李德忠

(北京市特種設(shè)備檢測中心，北京 100029)

一起蒸汽鍋爐爆炸事故原因分析與預(yù)防措施

李德忠

(北京市特種設(shè)備檢測中心，北京 100029)

針對一起蒸汽鍋爐爆炸事故，通過調(diào)查取證，從宏觀及微觀角度進(jìn)行分析，找出導(dǎo)致事故發(fā)生的主要原因，系持偽證的操作人員在鍋爐嚴(yán)重缺水后違規(guī)處置所造成。使用單位聘用非特種設(shè)備作業(yè)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(fā)生，提出防范措施。

鍋爐；缺水；爐膽；失穩(wěn)；爆炸

鍋爐在機(jī)械工業(yè)、電力工業(yè)、化工、輕工、紡織等現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和人民生活中普遍運(yùn)用。小型蒸汽鍋爐由于結(jié)構(gòu)緊湊,整體運(yùn)輸和安裝方便,在一些中小企業(yè)(特別是民營企業(yè))中應(yīng)用廣泛。然而，此類鍋爐更容易發(fā)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(guān)系。2013年～2016年國家質(zhì)檢總局公布的“全國特種設(shè)備安全狀況情況的通報(bào)”統(tǒng)計(jì)中，4年共發(fā)生鍋爐事故83起，有78起發(fā)生在使用環(huán)節(jié)，鍋爐缺水事故占較大比例。鍋爐一旦發(fā)生爆炸事故,不僅僅是設(shè)備本身遭到破壞,還會毀壞周圍的設(shè)備及建筑物,甚至造成人身傷亡,給人民生命財(cái)產(chǎn)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(yù)防措施。

1 事故概況

事發(fā)當(dāng)日上午8時(shí)許，某公司1臺LHC0.2-0.4-AⅡ型立式蒸汽鍋爐發(fā)生爆炸事故，造成1人死亡，3人受傷。

(1)現(xiàn)場情況：鍋爐爆炸造成鍋爐房屋頂、鍋爐房門、西側(cè)墻壁破損，鍋爐本體自東側(cè)門飛出約5.7 m。壓力表、水位計(jì)、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(wěn)沿縱焊縫向內(nèi)凹陷(見圖1)，爐膽內(nèi)凹長度1730 mm、深度260 mm，橫水管受爐膽擠壓嚴(yán)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(dǎo)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(jì)高、低水位、極高、極低水位電極均失靈(見圖8)，失去低水位報(bào)警和聯(lián)鎖功能。安全閥、水位計(jì)、壓力表未按期進(jìn)行定期校驗(yàn)。

圖7 安全閥閥瓣與導(dǎo)向套銹死粘連

圖8 水位計(jì)失靈

(4) 使用管理：該公司未制訂操作規(guī)程及應(yīng)急專項(xiàng)預(yù)案；司爐人員未取得特種設(shè)備作業(yè)證(使用假作業(yè)證)，沒有鍋爐運(yùn)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(jìn)行金屬橫截面金相檢驗(yàn)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(tài)下，較快地冷卻而形成的[2]?？梢耘袛?，該鍋爐在發(fā)生嚴(yán)重缺水時(shí)，爐膽部位受火焰和高溫?zé)煔庵苯蛹訜岢霈F(xiàn)干燒過熱，再進(jìn)水使金屬表面溫度急速冷卻，造成金屬組織變化，即產(chǎn)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(guān)，出現(xiàn)0～2級魏氏體組織，不會降低鋼材的機(jī)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(qiáng)度、沖擊韌性下降[5]。故此，本起事故中爐膽材料出現(xiàn)的魏氏體組織，不導(dǎo)致材料性能下降。事故是由于爐膽干燒過熱，再進(jìn)水瞬間汽化造成爐內(nèi)快速超壓所致。

