn)場分析入手，查找造成事故的原因并提出解決辦法，以避免類似事故再次發(fā)生。

1 事故調查和原因分析

事故蒸汽加熱器有四列并列腔體，每個腔體中有13根不銹鋼列管，管徑為?16 mm，蒸汽走管程，空氣走殼程，兩端用方形非成型封頭焊接，總容積約為0.036 m3，彩鋼板墻距離事故加熱器約2 m。

容器的爆破能量主要是以沖擊波能量表現(xiàn)出來的。多數(shù)情況下，沖擊波的傷害、破壞作用是由沖擊波超壓引起的。沖擊波超壓即沖擊波波陣面與大氣之間的壓差，用Δp表示。沖擊波超壓的大小與產生沖擊波的能量有關，也與距離爆炸中心的遠近有關，其關系式為：

式中 Δp——沖擊波波陣面上的超壓，MPa；

R——距爆炸中心的距離，m；

n——衰減系數(shù)。

衰減系數(shù)n在空氣中隨著超壓的大小而變化，在爆炸中心附近n=2.5～3，當超壓在數(shù)個大氣壓以內時n=2，當超壓小于1個大氣壓時n=1.5。沖擊波超壓造成的破壞見表1。

表1 沖擊波超壓的破壞作用

由表1的數(shù)據(jù)可知，本次蒸汽加熱器爆破產生的沖擊波超壓約為0.02 MPa。

那么，本次爆破的原因在哪里？對此需要從人員操作、設備安裝、設備制造缺陷、外部鍋爐供汽情況、同一臺設備的不同部位結構等方面進行綜合分析。

經查看和計算可知，當天鍋爐的出口壓力為0.38 MPa，蒸汽加熱器的壓力不超過0.16 MPa。經詢問操作工操作情況并從現(xiàn)場調查確認，蒸汽閥門處于關閉狀態(tài)，同時疏水閥和旁通閥也處于關閉狀態(tài)。因此，使用超壓導致設備事故的可能性不大。

設計方面：有一些不合理的結構設計，如封頭采用方形非成型封頭，封頭與筒體的連接采用角焊縫，受壓元件強度不夠等。

制造方面：對破裂的加熱器殼體進行斷口分析，該斷口屬于延性破壞，有塑性斷口特征和剪切唇，沒有碎片，開裂處主要在焊口熱影響區(qū)。該加熱器的四列腔體中只有一列腔體爆裂，其它三列沒有發(fā)生塑性變形。爆裂的腔體焊縫存在焊接缺陷，這是導致事故發(fā)生的最大因素。

安裝方面：管道設計及安裝不規(guī)范，進汽管大、排汽管小，不符合 《工業(yè)金屬管道設計規(guī)范》要求。沒有安裝安全閥和壓力表等附件。閥門質量差，容易泄漏或關閉不嚴。

使用方面：蒸汽疏水閥及旁通閥全部處于關閉狀態(tài)，蒸汽管道在暖管過程中產生的冷凝水無從排出，引起汽水共振。

綜上所述，由于設備的制造存在缺陷，進汽閥門質量差，關閥不嚴，加熱器腔體內的壓力達到蒸汽管道壓力的最高值，同時蒸汽管道在暖管過程中產生的冷凝水無從排出引起汽水共振，這些因素綜合作用的結果，使其產生的應力超出了設備材料的設計許用應力，從而引起設備爆破造成事故。

2 建議

《空氣冷卻器與空氣加熱器》標準沒有對其設備的結構、形式等作出明確的規(guī)定，也沒有對加熱器結構設計進行規(guī)范。按 《壓力容器設計規(guī)范》規(guī)定，壓力超過0.1 MPa、容積大于0.1 m3的設備屬于壓力容器，壓力超過0.1 MPa、直徑大于25 mm的管道屬于壓力管道。對于 《壓力容器設計規(guī)范》的這些規(guī)定， 《空氣冷卻器與空氣加熱器》標準應當予以明確的區(qū)分，以免無意中將加熱器制成壓力容器而又脫離壓力容器設計規(guī)范監(jiān)管從而造成事故。

2.1 設計方面

應補充和完善對結構形式、封頭、材料、焊接等方面的要求。應明確采用直徑小于25 mm的盤管；兩端封頭與筒體的連接不得采用焊接結構的連接形式，如需要封頭，應設計成螺栓連接形式并采用壓力容器標準封頭。明確外殼、換熱管的用材標準，明確焊縫結構形式。

2.2 制造方面

選用合格材料并經過嚴格檢驗，采用合適的焊接結構、材料和工藝，確保焊接質量。制造完成后須經無損探傷和嚴格的壓力試驗，經檢驗合格后才能出廠。

2.3 安裝方面

要請有資質的施工單位嚴格按圖施工。采購優(yōu)質閥門和管材，管道安裝符合 《工業(yè)金屬管道工程施工及驗收規(guī)范》，并且管道上應安裝安全閥、壓力表等附件。

2.4 使用、維護和管理

在現(xiàn)行標準未修改之前，應按壓力容器標準對這類設備的使用和維護加強管理。

（1）設備選型與設計時，考慮蒸汽供汽系統(tǒng)的最高工作壓力。同時，在新設備安裝時在蒸汽管道上安裝與設備設計壓力相應等級的安全閥，以確保設備安全運行。

（2）開始工作前要排凈加熱器內的冷卻水和混合氣體，預熱5～10 min后正式工作，避免因蒸汽突然進入冰冷的加熱器而產生大量的冷凝水，沖擊設備。加熱器工作結束后，要排凈其中的冷凝水。

（3）操作工在開啟蒸汽加熱器前，應徹底檢查蒸汽閥門的好壞及開關狀況，開啟蒸汽加熱前要確保疏水器旁通閥開啟。

（4）若設備可能長時間不使用，應當檢查確認供汽閥門已完全切斷，并完全打開排汽閥門，保持旁通閥或疏水閥至少有一組處于開啟狀態(tài)，確保管道暢通不受壓力。

3 結論

《空氣冷卻器與空氣加熱器》標準存在明顯的缺陷和不足。應從本次事故中吸取教訓，及時組織相關專家修訂該標準，以避免這類設備發(fā)生安全生產事故。同時，在該標準未修訂之前，應參照壓力容器標準提高管理檔次，做好在役設備的改造和使用管理，以確保設備的安全運行。

[1]GB/T 14296-2008.空氣冷卻器與空氣加熱器 [S].

[2]GB 150.1-150.4-2011.壓力容器 [S].

[3]張衛(wèi)強，焦強，崔鋒.壓力容器爆炸傷害事故后果分析及評價 [J].科技信息，2009(15)：493-537.

[4]GB 50316-2000.工業(yè)金屬管道設計規(guī)范 [S].

[5]GB 50184-2011.工業(yè)金屬管道工程施工質量驗收規(guī)范[S].