對一起立式水管鍋爐爆炸事故的原因分析

常偃波 耿亞鴿

（洛陽市鍋爐壓力容器檢驗所，河南 洛陽 471000）

引言

鍋爐是提供動力和熱能的主要設備，一旦發生爆炸事故，不僅設備本身遭到破壞，影響生產或生活，還會損毀周圍設備及廠房等建筑物，甚至造成嚴重的人身傷害，所以鍋爐的安全運行一直是值得關注和重視的問題。本文根據事故調查情況，對一起立式水管鍋爐爆炸事故的原因進行了分析，并還原了事故發生過程，提出了加強鍋爐運行維護和監管的建議。

1 爆炸事故概況

2009年6月3日早上7：20左右，位于洛陽市某縣城賓館的一臺運行中的立式鍋爐發生爆炸。該鍋爐型號為LSH0.5-0.4-WⅢ，其設備示意圖見圖1，由某鍋爐公司設計、制造，2004年11月制造完工，經當地鍋檢所監檢合格出廠，2005年5月安裝后投入使用。2006年辦理注冊登記手續，2008年9月經我市鍋檢所全面檢驗，鍋爐本體合格。

圖1 鍋爐示意圖

事故造成鍋爐整體炸毀，爐體落于鍋爐房西南方約200米處，煙囪落于鍋爐房西側約50米處。爆炸產生的沖擊波將爐墻推倒，鍋爐房全部垮塌，該賓館樓上37處窗戶玻璃被震碎，附近的6個卷閘門受力變形損壞，事故造成附近人員一死兩傷，直接經濟損失達10萬元。

2 事故原因調查

2.1 事故發生經過

調查發現，當班司爐工陳某，沒有司爐操作證。據當事人口述，事故發生的經過為：2009年6月2日晚上，司爐工給鍋爐上滿水，關閉風機后將爐火壓上煤停爐。6月3日早晨6時20左右，司爐工陳某并未觀測水位表情況，即憑以往經驗起火開爐。當爐內壓力達到0.4MPa左右，司爐工準備開啟分汽缸供汽閥門時，發現水位表已沒有水位，這時他開啟給水泵進行上水操作，瞬時鍋爐發生爆炸。司爐工被沖擊波和蒸汽拋向鍋爐西側15米處一平房屋頂，造成腿部骨折和身體大面積灼傷，幸無生命大礙。

2.2 鍋爐破壞起始位置

有資料表明[2]，立式鍋爐在下腳圈與筒體連接的對接焊縫，爐膽、筒體和爐門圈的角焊縫處最易造成焊縫撕裂。現場勘查發現，鍋爐下部排污管管口右側有一個約50cm長，由鍋爐下腳圈向鍋爐筒體延伸的撕裂口，斷口呈450剪切唇，斷面粗糙，細看為纖維狀，為典型的450剪切延性斷口。其余下腳圈與爐膽連接的環向焊縫近半周撕裂帶為沿環焊縫融合線下腳圈側開裂，斷口兩邊緣有較少的剪切唇邊，而中部較為平齊，斷面無明顯的塑性變形，有雙杯和解理斷口的共同特征。可認定鍋爐下部排污管管口右側為破裂初始開口區（見圖2）。

圖2 初始斷口情況

2.3 局部存在過熱現象

鍋爐上部喉管（煙氣從爐膛出口進入煙箱處）附近，煙氣高溫段處彎水管與筒體連接的下管口附近，發現有橘紅色金屬過熱特征（見圖3），可認定該部位金屬已嚴重超溫。其對應的爐膽以上受壓元件沒有水垢，而以下部位水垢堅硬，局部保留完整。從而說明橘紅色金屬過熱部位以上部位，有缺水現象發生，通常水位達到這個位置，鍋爐已發生嚴重缺水事故。

圖3 局部過熱現象

2.4 爐膽發現淬火跡象

對筒體和爐膽進行硬度對比檢測，發現爐膽下部硬度略高，而爐膽下部是受火焰加熱溫度最高且首先接觸進水的部位；對有橘紅色金屬過熱特征部位的金相組織分析，發現晶粒粗大，原珠光體組織已出現組織轉變現象（見圖3）；對相應部位進行力學性能試驗，發現抗拉強度（Rm）值已超過原材料抗拉強度的上限值，而其斷后伸長率（A）由原33%減小至11%，鍋爐筒體材料強度增大，塑性減小，脆性增高。這些現象說明爐膽下部有淬火現象，即該鍋爐存在嚴重缺水后且向鍋爐上水的跡象。

