蒸汽鍋爐爆炸原因分析

李淼　周志勇　周升升　鄧欽球

摘 要：鍋爐是具有高溫、高壓的熱能設備，是特種設備之一，一旦發生事故，涉及公共安全，將會給國家和人民生命財產造成巨大損失。本文對一例蒸汽鍋爐爆炸的原因進行分析，通過現場勘驗、成分分析、力學性能分析、焊接檢查等鑒定分析手段，找出蒸汽鍋爐爆炸原因。本文所用的分析方法有助于失效分析人員根據現象分析和判斷蒸汽鍋爐爆炸的原因。

關鍵詞：蒸汽鍋爐；爆炸；焊縫焊接；安全閥；橫水管

中圖分類號：TK228 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）10-0079-03

鍋爐是生產水蒸氣和高溫水的設備，由于它能提供動力和熱能。隨著生產的發展，鍋爐設備日益廣泛地應用于現代工業的各個部門，成為發展國民經濟的重要熱工設備之一[1]。鍋爐既是工業中常見的設備，又是具有潛在爆炸危險的特殊設備。鍋爐在正常運行時，系統中儲存著大量的熱能，它不僅要承受高溫高壓，還要承受介質侵蝕和飛灰磨損，工作環境比較惡劣。一旦某些原因促使儲能意外釋放，就會造成財產損失以至人員傷亡。近年來，我國鍋爐爆炸的事故屢有發生，給經濟建設和社會文明帶來了較大影響[2]。本文通過科學客觀的檢測手段，對爆炸后的蒸汽鍋爐進行了全面系統的分析，查找出產生爆炸的根本原因，為今后蒸汽鍋爐的失效分析提供技術思路。

1 案情資料

XXXX年XX月XX日，某廠內發生爆炸，爆炸的鍋爐造成三個車間坍塌。為查明真相，某地公安局委托我單位對前述事項進行物證鑒定，我單位受理了此鑒定。

2 分析過程

2.1 現場調查

現場調查時，發現涉案鍋爐的橫水管、爐膽有變形（見圖1所示）。現場涉案鍋爐的分汽包有4個閥門，進氣閥門處于開啟狀態。

涉案鍋爐的安全閥采用彈簧式安全閥，安全閥與鍋爐本體連接管道斷裂，脫離鍋爐本體。涉案鍋爐蒸汽閥門與本體斷裂分離（見圖2所示）。涉案鍋爐爐膽變形呈向中心凹陷狀態，鍋爐本體在投煤門圈（與爐膽、鍋殼焊接處）內外兩側處發生開裂，裂紋成環狀，外側長度約20cm，內側開裂長度約30cm。涉案鍋爐底座無固定螺栓。投煤門圈上缺失爐蓋。與涉案鍋爐連接的蒸汽出口閥、安全閥、進水管排污管、水位計引出管的連接管路均在事故后與涉案鍋爐斷裂脫離（見圖3所示）。

2.2 涉案鍋爐成分分析

依據GB/T 4336-2002《碳素鋼和中低合金鋼多元素含量的測定火花放電原子發射光譜法（常規法）》[3]對涉案鍋爐本體、橫水管所用材質進行成分分析，其成分見表1、表2所示：

通過對涉案鍋爐本體、橫管化學成分分析可知，涉案鍋爐本體材料為Q235，橫管材料為20#鋼，符合圖紙技術要求。

2.3 涉案鍋爐力學性能檢測

對涉案鍋爐本體所用材料的力學性能進行檢測，結果見表3所示。

2.4 涉案鍋爐焊接檢查

根據GB/T 6417.1-2005《金屬熔化焊接頭缺欠分類及說明》[4]中所表述的焊接缺欠分類及說明，發現涉案鍋爐投煤門圈與爐膽（板厚10mm）焊接的角焊縫存在未焊透（未焊透深度大于5mm），且焊接位置與圖紙要求不符，圖紙要求單面開坡口角焊縫焊接，涉案鍋爐采用的則是未開坡口雙面角焊縫；投煤門圈與鍋殼（板厚8mm）焊接的角焊縫存在未焊透現象（無有效熔深）（見圖4所示），不符合圖紙要求。同時也不符合JB/T 1613-1993《鍋爐受壓元件焊接技術條件》[5]中5.3條“主要受壓元件的主焊縫（鍋筒、鍋殼、爐膽或集箱的縱縫和環縫，封頭、管板或下腳圈的拼接焊縫等）應采用全焊透性焊縫”的要求。

