一起鍋爐自控裝置失靈事故的分析與警示

孟慶樂

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院新鄉分院 新鄉 453003）

新鄉市某制板廠于2016年9月新安裝一臺WNS1-1．0-Q（Y）型鍋爐，經驗收合格，開始投入運行。2017年9月初經內部檢驗，結論為“符合要求”。但是，9月底筆者準備去進行外部檢驗時，提前接到該廠負責人電話，告知該鍋爐燒干了，隨即赴現場查看。

1 事故經過

該制板廠主要是依靠蒸汽加熱壓制膠合板的。據該廠老板介紹，此前鍋爐一直運行正常，當天上午10點，操作人員還現場觀察鍋爐水位、燃燒器運行等一切正常，隨后離開。到了下午13：20左右，負責人發現生產車間管道送出的蒸汽溫度高，顏色不正常，趕忙去鍋爐房查看，發現鍋爐上主汽閥門的閥桿處冒煙，人孔圈開始冒煙，分汽缸上的閥門保溫處也開始冒煙，再加之觀察不到水位，于是緊急停爐。

2 事故現場情況

事故現場照片見圖1、圖2、圖3。從鍋爐尾部打開的煙箱看，煙管內還有燃燒未盡的火星，地上都是散落的黑色粉末。分汽缸上管道保溫有明顯過熱燒痕。

去掉管道局部保溫層，打開鍋爐上的人孔、煙箱、前保溫層等，可以明顯看到鍋爐上主汽閥門、分汽缸上的閥門外部油漆顏色變得發白（見圖4、圖5）。打開鍋爐前保溫面板，波形爐膽內有大塊脫落的耐火材料，波形爐膽下半部呈明顯黑色，延長至前管板，界限分明，但是爐膽未見明顯變形（見圖6、圖7）。

圖1 分汽缸上閥門保溫

圖2 鍋爐后煙箱

圖3 散落的黑色粉末

圖4 分汽缸上變色的閥門

圖5 鍋爐上變色的主汽閥

圖6 鍋爐前管板

圖7 波形爐膽內

3 鍋爐簡介

WNS1-1．0-Q（Y）型鍋爐是全自動燃氣鍋爐，主要受熱面由鍋殼、管板、波形爐膽、煙管等組成，裝設有多項安全聯鎖保護裝置。按照《鍋爐安全技術監察規程》[1]（以下簡稱“鍋規”）的要求，該類鍋爐都采用了全自動控制系統，即根據生產需要設定技術參數。鍋爐開啟后自動運行，無須人工進行操作。鍋爐啟動后，產生蒸汽的壓力達到所設定的生產所需壓力的最高值時燃燒器自動停止運行，而低于設定的最低壓力參數時，燃燒器又重新自動啟動；同樣，當鍋爐內水位低于所設定的最低水位時，給水泵自動給水；高于設定的最高水位上限時，停止給水。若自動給水裝置失靈，則還有高、低水位報警和低水位聯鎖保護裝置，也就是說，若是給水系統出現故障，無法向鍋爐內進水時，則在水位低于最低安全水位時燃燒器會自動熄火，這樣不至于因鍋爐缺水造成事故。

4 事故分析

根據現場情況初步判定，該事故是由于鍋爐短時間內缺水造成的。由于該廠負責人處理得當，及時停爐，避免了事故擴大。

該廠生產是用蒸汽來加熱膠水壓制膠合板，不需要過高溫度，超過100℃就達到工藝要求，因此，正常工作壓力在0．2MPa～0．45MPa之間。據負責人講“當時在生產車間發現管道傳送的蒸汽顏色發白，溫度明顯過高，所以趕緊去鍋爐房查看”。這說明此時鍋爐處于嚴重缺水狀態。

該鍋爐屬于回燃式燃氣鍋爐，火焰在爐膽內燃燒，燃燒后的高溫煙氣向前返回，經煙管向后達尾部煙箱，然后通過煙囪排向大氣。那么，當鍋殼內水位低于爐膽頂部或者再向下時，爐膽上部和部分煙管由于無法受到水的冷卻，溫度升高，會將鍋殼內的飽和蒸汽進一步加熱，使得經主汽閥排出的蒸汽為過熱蒸汽，溫度可達400℃以上，甚至更高。因此，主汽閥、分汽缸上閥門的油漆因為過熱，顏色變白；而人孔圈和各閥門閥桿處冒煙，則是由于人孔密封墊圈、閥桿處的填料函被高溫蒸汽加熱引起的。可以想象，因為燃氣鍋爐熱效率高，升溫、升壓迅速，才會導致該鍋爐短時間內將這些部件燒壞。而那些黑色粉末是由于天然氣內雜質燃燒不完全產生的，也有部分是木材廠的細小木屑進入燃燒器空氣進風口參與燃燒，隨著煙氣留置在后煙箱內，沒有水的冷卻，在煙箱內仍呈現“星星之火”狀態。

