一起蒸汽鍋爐爆炸事故原因分析與預防措施

李德忠

(北京市特種設備檢測中心，北京 100029)

一起蒸汽鍋爐爆炸事故原因分析與預防措施

李德忠

(北京市特種設備檢測中心，北京 100029)

針對一起蒸汽鍋爐爆炸事故，通過調查取證，從宏觀及微觀角度進行分析，找出導致事故發生的主要原因，系持偽證的操作人員在鍋爐嚴重缺水后違規處置所造成。使用單位聘用非特種設備作業人員，日常疏于管理，是釀成事故的根源。為杜絕類似事故的發生，提出防范措施。

鍋爐；缺水；爐膽；失穩；爆炸

鍋爐在機械工業、電力工業、化工、輕工、紡織等現代工業生產和人民生活中普遍運用。小型蒸汽鍋爐由于結構緊湊,整體運輸和安裝方便,在一些中小企業(特別是民營企業)中應用廣泛。然而，此類鍋爐更容易發生事故,這通常與使用單位對鍋爐安全管理的重視程度以及司爐人員操作水平有很大關系。2013年～2016年國家質檢總局公布的“全國特種設備安全狀況情況的通報”統計中，4年共發生鍋爐事故83起，有78起發生在使用環節，鍋爐缺水事故占較大比例。鍋爐一旦發生爆炸事故,不僅僅是設備本身遭到破壞,還會毀壞周圍的設備及建筑物,甚至造成人身傷亡,給人民生命財產造成損失。本文通過一起蒸汽鍋爐爆炸事故,分析造成事故的原因，并提出預防措施。

1 事故概況

事發當日上午8時許，某公司1臺LHC0.2-0.4-AⅡ型立式蒸汽鍋爐發生爆炸事故，造成1人死亡，3人受傷。

(1)現場情況：鍋爐爆炸造成鍋爐房屋頂、鍋爐房門、西側墻壁破損，鍋爐本體自東側門飛出約5.7 m。壓力表、水位計、安全閥等安全附件從鍋爐上脫落。鍋爐主蒸汽管、給水管折斷。

(2)鍋爐本體：鍋爐爐膽及爐膽頂失穩沿縱焊縫向內凹陷(見圖1)，爐膽內凹長度1730 mm、深度260 mm，橫水管受爐膽擠壓嚴重變形(圖2)。上部清灰門圈與爐膽連接角焊縫沿周向撕裂(圖3)，裂口弧長150 mm、開度7 mm；上爐門圈對接焊縫沿周向撕裂(圖4)，裂口弧長420 mm、開度45 mm；爐膽上部凹陷處與煙管連接角焊縫沿周向撕裂(圖5)，裂口弧長140 mm、開度10 mm。

匯總上述破壞情況，繪制鍋爐本體破壞情況示意圖(見圖6)。

圖5 爐膽與煙管連接角焊縫周向撕裂

(3)安全附件：安全閥閥瓣與導向套生銹粘連，密封面銹死，無蒸汽沖刷痕跡(見圖7)，安全閥失效；水位計高、低水位、極高、極低水位電極均失靈(見圖8)，失去低水位報警和聯鎖功能。安全閥、水位計、壓力表未按期進行定期校驗。

圖7 安全閥閥瓣與導向套銹死粘連

圖8 水位計失靈

(4) 使用管理：該公司未制訂操作規程及應急專項預案；司爐人員未取得特種設備作業證(使用假作業證)，沒有鍋爐運行及交接班記錄，司爐人員擅自脫崗、睡崗。

2 原因分析

2.1 微觀分析

對爐膽變形部位取樣進行金屬橫截面金相檢驗分析，爐膽部位金相組織為珠光體+鐵素體+魏氏體2級[1](見圖9)。魏氏體組織是由于金屬在高溫過熱狀態下，較快地冷卻而形成的[2]?？梢耘袛?，該鍋爐在發生嚴重缺水時，爐膽部位受火焰和高溫煙氣直接加熱出現干燒過熱，再進水使金屬表面溫度急速冷卻，造成金屬組織變化，即產生魏氏體組織[3]。

