一起立式水管鍋爐爆炸事故原因分析

吳兵兵

一起立式水管鍋爐爆炸事故原因分析

吳兵兵

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院南通分院，江蘇南通226011）

針對一起立式水管鍋爐爆炸事故，通過采用爐膽變形、硬度測定為主的分析方法，輔以爆破口開裂、下腳圈變形等分析方法，對爆炸失效原因進行了分析，并得出結論。

鍋爐；爆炸；分析；缺水

立式鍋爐由于結構緊湊，占地面積小，整體運輸和安裝方便，且操作簡單，在一些中小企業中得到廣泛運用，尤其是生產工藝單一、對蒸汽品質要求不高的小作坊和個體戶較為常見。但是此類鍋爐往往更容易發生爆炸事故，這通常和使用單位安全管理重視程度以及司爐人員操作水平有很大關系。本文通過一些常用分析方法結合現場調查情況，分析了該起鍋爐爆炸事故發生的原因。

1 事故概況

發生爆炸的鍋爐是一家特種水產養殖場所使用的立式蒸汽鍋爐，主要用于冬季蝦苗大篷內取暖，鍋爐型號為LSG0.5-0.7-AⅢ，額定蒸發量0.5 t/h，額定蒸汽壓力0.7 MPa，飽和蒸汽溫度170℃，燃料為煤。

該鍋爐是春節假期結束后第一天運行，于當天下午1點左右發生爆炸事故。鍋爐房被炸毀，與其相連的3間附屬用房屋頂被氣浪掀飛，門窗及吊頂等著火燒毀。鍋爐本體被炸飛到原鍋爐基礎西南方向約32 m處的水塘里面，在同一直線方向29.7m處有一明顯重物砸坑，地面破碎嚴重，坑洞直徑約1.5 m.

爐膽在殼體內嚴重鼓包、扭曲變形，爐門圈、喉管孔圈與爐膽和殼體連接的角焊縫被撕裂脫開，下腳圈排污口呈撕裂狀（見圖1、圖2）。水位表汽、水連管與鍋殼連接處向后90°彎曲變形，主汽閥門與鍋殼連接管自根部斷裂。無水位報警及聯鎖保護裝置。

圖1 爆炸后的鍋爐

圖2 排污口撕裂

該鍋爐為非法安裝、未經安裝監督檢驗以及定期檢驗、司爐操作人員無特種設備作業人員證，鍋爐房無運行記錄，爆炸時僅當值司爐工在場。

2 檢驗與分析

該型鍋爐的主要受壓元件有：鍋殼、筒體、封頭、爐膽、爐膽封頭和U形下腳圈以及彎水管。為了充分分析爆炸事故的原因，結合爆炸現場特征，采用了爐膽變形、硬度測定、爆破口開裂、下腳圈變形等方法對鍋爐主要承壓部件產生的缺陷進行了分析。

2.1 爐膽變形分析

鍋爐一旦嚴重缺水，爐膽金屬會嚴重超溫導致變形，這是因為金屬材料在嚴重超溫的情況下，強度和剛度大幅度下降，同時在外壓的作用下，就會發生爐膽下部向爐膽中心嚴重鼓包變形，爐膽頂部向下嚴重凹陷變形的情況。這種變形也只有在金屬壁溫嚴重超溫的情況下才能發生如此大的塑性變形，而沒有開裂[1]。

現場鍋爐殘骸顯示爐膽嚴重鼓包變形，爐內彎管被鼓包爐膽擠壓在中部呈麻花狀（見圖3），同時爐膽頂部整體凹陷變形（見圖4）。出現了只有在鍋爐運行中嚴重缺水才會發生金屬超溫變形的情況，說明該鍋爐曾經發生了嚴重缺水。

圖3 爐膽變形圖

圖4 喉管及爐膽頂變形圖

2.2 爐膽硬度檢測分析方法

判斷鍋爐嚴重缺水時是否有向鍋爐內進水的重要檢測判定手段是對爐膽進行硬度測定。若嚴重缺水時發生了向鍋爐內進水的情況，如對爐膽進行硬度檢測，就能發現爐膽下部硬度高于上部硬度，因為爐膽下部是受熱輻射最厲害，也就是金屬溫度最高的地方，一旦接觸到大量冷水，爐膽下部金屬就會有淬火現象，導致硬度增加，尤其是進水口附近的爐膽金屬組織硬度最高[1]。