一般情況下，當鍋爐缺水時，波形爐膽得不到有效冷卻，導致溫度過高，強度和塑性下降。由于波形爐膽承受外壓，因此，在鍋殼內有壓力的情況下會被壓扁（見圖8）。但是，經檢查該鍋爐的波形爐膽未見明顯變形，原因是，由于車間用汽量大，用汽壓力卻不高，所產生的蒸汽不足以達到一定的壓力就被輸送到生產線上，屬于超負荷運行，因此，鍋殼內幾乎沒有什么壓力，這才未導致波形爐膽被壓扁。另外，煙管也未見明顯變形。

圖8 壓變形的波形爐膽

該鍋爐是采用電接點式水位儀表來測量和傳送水位信號的，主要由電極測量筒和電子電路兩部分組成。它是利用鍋爐汽包內的水與蒸汽導電率性能差異極大的原理，將水位的變化通過電極轉換成電阻的變化，而將水位信號傳送至控制系統來實現測量和控制功能的。通過系統控制，還兼有給水泵的自動啟停控制、高低水位報警及低水位聯鎖保護功能。

事故發生后，筆者也對電極測量筒（也稱水位報警傳感器）進行了解列，未發現電極棒上有嚴重結垢現象（見圖9）。因為電極棒一旦有污垢，會影響電子信號的探測靈敏度，易造成控制系統的誤操作。

圖9 水位報警傳感器內的電極棒

由于事故現場已經破壞，事故鑒定人員無法直接去驗證分析產生事故的具體原因，但是據事故情況看，可能存在以下幾種問題：

1）水位傳感器上部的電線虛接，水位信號未能傳遞到控制柜；

2）控制柜上的控制開關由自動改為手動；

3）控制系統故障：水位傳感器沒問題，控制信號未能傳遞給給水泵；極低水位時，也未能傳遞給燃燒器使其熄火；

4）燃燒器故障。

5 事故的反思

該類全自動鍋爐的控制系統具備有點火程序裝置、熄火保護裝置、超壓連鎖保護功能、自動給水功能、高、低水位報警及低水位聯鎖保護功能等。

這起事故的發生，說明當時這臺鍋爐的全自動控制系統的某個環節或者全部聯鎖裝置失靈。即鍋爐水位低了，無法啟動水泵自動上水，而水位低于最低安全水位時，又沒有實現聯鎖停爐，這才導致鍋爐的嚴重缺水事故。

隨著科技的高速發展，現在鍋爐制造廠生產的燃氣（油）鍋爐大都采用了全自動控制系統，即根據生產需要設定技術參數，鍋爐開啟后自動運行，對外宣稱為“全自動鍋爐”，無須人工進行操作。《鍋爐使用管理規則》(TSG G5004—2014)第十八條也明確規定了“．．．B級以下（含B級）全自動鍋爐可以不設跟班鍋爐作業人員，但是應當建立定期巡回檢查制度。”但是，實際上大部分鍋爐遠遠未達到能全自動運行的狀況，比如水質化驗、排污等，都需要人工進行。盡管個別鍋爐生產企業在鍋爐本體上設置有壁溫監控、自動排污、遠程攝像監控等，但是，也僅限于部分容積較小的貫流鍋爐的使用，更不能說明就無須人工操作及監控了。

另外，由于各個使用單位管理水平不同，特別是司爐操作人員能力不同，尤其是對這種新的涉及自動控制設定的鍋爐是否能熟練操作都存在問題。大部分司爐操作人員過去并未參加過此類操作培訓，加上個別鍋爐制造單位擔心司爐操作人員誤操作，根部就不給用戶控制系統密碼，因此，司爐人員除了會按“啟動”、“停止”按鈕，其余一無所知。這就為此類全自動燃氣（油）鍋爐的安全運行埋下了事故隱患。