圖9 爐膽部位金相組織

魏氏體組織對材料性能的影響與其級別有關，出現0～2級魏氏體組織，不會降低鋼材的機械性能[4]，只有4～5級粗大的魏氏體組織，會使材料的抗拉強度、沖擊韌性下降[5]。故此，本起事故中爐膽材料出現的魏氏體組織，不導致材料性能下降。事故是由于爐膽干燒過熱，再進水瞬間汽化造成爐內快速超壓所致。

2.2 宏觀分析

(1)對爐膽進行壁厚測量、化學成分分析結果符合設計要求。

(2)檢查清灰門圈、煙管與爐膽連接角焊縫局部焊腳高度不足。

(3)司爐工脫崗，未及時發現鍋爐出現低水位，水位計及低水位報警和聯鎖失靈，鍋爐沒有得到補水。司爐工早晨到鍋爐房發現鍋爐缺水，沒能進行正確判斷(此時鍋爐屬嚴重缺水)，錯誤處置，盲目進水導致鍋爐爆炸。

鍋爐嚴重缺水使受火焰和高溫煙氣加熱的受壓元件(如爐膽)干燒、過熱超溫，其抗拉強度、剛度和穩定性會大大下降。該鍋爐爐膽和上爐門圈材料均為Q245，模擬試驗表明[6]：Q245試件抗拉強度在350～500℃的加熱區域降低明顯 ,出現蠕變現象,溫度越高,應力越大,蠕變速度就越快。當溫度在500 ℃以上時,抗拉強度低于110 N/mm2(見圖10)。

圖10 Q245試件抗拉強度-加熱溫度變化曲線

鍋爐嚴重缺水后再進水，冷水瞬間大量汽化，鍋爐內部壓力驟然升高快速超壓；同時進水口附近爐膽內壁急速冷卻，產生溫差應力；爐膽在外壓作用下失穩，局部爐膽和爐膽頂向內凹陷，并導致橫水管受壓嚴重變形；當壓力超過爐膽薄弱部位極限強度時，與變形應力共同作用，使得強度較差的上部清灰門圈、煙管與爐膽連接的角焊縫以及上爐門圈對接焊縫沿周向撕裂，蒸汽從裂口處噴出，破口進一步擴大，造成鍋爐爆炸[7]。爆炸沖擊波與空氣或地面接觸后，產生強大的反作用力，使鍋爐騰空向鍋爐房東側飛出。強烈的沖擊波造成現場司爐工死亡、3人受傷。有資料表明，鍋爐爆炸時所釋放的能量約3%～15%消耗在本體及部件的破壞和拋離，其余大部分將以沖擊波的形式作用于周圍環境，造成建筑物的破壞及人員傷亡[8]。

2.3 使用管理問題

(1)該公司使用管理混亂，規章制度不健全，對持有假作業證件的人員在聘用時沒有進行認真審核，未制訂操作規程及應急專項預案，沒有按規定對作業人員進行安全和技能培訓，未對安全附件進行定期校驗，對處于失效狀態的水位計及低水位報警和聯鎖裝置沒有及時修復，鍋爐出現低水位時不能及時補水，使爐膽干燒過熱。

(2)司爐人員使用假作業證，未經特種設備培訓考核，缺乏對鍋爐缺水的判斷和處置等方面基本專業技能，沒有填寫鍋爐運行及交接班記錄，未按規定對水位計進行清洗，沒有經常檢查安全閥、水位計的安全狀態。擅自脫崗、睡崗，對鍋爐的壓力、水位監視不嚴，發現鍋爐缺水后沒能做出正確判斷，鍋爐嚴重缺水時，沒有立即停爐，而錯誤注水，造成鍋爐瞬間汽化爆炸。

3 預防措施

為了保證鍋爐的安全運行，杜絕類似事件的發生，對于中小型民營企業須做好幾方面工作：

(1)使用單位必須建立健全各項規章制度,建立并嚴格執行鍋爐房管理制度、安全操作制度、崗位責任制度、巡回檢查制度、交接班制度、檢驗檢修制度；按規定聘用持有特種設備作業證的管理和操作人員，制定操作規程及應急專項預案，特別針對鍋爐缺水現象進行演練；對司爐人員進行專業技能培訓，抓好源頭管理。

(2)做好鍋爐、安全閥、壓力表和水位計等安全附件及保護裝置的定期檢驗和校驗工作，每年對鍋爐進行年度檢查，未經檢驗或檢驗不合格，不得使用。加強定期排污，保持各循環回路暢通。

