一起立式鍋爐爐膽失穩事故的分析與思考

摘要：文章分析了一臺立式鍋爐爐膽失穩事故產生的原因，并提出了相應的預防措施。

關鍵詞：立式鍋爐；爐膽失穩 ；原因分析；事故預防

中圖分類號：TK229 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）18-0150-02

立式鍋爐廣泛應用于各類小型用汽企業，如浴室、飯店、服裝廠等，該類鍋爐具有結構簡單、操作維修方便、占地面積小、基建投資少等優點。但由于該類鍋爐是整體焊接，剛性大、泄壓釋放點少、水容積小，進水快，缺水也快，爐膽直接受到高溫輻射且承受外壓，很容易失穩。還有此類鍋爐一般自動化程度低，司爐工文化程度低，企業管理水平低，以致鍋爐事故頻發，以下就近期的一起立式鍋爐爐膽失穩事故來進行深度分析，提出相應預防類似事故的措施。

1 事故概況及原因分析

該鍋爐爐膽頂完全塌陷，前方正視下塌最深部分達300mm，下塌爐膽外露部分表面有致密的朱紅色氧化鐵。高溫火焰區有煙灰和氧化皮剝落。對爐膽下塌處金屬進行金相分析表明：金屬晶粒為6～7級，珠光體晶粒度有球化現象，金屬過熱溫度為再結晶溫度535℃以上，說明該鍋爐在運行過程中金屬經受較長時間過熱，金屬在過熱狀態下強度驟降，塑性升高。由于爐膽承受外壓產生的應力超過了材料的屈服限， 使爐膽壓潰凹陷。具體事故經過及原因如下：司爐工違規操作，鍋爐給水采用降壓注水方式，司爐工采用注水后關閉主汽閥門燒爐升壓（實行所謂“一鍋一鍋的燒”）。該鍋爐給水管路上的止回閥失效已久，當鍋爐水位低時司爐工一般打開給水管路上截止閥后啟給水泵供水，但該事故發生時，鍋爐已嚴重缺水司爐工試圖打開給水泵供水時，此時爐內壓力已高過給水泵壓頭，啟泵不起，使得爐內飽和汽水混合物倒灌至給水箱，司爐工觀察水位計無顯示，以為爐內已注滿水，在水位情況不明時沒有進行“叫水”操作，但此時爐內已經嚴重缺水，司爐工又添煤猛燒，直至安全閥起跳、給水箱里大量蒸汽噴出后，司爐工才意識到問題的嚴重性，但此時鍋爐損壞事故已經釀成。

2 事故分析推斷反驗證

2.1 對爐膽進行強度和穩定性校核計算如下

爐膽材料為20g，爐膽厚度8mm，計算長度L=1200mm， Dp=640mm，（數據來源于出廠檢驗數據）

n2=3.9 穩定安全系數，按照文獻[2]選取。

爐膽穩定性公式（式1，按文獻[2]）表明在爐膽結構尺寸一定的情況下，最高允許工作壓力正比于爐膽材料的彈性模量E，由于彈性模量E反比與爐膽溫度，因此爐膽溫度越高，爐膽的最高允許工作壓力越低。即在同樣的應力水平下，爐膽溫度越高，爐膽越容易產生穩定性失效。

在鍋爐水循環正常，爐膽得到可靠冷卻的工況下，可取tbj=250℃，相應Et=1.74×105MPa，則爐膽最高允許工作壓力。

但當爐膽缺水干燒時，爐膽壁溫可達500℃以上，取金相報告提供的溫度525℃，查得相應金屬的彈性模量Et=75×103MPa故此時爐膽最高允許工作壓力[P]=0.222MPa。由于當時安全閥起跳，安全閥的整定壓力為0.41MPa，遠遠大于當時爐膽的最高允許工作壓力[P]=0.222MPa，故由計算結果可以斷定，該鍋爐爐膽在535℃壁溫的情況下，承受遠大于當時爐膽的最高允許外壓而導致爐膽失穩爐膽頂塌陷。

2.2 計算爐膽失穩時鍋爐內的總能量

鍋爐內部的總能量來自兩方面：一是鍋筒內的高壓蒸汽膨脹。由于鍋爐爆炸是在極短的時間內發生的，高壓蒸汽來不及與外界熱交換，釋放的能量可視為絕熱膨脹所作的功。二是飽和水迅速汽化、繼續膨脹所作的功。由于安全閥壓力排放使液面壓力瞬間釋放下降為大氣壓，原工作壓力下的飽和水此時變得極不穩定，變成在大氣壓下難以存在的“過飽和水”，大部分即瞬時汽化，體積驟然膨脹許多倍，在爐內空間形成巨大的能量。

E=ES+EW=VSCS+VWCW

式中：

E——總釋放能量

ES——爆炸能量蒸汽

EW——飽和水爆炸能量

VS——蒸汽體積

VW——飽和水體積

CS——蒸汽爆炸能量系數

CW——飽和水爆炸能量系數

經查表可知壓縮水蒸氣的爆炸能量系數CS=3.25×104kj/m3

飽和水能量系數為：CW=8.31×102kj/m3

該鍋爐爆炸總釋放能量為：

E=3.25×104×1+8.31×102×1≈3.3×104（kJ）

小小爐內蘊藏的能量驚人！

3 事故預防措施

3.1 從直接原因提出相應對策（運行方面）

多數事故的發生，都是由于司爐人員責任心不強，技術生疏或忙亂處置所致，因此司爐人員應該嚴格執行操作規程，尤其對水位變化和鍋爐壓力進行嚴格監視，以防鍋爐缺水超壓。

3.1.1 水位表至少每班沖洗一次，以防止水位表汽水連管的堵塞，形成虛假水位。

3.1.2 定期做安全閥手動或自動排氣試驗，以防止安全閥芯銹死、與閥體粘連。

3.1.3 加強鍋爐水質處理工作。盡量減少鍋爐結垢引發的受熱面鼓包或垢下腐蝕。

3.1.4 定期檢驗，避免鍋爐主要承壓部件帶缺陷運行。

3.2 從鍋爐監管的7個環節提出對策（鍋爐監管方面）

據統計立式小鍋爐事故占所有鍋爐事故的70%～80%，所以此類小鍋爐應該作為特檢、質監部門的重點檢驗、監管對象，對小鍋爐的事故預防，應從生產源頭、使用管理、司爐工培訓等嚴格把關，強調企業負責與政府監管并重。對將常壓熱水鍋爐私自改裝成承壓鍋爐的行為以及無證粗制濫造的鍋爐要堅決查封。

4 結語

由于此類立式小鍋爐升溫、升壓快、水容積、熱慣性小，在運行中非常容易出現超溫、超壓現象。爐膽的穩定性將隨著壁溫的升高急劇降低，如鍋爐同時處于超壓狀態，爐膽極易產生失穩現象，而且由于鍋爐蒸發量小，容易被檢驗人員忽視，希望通過該事故案例，暴露出給該類鍋爐的薄弱點，監察、檢驗部門把此類立式小鍋爐作為以后的監察管控的重點。讓企業接受預防為主的安全價值觀，以案說法、舉一反三，起到安全教育的作用。

參考文獻

[1] 馮維君.鍋爐爆炸事故原因分析與對策[J].中國鍋爐壓力容器安全，1999，15（3）；43-45.

[2] 鍋殼鍋爐受壓元件強度計算（GB/T16508-1996）[S].

作者簡介：余普洲（1984-），男，甘肅平涼人，內江市特種設備監督檢驗所助理工程師，研究方向：鍋爐理論、鍋爐檢驗、改造。