2.5 排污閥有漏水現象

圖4 金相分析圖片

在事故現場發現了兩個串聯的排污閥，兩頭閥體斷裂（見圖5），一個閥門呈半開啟狀，另外一個閥門呈嚴重銹蝕漏水狀，說明排污管路閥門有泄漏現象。排污閥泄露，很可能是造成鍋爐缺水的主要原因。而頭天晚上滿水的鍋爐，到第二天早上時可能已經嚴重缺水，而當班司爐工并未注意該情況，即憑以往經驗起火開爐。

圖5 泄露的排污閥

2.6 事故發生過程還原

綜合以上現象和分析，此次事故產生的原因及過程可能為：2009年6月3日上午7時前，司爐工進入鍋爐房，開始起火開爐，由于排污閥內漏，使得6月2日晚上所上滿的鍋爐爐水有流失，此時實際已缺水。隨著鍋內蒸汽壓力的升高，水位不斷降低，使得鍋爐缺水更加嚴重。同時高溫煙氣出口處，即喉管附近材質發生過熱現象，呈現橘紅色。此時水位線以上部位，原來附著在表面的堅硬水垢，因與金屬的熱膨脹系數不同，開始逐漸脫落。

當爐內壓力達到0.4MPa左右，司爐工準備開啟供汽閥門時，發現水位表已沒有水位，此時本應緊急停爐，而司爐工卻錯誤地開啟給水泵進行上水操作。由于此時實際水位已降至給水管管口以下，使得所上新水，在接觸爐膽上部和喉管附近熾熱金屬的瞬間全部汽化，致使鍋爐汽壓急劇升高，此時安全閥來不及起跳排放超壓汽體，使鍋爐瞬時嚴重超壓。當壓力超過鍋爐最弱部位即下腳圈附近所能承受的極限強度時，在排污管管孔應力集中的共同作用下，鍋爐沿排污管管孔處撕裂，由于高能量在破口處的釋放，致使裂口沿晶粒粗大的下腳圈與爐膽環焊縫熔合線處不斷擴展，最終鍋爐發生破壞，瞬間鍋內壓力降低。這時由于汽壓驟減，鍋內剩余的飽和水劇烈汽化膨脹，發生爆炸，產生的強大沖擊波將爐墻摧毀，鍋爐本體飛出。

3 結論和啟示

3.1 該賓館在鍋爐使用過程中管理混亂，違反《特種設備安全監察條例》的相關規定，聘用無司爐操作證、不懂鍋爐運行安全知識的人員操作鍋爐，是導致這起鍋爐爆炸事故發生的根源。

3.2 司爐工陳某無證上崗，不具備操作資格和基本安全常識，在鍋爐嚴重缺水、承壓部件局部過熱的情況下，錯誤地向鍋爐上水，是導致這起爆炸事故發生的直接原因。

3.3 立式水管鍋爐的下腳圈與筒體連接處，最易發生焊縫撕裂。尤其是在排污管管座附近，又有應力集中現象，所以該部位在制造和檢驗時應該尤為重視。

3.4 特種設備安全監察部門應嚴格貫徹《特種設備安全監察條例》、《蒸汽鍋爐安全技術監察規程》等法規、規范，做好特種設備使用的督查工作，同時宣傳特種設備安全知識和意識。

[1]中華人民共和國國務院令.特種設備安全監察條例[S].北京：中國計量出版社，2009.

[2]盛水平，程正米，陳海正等.立式鍋爐爆炸機理試驗研究[J].工業安全與環保，2010，36(4):34～ 36.

[3]牛國慶，徐志勝，徐彧等.鍋爐爆炸原因分析與事故后果模擬 [J].遼寧工程技術大學學報，2005，24(6):909～912.

[4]李文煒，狄剛，郭建平等.對LSC0.5-0.7-AⅡ鍋爐爆炸事故的深度分析[J].科技通報，2010,26 (4):606～622.