(3)司爐人員必須持證上崗，堅守崗位，不脫崗、睡崗(鍋爐嚴重缺水爆炸事故多數發生在上午)，嚴格監視鍋爐水位和壓力的變化，防止鍋爐缺水和超壓，認真填寫鍋爐運行和交接班記錄。熟練掌握鍋爐的操作技能，每班沖洗水位計，防止汽水連管堵塞，形成假水位；定期對安全閥進行手動和自動排氣試驗、檢查水位報警及聯鎖的靈敏和可靠性，定期檢查、保養上水自動控制閥。

(4)當鍋爐水位計看不到水位，對于立式鍋爐應立即采用“叫水”法，若能見到水在水位計中出現，說明是輕微缺水，可謹慎向鍋爐給水，逐步恢復到正常水位；若仍然見不到水位出現，則是嚴重缺水，須立即停爐、熄火，嚴禁違章加水。

(5)鍋爐制造單位應加強對殼體和爐膽上各部件連接角焊縫的焊接質量控制，確保產品質量滿足標準規范要求。

4 結語

針對鍋爐爆炸事故，采用微觀及宏觀分析方法，確定造成鍋爐爆炸事故的原因。通過對爐膽材料取樣進行金相檢驗分析，檢出有魏氏體組織存在，結合水位計低水位報警及聯鎖功能失靈，鍋爐不能得到及時補水，判斷出爐膽是在嚴重缺水后干燒過熱，再進水使爐內瞬間汽化快速超壓引發鍋爐爆炸。使用單位管理混亂，聘用持假作業證、不具備鍋爐運行安全知識和技能的人員操作鍋爐，水位計及報警和連鎖裝置失靈，是釀成事故的起源；司爐人員不堅守崗位，忽視對鍋爐壓力及水位的嚴格監視，在鍋爐嚴重缺水時，盲目加水，是造成事故的主要原因。事故警示使用鍋爐的中小型民營企業，必須加強使用管理，落實主體責任，聘用持有效證件的司爐人員，日常加強對鍋爐水位和壓力的控制。為有效預防類似事故發生，本文提出了切實可行的預防措施，以保證鍋爐在生產生活中能夠安全運行。

[1] 全國鋼標準化技術委員會.GB/T13299-1991 鋼的顯微組織評定方法[S].北京:中國標準出版社,1992.

[2] 威廉.勞斯特克，詹姆斯R.德伏萊克.金相組織解說[M].上海：上?？茖W技術出版社，1984:23.

[3] 李正華.工業鍋爐檢驗[M].北京：北京科學技術出版社，1992:344.

[4] 鋼鐵熱處理編寫組.鋼鐵熱處理-原理及應用[M].上海：上海科學技術出版社，1979:40-42.

[5] 楊勝濤.淺談魏氏組織形成機理及對材料性能影響[J].河南科技，2014(4)：76.

[6] 盛水平，程正米，陳海云，等.立式鍋爐爆炸機理實驗研究[J].工業安全與環保，2010,36(4)：34-36.

[7] 常偃波，耿亞鴿.對一起水管鍋爐爆炸事故的原因分析[J].中國設備工程，2012(2)：21-22.

[8] 國家安全生產監督管理局.安全評價[M].北京：煤炭工業出版社，2003.

(本文文獻格式：李德忠.一起蒸汽鍋爐爆炸事故原因分析與預防措施[J].山東化工,2017,46(11):192-195.)

Cause Analysis and Preventive Measures of Steam Boiler Explosion Accident

LiDezhong

(Beijing Special Equipment Testing Center,Beijing 100029,China)

Through the investigation and evidence collection for a steam boilers explosion accident, analyze from the macro and micro perspective, the main cause of the accident has been found out. The cause of accident was the operator with fake certificates who had irregularities after the water shortage in boiler. The use of units to employ non-special equipment operators and the daily neglect of management are the root causes of accidents. Put forward preventive measures to prevent the occurrence of similar incidents.

boiler;water shortage;furnace;unstability;explosion

2017-05-18

李德忠(1962—)，男，北京人，本科，工程師，主要從事承壓類特種設備檢驗及事故處理工作。

X933

B

1008-021X(2017)11-0192-04