一起工業鍋爐爆炸事故的原因分析與預防措施

王小林　藍家宏　魏玉偉

摘 要：某公司鍋爐在運行時發生爆炸，通過現場勘查、厚度測量、金相分析、材質分析等方法對鍋爐爆炸進行原因分析。結果表明：分汽缸閥門關閉，排污閥關閉，安全閥失效，鍋爐系統形成密閉空間，壓力增大后，在魏氏體組織及多條沿晶裂紋的薄弱點發生斷裂而導致爆炸，對防止類似鍋爐運行事故的發生具有借鑒意義。

關鍵詞：爆炸事故;密閉空間;魏氏體;沿晶裂紋

0 引言

鍋爐是工業經濟中重要的熱能供應設備。電力、機械、冶金、化工、紡織、造紙、食品等行業，以及工業和民用采暖都需要鍋爐供給大量的熱能。鍋爐又可以分為工業鍋爐和電站鍋爐，工業鍋爐主要廣泛應用于一些中小企業，特點是體積小，結構簡單，用途多樣，但分布零散，危險系數卻不低。據統計，2005-2013年全國共發生142起鍋爐爆炸事故[1]，其中因超壓導致爆炸事故的就有41起，比例高達三分之一，可見其普遍性。因此本文將通過一起工業鍋爐因超壓爆炸事故的原因分析，從而提出針對性的預防措施。

1 事故概述

某公司的一臺型號：LHC0.5-0.69-AIII的立式火管固定爐排蒸汽工業鍋爐在9月凌晨停爐后，于次日上午開始點火起動鍋爐，過1h左右鍋爐發生爆炸，該事故造成一人死亡。我院失效分析中心采用現場勘查、厚度測量、金相分析、材質分析等方法對該鍋爐進行了爆炸原因分析。

2 事故檢測與分析

2.1 現場勘查

經現場勘查，該鍋爐發生爆炸后，按面對鍋爐方向，鍋爐本體整體向左后方飛出11m，底部朝向左后方，鍋爐頂部朝向右前方;筒體外表面輕微銹蝕無明顯變形，下部保溫脫落，內壁水垢厚度≤1mm。頂部的封頭有局部凹陷，范圍100mm（長）×100mm（寬）×30 mm（深）（圖1）;爐膽封頭向下塌陷，爐膽由右向左向內嚴重塌陷，爐膽與前上側爐門圈、后側兩個出煙孔圈的連接角焊縫處整圈撕裂，裂口位于角焊縫熔合線附近;斷裂后的一處門孔圈、兩處出煙孔圈角焊縫，發現多條裂紋缺陷，裂口處焊縫厚度為5-8mm（圖2）;分汽缸在爆炸波的沖擊下倒臥于2m外，與其連接的蒸汽管道有4根（1進3出），相應的4個閥門均處于關閉狀態（圖3）;排污管道隨著鍋爐扭曲變形，設有一個排污閥，處于關閉狀態;鍋爐倒塌后安全閥于中部斷裂，經查，該閥屬于超期未校驗，且其導向裝置生銹卡死導致安全閥失效[2]（圖4）;該鍋爐頂部雖然裝有一個壓力表但是已超過檢定有效期;原有的高低水位報警裝置在事故前已損壞。與鍋爐連接的進水管、蒸汽管、煙道均斷裂，鍋爐基礎損壞;鍋爐右側圍墻倒塌;鍋爐房屋頂損壞嚴重，鍋爐后側圍墻倒塌，前側廠房墻體穿洞。

2.2 厚度測量

對事故鍋爐進行了割板取樣，取樣位置見圖5所示。厚度測量結果見表1，由測量數據可知：除6#割樣部位（圖6）（后上側出煙孔圈及鍋殼）的出煙孔圈撕裂口處明顯減薄，其余部位厚度未見明顯減薄;按公式（1）對鍋爐進行設計強度[3]計算。