2.2 宏觀分析

(1)對爐膽進(jìn)行壁厚測量、化學(xué)成分分析結(jié)果符合設(shè)計(jì)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(shí)發(fā)現(xiàn)鍋爐出現(xiàn)低水位，水位計(jì)及低水位報(bào)警和聯(lián)鎖失靈，鍋爐沒有得到補(bǔ)水。司爐工早晨到鍋爐房發(fā)現(xiàn)鍋爐缺水，沒能進(jìn)行正確判斷(此時(shí)鍋爐屬嚴(yán)重缺水)，錯(cuò)誤處置，盲目進(jìn)水導(dǎo)致鍋爐爆炸。

鍋爐嚴(yán)重缺水使受火焰和高溫?zé)煔饧訜岬氖軌涸?如爐膽)干燒、過熱超溫，其抗拉強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)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(yàn)表明[6]：Q245試件抗拉強(qiáng)度在350～500℃的加熱區(qū)域降低明顯 ,出現(xiàn)蠕變現(xiàn)象,溫度越高,應(yīng)力越大,蠕變速度就越快。當(dāng)溫度在500 ℃以上時(shí),抗拉強(qiáng)度低于110 N/mm2(見圖10)。

圖10 Q245試件抗拉強(qiáng)度-加熱溫度變化曲線

鍋爐嚴(yán)重缺水后再進(jìn)水，冷水瞬間大量汽化，鍋爐內(nèi)部壓力驟然升高快速超壓；同時(shí)進(jìn)水口附近爐膽內(nèi)壁急速冷卻，產(chǎn)生溫差應(yīng)力；爐膽在外壓作用下失穩(wěn)，局部爐膽和爐膽頂向內(nèi)凹陷，并導(dǎo)致橫水管受壓嚴(yán)重變形；當(dāng)壓力超過爐膽薄弱部位極限強(qiáng)度時(shí)，與變形應(yīng)力共同作用，使得強(qiáng)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(jìn)一步擴(kuò)大，造成鍋爐爆炸[7]。爆炸沖擊波與空氣或地面接觸后，產(chǎn)生強(qiáng)大的反作用力，使鍋爐騰空向鍋爐房東側(cè)飛出。強(qiáng)烈的沖擊波造成現(xiàn)場司爐工死亡、3人受傷。有資料表明，鍋爐爆炸時(shí)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(huán)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(guī)章制度不健全，對持有假作業(yè)證件的人員在聘用時(shí)沒有進(jìn)行認(rèn)真審核，未制訂操作規(guī)程及應(yīng)急專項(xiàng)預(yù)案，沒有按規(guī)定對作業(yè)人員進(jìn)行安全和技能培訓(xùn)，未對安全附件進(jìn)行定期校驗(yàn)，對處于失效狀態(tài)的水位計(jì)及低水位報(bào)警和聯(lián)鎖裝置沒有及時(shí)修復(fù)，鍋爐出現(xiàn)低水位時(shí)不能及時(shí)補(bǔ)水，使?fàn)t膽干燒過熱。

(2)司爐人員使用假作業(yè)證，未經(jīng)特種設(shè)備培訓(xùn)考核，缺乏對鍋爐缺水的判斷和處置等方面基本專業(yè)技能，沒有填寫鍋爐運(yùn)行及交接班記錄，未按規(guī)定對水位計(jì)進(jìn)行清洗，沒有經(jīng)常檢查安全閥、水位計(jì)的安全狀態(tài)。擅自脫崗、睡崗，對鍋爐的壓力、水位監(jiān)視不嚴(yán)，發(fā)現(xiàn)鍋爐缺水后沒能做出正確判斷，鍋爐嚴(yán)重缺水時(shí)，沒有立即停爐，而錯(cuò)誤注水，造成鍋爐瞬間汽化爆炸。

3 預(yù)防措施

為了保證鍋爐的安全運(yùn)行，杜絕類似事件的發(fā)生，對于中小型民營企業(yè)須做好幾方面工作：

(1)使用單位必須建立健全各項(xiàng)規(guī)章制度,建立并嚴(yán)格執(zhí)行鍋爐房管理制度、安全操作制度、崗位責(zé)任制度、巡回檢查制度、交接班制度、檢驗(yàn)檢修制度；按規(guī)定聘用持有特種設(shè)備作業(yè)證的管理和操作人員，制定操作規(guī)程及應(yīng)急專項(xiàng)預(yù)案，特別針對鍋爐缺水現(xiàn)象進(jìn)行演練；對司爐人員進(jìn)行專業(yè)技能培訓(xùn)，抓好源頭管理。