2.5 安全閥檢查

將涉案鍋爐的安全閥進行拆解檢查和觀察銘牌，發現該安全閥為彈簧全啟式安全閥，且安全封完好（見圖5所示），彈簧可動作，安全閥的反沖盤與導向套發生銹蝕，不能相互運動（見圖6所示），安全閥失效，不能起到泄壓保護作用。

2.6 涉案鍋爐橫水管檢查

對涉案鍋爐橫水管進行檢查，未發現橫水管存在水垢等影響熱傳導的異常現象。依據GB/T 13298-2015《金屬顯微組織檢驗方法》[6]對涉案鍋爐橫水管所用材料進行金相分析，發現橫水管的金相組織主要是鐵素體+珠光體（見圖7所示），局部存在魏氏組織（見圖8所示）以及晶粒長大現象（見圖9所示）。

3 結果分析

通過對涉案鍋爐檢查和查閱涉案鍋爐的相關資料，涉案鍋爐在初始安裝時安全閥檢驗合格，壓力表檢驗合格，涉案鍋爐允許運行。但是涉案鍋爐運行后安全閥無2010年后的校驗記錄，不符合《蒸汽鍋爐安全技術監察規程》中第146條“在用鍋爐的安全閥每年至少應校驗一次”的要求。涉案鍋爐的安全閥在使用期間未按規定進行校驗，安全閥已經失效，失去安全保護作用。

通過“2.4涉案鍋爐焊接檢查”分析可知，涉案鍋爐的投煤門圈與爐膽的角焊縫處和投煤門圈與鍋殼之間的角焊縫均存在未焊透現象，不符合圖紙要求，同時不符合JB/T1613-1993《鍋爐受壓元件焊接技術條件》中5.3條“主要受壓元件的主焊縫（鍋筒、鍋殼、爐膽或集箱的縱縫和環縫，封頭、管板或下腳圈的拼接焊縫等）應采用全焊透性焊縫”的要求。

根據委托人提供的調查筆錄截圖可知，涉案鍋爐在運行過程中存在過燒的可能，由“2.6涉案鍋爐橫水管檢查”可知橫水管金相局部存在魏氏組織和晶粒長大現象，此現象與橫水管受到異常高溫有關。

4 結語

涉案鍋爐在運行過程中，因操作原因導致涉案鍋爐壓力升高，涉案鍋爐的安全閥超期未檢并失效，存在涉案鍋爐爆炸的安全隱患；導致涉案鍋爐在運行過程中超過涉案鍋爐的額定蒸汽壓力（0.4Mpa）時，安全閥不能泄壓；同時，涉案鍋爐在投煤門圈與爐膽和鍋殼焊接處存在嚴重未焊透的現象，造成涉案鍋爐焊縫性能降低，導致涉案鍋爐壓力從焊接薄弱處釋放導致爆炸事故的發生。

參考文獻

[1]奚士光，吳味隆，蔣君衍.鍋爐及鍋爐房設備（第三版）[M].北京：中國建筑工業出版社，1995.

[2]牛國慶，徐志勝，徐彧，崔輝，王海娟.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：自然科學版，2005，（6）：909-912.

[3]GB/T 4336-2002.碳素鋼和中低合金鋼 多元素含量的測定火花放電原子發射光譜法（常規法）[S].

[4]GB/T 6417.1-2005.金屬熔化焊接頭缺欠分類及說明[S].

[5]JB/T 1613-1993.鍋爐受壓元件焊接技術條件[S].

[6]GB/T 13298-2015.金屬顯微組織檢驗方法[S].