2.3 金相分析

對事故鍋爐割板取樣進行金相組織分析，由檢測結果可知：除12#割樣部位角焊縫（爐膽與前上側門孔圈連接處）的金相組織有魏氏體3級[4]（圖7），Q245R材料的焊縫及過熱區出現魏氏組織具有普遍性且1-3級的魏氏組織不會對焊縫性能產生明顯影響[5];另外此處焊縫發現有沿晶裂紋存在，說明為脆性斷裂，符合材料超壓瞬時斷裂的特征。其余部位的金相組織均為鐵素體+珠光體，金相組織未見明顯異常。

圖7編號12#焊縫金相組織

圖8沿晶界裂紋

注：圖中的編號與圖5厚度測量點編號一致（下同）

2.4 材質分析

由于爐膽與門孔的連接角焊縫普遍存在裂紋，取12#割樣做全元素的材質分析，結果顯示材質均符合Q245R的國標元素含量要求，未見異常，詳見表2。

3 原因分析

綜合以上分析，得出以下結論：

①鍋爐的壁厚除了門孔圈撕裂口有明顯的減薄外其余部位的壁厚均符合原始厚度的要求，說明鍋爐是在后上側出煙孔圈處爆破的，鍋爐各部位的金相組織及材質均無明顯異常;

②鍋爐分汽缸4個閥門全部關閉，鍋爐給水止回閥功能正常，排污閥關閉，安全閥失效;系統在分汽缸閥門、主蒸汽管道，鍋爐本體，給水止回閥、排污閥、安全閥之間形成了密閉空間;

③爐膽與上爐門圈、爐膽與出煙孔圈連接的角焊縫金相組織普遍存在3級魏氏體組織及多條沿晶裂紋。鍋殼、爐膽與爐門圈、出煙孔圈連接角焊縫焊縫厚度為5-8mm。雖然3級魏氏體不會明顯減低焊縫性，但是在同等壓力下，相比于其他部位的鐵素體+珠光體的金相組織來說有魏氏體存在的角焊縫還是該鍋爐的薄弱點。

綜上所述由于鍋爐存在密閉空間，壓力增大后，在爐膽與門孔圈的角焊縫薄弱點發生沿晶瞬間脆性斷裂而導致鍋爐爆炸。

4 預防措施

針對此次事故并結合多年的檢驗檢測經驗，杜絕此類事故的發生，可以從以下幾個方面做好預防措施：

①鍋爐制造單位應當加強鍋爐制造質量控制，嚴格執行制造工藝，并報備相關部門進行制造監檢以確保產品質量符合標準規范的要求;鍋爐安裝單位在安裝前要進行安裝報備并接受相關部門的安裝監檢;待以上步驟完成且合格后使用單位辦理鍋爐使用登記后方可啟用鍋爐;

②除了一些必要的安全附件外，可以給鍋爐安裝蒸汽超壓或超溫報警裝置以及聯鎖保護裝置;并且按照鍋爐定期檢驗規則按期對鍋爐進行報檢，檢驗結果全部合格后再繼續使用鍋爐;

③使用部門應完善鍋爐的使用管理制度，并嚴格執行;鍋爐操作人員必須持證上崗，每次停爐重起之前都必須檢查各閥門、安全附件和保護裝置的開啟情況;定期進行安全教育培訓及事故演練。

參考文獻：

[1]吳旭正，郭元亮.特種設備典型事故案例集（2005-2013）[M].北京：北京化學工業出版社，2015.

[2]朱宏，武志民.鍋爐運行中安全閥常見問題解析[J].中國設備工程，2019（12）：197-198.

[3] GB/T16508.3-2013.鍋殼鍋爐 第3部分：設計與強度計算[S].北京：國家質量監督檢驗檢疫總局，2014.

[4] GB/T13299-1991.鋼的顯微組織評定方法[S].北京：國家質量監督檢驗檢疫總局，1992.

[5]趙志明.魏氏組織對Q245R焊縫材質狀態的影響[J].科技創新導報，2016，13（05）：34-36.

作者簡介：

王小林（1992- ），男，漢族，廣西玉林人，本科，檢驗員，研究方向：特種設備檢驗檢測。