一起水冷壁管爆管事故原因分析及預(yù)防措施

來(lái)愛平

一起水冷壁管爆管事故原因分析及預(yù)防措施

來(lái)愛平

通過(guò)對(duì)鍋爐損壞特征和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況綜合分析，闡明鍋爐在水冷壁管壁厚減薄的前提下，發(fā)生缺水情況，短時(shí)（瞬時(shí)）高溫過(guò)熱導(dǎo)致事故發(fā)生的原因，同時(shí)提出事故預(yù)防措施和對(duì)檢驗(yàn)工作的思考建議。

水冷壁管；缺水；高溫過(guò)熱；爆管；事故預(yù)防

1 事故概況

2009年6月2日早上6時(shí)左右，某公司一臺(tái)SZL4-13-W蒸汽鍋爐水冷壁管發(fā)生爆管事故，造成鍋爐停用待修。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)人員敘述，當(dāng)班兩人值班，事故發(fā)生前，鍋爐在正常工況狀態(tài)下運(yùn)行，突然司爐人員聽到爐膛內(nèi)有爆破聲，隨即水位報(bào)警器報(bào)警，爐內(nèi)水位快速下降，補(bǔ)水泵自動(dòng)運(yùn)行。在液位顯示仍不見水位情況下，當(dāng)班司爐工又啟動(dòng)補(bǔ)水泵手動(dòng)”按鈕補(bǔ)水。后來(lái)發(fā)現(xiàn)爐門冒出大量氣水混合物，即停爐處理。在轉(zhuǎn)動(dòng)爐排退火至后拱處，因大量塌陷物堆積無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)，自然冷卻停爐。

2 事故現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況

事故發(fā)生后，筆者參與了事故現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查工作，情況如下：

（1）該爐1990年投用，使用壓力0.5 MPa，1999年大修，更換過(guò)水冷壁管。該爐手續(xù)齊全，有歷年檢驗(yàn)報(bào)告，2008年檢驗(yàn)報(bào)告中注明運(yùn)行記錄不健全，且應(yīng)做水壓試驗(yàn)。事故當(dāng)班兩人均持有效證件。

（2）該爐左側(cè)水冷壁管從前向后第1根發(fā)生爆管，爆破位置為管的向火面，破口為縱向開裂，呈尖銳的喇叭形，邊緣很鋒利。破口軸向長(zhǎng)185 mm，徑向?qū)?52 mm，邊緣厚度約1.2 mm，靠近破口處的管壁有嚴(yán)重塑性變形（原周長(zhǎng)為170mm，現(xiàn)周長(zhǎng)為230 mm）。破口管內(nèi)表面光滑，外表面呈藍(lán)黑色，有輕微結(jié)焦。該爐右側(cè)水冷壁管嚴(yán)重變形，棚管段向爐排方向彎曲變形，最大變形量390 mm，立管段向后拱方向彎曲變形，最大變形量93 mm。兩側(cè)水冷壁管均無(wú)氧化皮脫層現(xiàn)象。

（3）爐膛前頂棚（以后拱管上集箱為界）塌陷，面積大約1 500 mm×1 200 mm。后頂棚澆注物有輕微松散現(xiàn)象。

（4）上鍋筒內(nèi)表面水冷壁管脹管區(qū)域有過(guò)熱發(fā)黑現(xiàn)象，其他部位未見異常。下鍋筒未見異常。鍋筒、管子內(nèi)部均無(wú)結(jié)垢、腐蝕。

（5）水冷壁管管材為20鍋爐管，規(guī)格為φ51×3.5 mm。經(jīng)隨機(jī)抽查測(cè)量，兩側(cè)水冷壁管壁厚最大值2.5 mm，最小值2.2 mm。

（6）鍋爐液位計(jì)、壓力表、安全閥等安全附件外觀檢查完好。

3 事故原因分析

通過(guò)對(duì)鍋爐損壞特征和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況綜合分析，本次事故屬典型的水冷壁管受磨損壁厚減薄，在缺水狀態(tài)下短時(shí)（瞬時(shí)）過(guò)熱導(dǎo)致爆管的損壞事故。鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中，水冷壁管直接受爐膛火焰高溫輻射，當(dāng)鍋爐水位偏低時(shí)，在下降管處產(chǎn)生外氣穴，將氣空間的蒸氣吸入下降管，使水循環(huán)受阻，冷卻條件惡化，壁溫在很短時(shí)間內(nèi)迅速上升，致使管材在高溫下發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象，強(qiáng)度急劇下降。此時(shí)，右側(cè)水冷壁管由于受頂棚耐火磚和澆注物重力作用首先發(fā)生彎曲變形，同時(shí)由于兩側(cè)水冷壁管長(zhǎng)期受煙氣沖刷、磨損及腐蝕，管壁減薄量最大。管壁最薄的管子強(qiáng)度最差，在介質(zhì)壓力作用下，管壁向火側(cè)最薄處鼓包，進(jìn)而剪切斷裂，發(fā)生爆破。