6 市場情況調研

據調查，目前國內與鍋爐配套的燃燒器、水位計、水位傳感器、控制柜等種類繁多，而國家并無相關配套要求。在鍋爐的實際購買和安裝過程中，鍋爐本體、水位傳感器、控制柜、燃燒器等絕大部分都采購自不同的生產廠家，因此，很難相互配套。

國家相關標準由于發布和執行的時間存在較大差異，也存在許多矛盾之處。如GB/T 13638—2008《工業鍋爐水位控制報警裝置》[3]，里面規定的水位報警位置設定就和JB/T 9245—1999《鍋爐用玻璃板水位計》[4]無法很好的銜接，也不符合“鍋規”的基本規定。這樣，在鍋爐調試、驗收環節，自動上水和低水位聯鎖保護功能無法準確實現，有些鍋爐水位甚至低于水位計下部可見邊緣也未實現聯鎖，不符合“鍋規”的要求，很容易出現缺水事故。像上述電接點式水位報警傳感器，就需要現場根據情況截掉一截電極棒才能準確實現聯鎖功能。

NB/T 47051—2016《工業鍋爐控制裝置技術條件》[5]規定了鍋爐控制柜相關功能，目前有些采取了比較先進的PLC可編程控制系統，能根據鍋爐運行的需要對壓力、水位報警聯鎖進行設定，而有些則比較落后，需要在傳感器上進行調整，費時費力，不便于操作人員掌握。

鍋爐燃氣（油）燃燒器，按照“鍋規”規定，大都通過了型式試驗認證，但是，仍有部分燃燒器，比如甲醇燃燒器并未通過型式試驗認證，“質檢總局辦公廳關于燃氣鍋爐風險警示的通告(2017年第2號)”對燃燒器的選配也未杜絕其應用，只是提出“在相關安全技術規范未修訂前，推薦相關單位選用型式試驗合格的燃燒器”。而且其中還提出“特殊情況需由鍋爐使用單位選配時，使用單位應當確認所選配的燃燒器符合鍋爐制造企業規定的配置技術要求。”據了解，大部分用戶并不具備選配燃燒器的技術能力，無法確保選用合格。

筆者曾經驗收的一臺燃油鍋殼鍋爐，其燃燒器設置的吹掃時間最長只能達到15s，根本達不到“鍋規”第6．6．6條“點火程序控制與熄火保護”的要求，很容易出現爐膛爆炸事故。

由于國家未對這些控制系統部件的選配出臺相應的標準，這樣就造成了鍋爐銷售人員、安裝單位、使用單位購買時存在胡搭亂配現象，而且質量也參差不齊，這就難以確保鍋爐的安全運行。

7 事故的預防與建議

1）盡快健全和修訂燃燒器、水位計、水位傳感器、控制柜等相關標準。

2）強制規定未經型式試驗認證的燃燒器不得使用。

3）在鍋爐安裝調試報告中應附有對操作人員的專項培訓記錄。

4）在鍋爐上增加一套獨立的低水位聯鎖保護裝置。

5）規定司爐人員定期對燃燒器、水位傳感器等進行維護，并模擬調試各項自動控制和聯鎖功能。

6）鍋爐外部檢驗一定要落到實處，切實按照TSG G7002—2015《鍋爐定期檢驗規則》[6]規定進行。

7）加快宣傳并執行TSG 08—2017《特種設備使用管理規則》[7]第2．4．4．2條“作業人員配備特種設備使用單位應當根據本單位特種設備數量、特性等配備相應持證的特種設備作業人員，并且在使用特種設備時應當保證每班至少有一名持證的作業人員在崗。”

8 事故的警示

近年來，為了治理霧霾天氣，我國政府下大力氣要求企業分級淘汰燃煤鍋爐。目前大部分企業正在集中更換成燃氣或者燃油鍋爐。但是由于各地鍋爐制造單位、使用單位、安裝單位甚至是監察、檢驗部門對國家相關的法規、標準等理解、貫徹不一致，再加上部分規程、規則、標準相對滯后的原因，因此，這種大規模、全國性的鍋爐集中更新換代勢必會造成從鍋爐設計、制造、安裝、使用、管理、檢驗、監管等各個環節出現這樣那樣的問題，給鍋爐的安全運行帶來一定的事故隱患，要引起各方面的高度重視。