(2)做好鍋爐、安全閥、壓力表和水位計(jì)等安全附件及保護(hù)裝置的定期檢驗(yàn)和校驗(yàn)工作，每年對鍋爐進(jìn)行年度檢查，未經(jīng)檢驗(yàn)或檢驗(yàn)不合格，不得使用。加強(qiáng)定期排污，保持各循環(huán)回路暢通。

(3)司爐人員必須持證上崗，堅(jiān)守崗位，不脫崗、睡崗(鍋爐嚴(yán)重缺水爆炸事故多數(shù)發(fā)生在上午)，嚴(yán)格監(jiān)視鍋爐水位和壓力的變化，防止鍋爐缺水和超壓，認(rèn)真填寫鍋爐運(yùn)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(jì)，防止汽水連管堵塞，形成假水位；定期對安全閥進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)排氣試驗(yàn)、檢查水位報(bào)警及聯(lián)鎖的靈敏和可靠性，定期檢查、保養(yǎng)上水自動(dòng)控制閥。

(4)當(dāng)鍋爐水位計(jì)看不到水位，對于立式鍋爐應(yīng)立即采用“叫水”法，若能見到水在水位計(jì)中出現(xiàn)，說明是輕微缺水，可謹(jǐn)慎向鍋爐給水，逐步恢復(fù)到正常水位；若仍然見不到水位出現(xiàn)，則是嚴(yán)重缺水，須立即停爐、熄火，嚴(yán)禁違章加水。

(5)鍋爐制造單位應(yīng)加強(qiáng)對殼體和爐膽上各部件連接角焊縫的焊接質(zhì)量控制，確保產(chǎn)品質(zhì)量滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。

4 結(jié)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(jìn)行金相檢驗(yàn)分析，檢出有魏氏體組織存在，結(jié)合水位計(jì)低水位報(bào)警及聯(lián)鎖功能失靈，鍋爐不能得到及時(shí)補(bǔ)水，判斷出爐膽是在嚴(yán)重缺水后干燒過熱，再進(jìn)水使?fàn)t內(nèi)瞬間汽化快速超壓引發(fā)鍋爐爆炸。使用單位管理混亂，聘用持假作業(yè)證、不具備鍋爐運(yùn)行安全知識和技能的人員操作鍋爐，水位計(jì)及報(bào)警和連鎖裝置失靈，是釀成事故的起源；司爐人員不堅(jiān)守崗位，忽視對鍋爐壓力及水位的嚴(yán)格監(jiān)視，在鍋爐嚴(yán)重缺水時(shí)，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(yè)，必須加強(qiáng)使用管理，落實(shí)主體責(zé)任，聘用持有效證件的司爐人員，日常加強(qiáng)對鍋爐水位和壓力的控制。為有效預(yù)防類似事故發(fā)生，本文提出了切實(shí)可行的預(yù)防措施，以保證鍋爐在生產(chǎn)生活中能夠安全運(yùn)行。

[1] 全國鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB/T13299-1991 鋼的顯微組織評定方法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)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：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1984:23.

[3] 李正華.工業(yè)鍋爐檢驗(yàn)[M].北京：北京科學(xué)技術(shù)出版社，1992:344.

[4] 鋼鐵熱處理編寫組.鋼鐵熱處理-原理及應(yīng)用[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1979:40-42.

[5] 楊勝濤.淺談魏氏組織形成機(jī)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(jī)理實(shí)驗(yàn)研究[J].工業(yè)安全與環(huán)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(shè)備工程，2012(2)：21-22.

[8] 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局.安全評價(jià)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2003.

(本文文獻(xiàn)格式：李德忠.一起蒸汽鍋爐爆炸事故原因分析與預(yù)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(shè)備檢驗(yàn)及事故處理工作。

X933

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