從該爐右側(cè)水冷壁管變形損壞程度以及上鍋筒內(nèi)過(guò)熱發(fā)黑現(xiàn)象分析，事故發(fā)生時(shí)由于鍋爐缺水導(dǎo)致過(guò)熱損壞的概率更大。缺水時(shí)，上鍋筒受輻射熱和水冷壁管傳熱作用，產(chǎn)生過(guò)熱發(fā)黑現(xiàn)象。同時(shí)，水冷壁管內(nèi)發(fā)生急劇氣化，導(dǎo)致變形損壞或爆管發(fā)生的時(shí)間更短，破壞程度也更大。從管子外壁沒(méi)有氧化皮脫層現(xiàn)象可以更加證明這一判斷。因?yàn)樵谌彼疇顟B(tài)下，高溫運(yùn)行時(shí)間極短就可能造成破壞，在外壁來(lái)不及形成氧化皮層。

4 結(jié)論及預(yù)防措施

綜上所述，本次事故是一起因操作方面原因?qū)е碌陌踩鹿剩苯釉蚴清仩t運(yùn)行中水位偏低或缺水。使用單位應(yīng)認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，查出造成水位偏低或缺水的原因，在安全管理方面做好預(yù)防措施，從而確實(shí)保障承壓類特種設(shè)備——鍋爐的安全運(yùn)行。

（1）使用單位應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)特種設(shè)備的安全管理工作，從思想上予以高度重視，認(rèn)真執(zhí)行國(guó)家有關(guān)特種設(shè)備法律法規(guī)和安全技術(shù)規(guī)范，加強(qiáng)鍋爐等特種設(shè)備的規(guī)范化操作和維護(hù)保養(yǎng)監(jiān)督檢查。

（2）認(rèn)真對(duì)待安全管理部門和檢驗(yàn)檢測(cè)單位提出的整改意見，對(duì)鍋爐定期檢驗(yàn)中提出的問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行整改。

（3）加強(qiáng)對(duì)司爐人員的培訓(xùn)及應(yīng)急演練，避免類似事故發(fā)生。如聽到爐膛內(nèi)有異常聲響，在還不確定鍋爐究竟發(fā)生了什么問(wèn)題情況下，盲目補(bǔ)水操作，有可能使事故擴(kuò)大，甚至發(fā)生爆炸，直接危及生命財(cái)產(chǎn)安全。

（4）鍋爐的修復(fù)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家有關(guān)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)上鍋筒應(yīng)運(yùn)用硬度測(cè)試、金相分析等多種檢測(cè)方法，確定其是否需要進(jìn)行挖補(bǔ)或者更換。

（5）應(yīng)對(duì)類似工況的其他幾臺(tái)鍋爐進(jìn)行停爐檢驗(yàn)，對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)和安全附件進(jìn)行全面檢查和校驗(yàn)，確認(rèn)其處于完好狀態(tài)。

5 對(duì)檢驗(yàn)工作的思考和建議

檢驗(yàn)工作質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到特種設(shè)備是否能安全運(yùn)行。本次事故調(diào)查的初步結(jié)論是鍋爐運(yùn)行中操作方面的原因?qū)е拢ㄟ^(guò)事故分析，對(duì)檢驗(yàn)工作中存在的一些問(wèn)題提出以下建議：

（1）檢驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)對(duì)鍋爐檢驗(yàn)狀態(tài)進(jìn)行完整說(shuō)明。該爐2007年、2008年進(jìn)行的均是內(nèi)檢，連續(xù)兩年內(nèi)檢，對(duì)該爐而言只有屬于《鍋爐定期檢驗(yàn)規(guī)則》第6條第5種情況“根據(jù)上次內(nèi)部檢驗(yàn)結(jié)果和鍋爐運(yùn)行情況，對(duì)設(shè)備安全可靠性有懷疑時(shí)”才進(jìn)行，因此檢驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)予以說(shuō)明，并詳細(xì)記錄對(duì)懷疑項(xiàng)目的檢驗(yàn)檢測(cè)內(nèi)容。

（2）檢驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目應(yīng)覆蓋全面。從截取的爆管斷面看，管壁沿背火面至向火面有均勻減薄現(xiàn)象，符合長(zhǎng)期沖刷自然減薄特征。隨機(jī)抽查測(cè)量的結(jié)果也表明，壁厚確實(shí)有一定程度減薄。從使用年限分析，該爐1986年制造，1990年投用，使用年限較長(zhǎng)，1999年更換水冷壁管至今也已10年，因此檢驗(yàn)中對(duì)沖刷減薄部位應(yīng)該有所預(yù)見。對(duì)于該爐情況，內(nèi)檢時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮對(duì)受熱管進(jìn)行壁厚測(cè)定，必要時(shí)還需根據(jù)實(shí)測(cè)最小值進(jìn)行強(qiáng)度校核。

（3）全面分析受檢鍋爐狀況，對(duì)事故發(fā)生進(jìn)行預(yù)測(cè)判斷，提高受檢設(shè)備的安全性。該爐2007年11月內(nèi)檢報(bào)告中，水冷壁管測(cè)厚最小值3.03 mm，最大值3.18 mm，說(shuō)明從1999年~2007年，8年最大減薄量不足0.5 mm，而與事故后測(cè)量結(jié)果比照，2007年11月至事故發(fā)生，兩年時(shí)間減薄量平均值超過(guò)0.5 mm，屬于非線性關(guān)系，不符合自然減薄規(guī)律。應(yīng)當(dāng)查明是否由于燃料種類改變或其他原因?qū)е聸_刷磨損加劇，對(duì)有可能發(fā)生的事故進(jìn)行預(yù)測(cè)判斷，從而提出改進(jìn)措施，避免事故發(fā)生，做到防患于未然。

TK229

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2010－06－29

來(lái)愛平，現(xiàn)就職于晉城市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所.