現場鍋爐殘骸顯示爐膽呈對角狀鼓包變形，鼓包下部起點為下腳圈底部，爐膽變形量見圖5，鼓包長度約1 800 mm，鼓包最高處鋼板局部呈青藍色。同時對爐膽鼓包處進行了硬度測定，沿爐門圈順時針方向，從下向上等間距（150 mm）測定，詳見表1.通過測定結果可以看出爐膽下部硬度高于中段硬度，即該鍋爐發生過缺水后向鍋爐進水的情況。

圖5 爐膽鼓包變形量

表1 爐膽鼓包硬度測定表

2.3 爆破口開裂分析

發生缺水事故的鍋爐受壓元件的爆破口及起裂點往往發生在爐膽高溫區受應力最大處（如爐門孔圈）或者受壓元件材料有缺陷或者焊縫有缺陷處。從事故現場來看，爐門圈與爐膽連接的角焊縫近乎整圈撕脫開裂，通過觀察斷口形態，可以判斷由鍋爐瞬時超壓引起了爐門圈與爐膽連接的焊縫撕裂。

2.4 下腳圈變形分析方法

U型下腳圈是該型號鍋爐最厚的受壓元件，再加上其特殊的機構，讓其成為了該型鍋爐剛性最強的受壓元件，同時由于鍋爐整體結構設計的要求，U型下腳圈屬非受火焰加熱的受壓元件[1]。該事故導致下腳圈底部弧線部分消失，發生嚴重變形，足以證明曾經發生過嚴重缺水的情況，詳見圖1.

3 爆炸過程分析

通過調查筆錄和鍋爐殘骸綜合分析，由于司爐工脫崗時間較長，該鍋爐又無水位報警及聯鎖保護裝置，導致鍋爐內水位急劇下降，在遇到緊急情況時司爐工又盲目進水，使得冷水在接觸爐膽熾熱金屬的瞬間全部汽化，鍋爐內壓急劇上升，安全閥已來不及起跳排放超壓汽體，使鍋爐嚴重超壓，當壓力超過鍋爐最薄弱部位的極限強度時，爐門圈與爐膽焊縫撕裂，儲存的高能量瞬時釋放出來，汽體減少，壓力突降，剩余的飽和水蒸氣又劇烈汽化膨脹，造成壓力再次升高，鍋爐發生爆炸，產生的沖擊波將鍋爐房摧毀，本體飛出[2-3]。

4 結論

還可以通過材料化學成分分析、力學性能試驗、金相組織分析等方法來對該起事故進行原因分析，僅就上述幾點的分析，結合現場調查詢問筆錄，大致可以確定爆炸發生的原因。

（1）該使用單位鍋爐使用過程管理混亂，違反法律規定使用非法安裝、未經安裝監檢驗和定期檢驗的特種設備，聘用無證司爐人現場操作，是導致這起事故發生的根源。

（2）司爐工不具備操作資格和安全常識，缺少必要的緊急情況處理能力，錯誤的向嚴重缺水的鍋爐內上水，是導致這起事故發生的直接原因。

（3）立式水管鍋爐的喉管孔圈和爐門圈連接處，下腳圈與筒體的連接處，還有排污管管座附近，存在應力集中，這些部位極易發生焊縫撕裂，所以這些部位是制造和檢驗時候的重點。

（4）該鍋爐的安全附件的失靈以及聯鎖保護裝置的缺失導致設備自身在出現異常時無法自動顯示聲、光報警以及自我完成一些保護和聯鎖動作，消除產生事故的條件，避免事故的發生。

[1]許永平.立式鍋爐缺水爆炸原因分析鑒定方法[J].中國科技成果，2015（18）：64-65.

[2]曹福想，郭少宏.一起立式鍋爐爆炸失效原因分析[J].南方金屬，2012，8（4）：22-24.

[3]常偃波，耿亞鴿.對一起立式水管鍋爐爆炸事故原因分析[J].中國設備工程，2012（2）：21-22.

Analysis on the Cause of a Vertical Water Tube Boiler Explosion Accident

WU Bing-bing
（Jiangsu Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute Nantong Branch，Jiangsu Nantong226011，China）

For with vertical boiler explosion,mainly through the use of analytical methods for the determination of furnace deformation,hardness,and the blasting crack,ring deformation analysis method,the failure causes of the explosion are analyzed,and the conclusion.■

boiler;explosion;analysis;water shortage

X933.2

A

1672-545X（2017）02-0248-02

2016-11-08

吳兵兵（1983-），男，江蘇如東人，本科，工程師，主要研究方向：鍋爐、壓力容器檢驗檢測。