对一起立式水管锅炉爆炸事故的原因分析

摘要：通过对一起立式水管锅炉爆炸事故调查，发现锅炉缺水后进水是造成该起事故的主要原因，而企业违规聘用无证人员操作锅炉，是导致这起事故发生的根源。相关监督部门应做好特种设备安全监察和宣传工作，确保特种设备安全运行。

关键词：立式锅炉；锅炉爆炸；事故分析；锅炉缺水

中图分类号：TH11文献标识码：A

引言

锅炉是提供动力和热能的主要设备，一旦发生爆炸事故，不仅设备本身遭到破坏，影响生产或生活，还会损毁周围设备及厂房等建筑物，甚至造成严重的人身伤害，所以锅炉的安全运行一直是值得关注和重视的问题。本文根据事故调查情况，对一起立式水管锅炉爆炸事故的原因进行了分析，并还原了事故发生过程，提出了加强锅炉运行维护和监管的建议。

1 爆炸事故概况

2009年6月3日早上7：20左右，位于洛阳市某县城宾馆的一台运行中的立式锅炉发生爆炸。该锅炉型号为LSH0.5-0.4-WⅢ，其设备示意图见图1，由某锅炉公司设计、制造，2004年11月制造完工，经当地锅检所监检合格出厂，2005年5月安装后投入使用。2006年办理注册登记手续，2008年9月经我市锅检所全面检验，锅炉本体合格。

图1 锅炉示意图

事故造成锅炉整体炸毁，炉体落于锅炉房西南方约200米处，烟囱落于锅炉房西侧约50米处。爆炸产生的冲击波将炉墙推倒，锅炉房全部垮塌，该宾馆楼上37处窗户玻璃被震碎，附近的6个卷闸门受力变形损坏，事故造成附近人员一死两伤，直接经济损失达10万元。

2 事故原因调查

2.1 事故发生经过

调查发现，当班司炉工陈某，没有司炉操作证。据当事人口述，事故发生的经过为：2009年6月2日晚上，司炉工给锅炉上满水，关闭风机后将炉火压上煤停炉。6月3日早晨6时20左右，司炉工陈某并未观测水位表情况，即凭以往经验起火开炉。当炉内压力达到0.4MPa左右，司炉工准备开启分汽缸供汽阀门时，发现水位表已没有水位，这时他开启给水泵进行上水操作，瞬时锅炉发生爆炸。司炉工被冲击波和蒸汽抛向锅炉西侧15米处一平房屋顶，造成腿部骨折和身体大面积灼伤，幸无生命大碍。

2.2 锅炉破坏起始位置

有资料表明[2]，立式锅炉在下脚圈与筒体连接的对接焊缝，炉胆、筒体和炉门圈的角焊缝处最易造成焊缝撕裂。现场勘查发现，锅炉下部排污管管口右侧有一个约50cm长，由锅炉下脚圈向锅炉筒体延伸的撕裂口，断口呈450剪切唇，断面粗糙，细看为纤维状，为典型的450剪切延性断口。其余下脚圈与炉胆连接的环向焊缝近半周撕裂带为沿环焊缝融合线下脚圈侧开裂，断口两边缘有较少的剪切唇边，而中部较为平齐，断面无明显的塑性变形，有双杯和解理断口的共同特征。可认定锅炉下部排污管管口右侧为破裂初始开口区（见图2）。

图2 初始断口情况

2.3 局部存在过热现象

锅炉上部喉管（烟气从炉膛出口进入烟箱处）附近，烟气高温段处弯水管与筒体连接的下管口附近，发现有橘红色金属过热特征（见图3），可认定该部位金属已严重超温。其对应的炉胆以上受压元件没有水垢，而以下部位水垢坚硬，局部保留完整。从而说明橘红色金属过热部位以上部位，有缺水现象发生，通常水位达到这个位置，锅炉已发生严重缺水事故。

图3 局部过热现象

2.4 炉胆发现淬火迹象

对筒体和炉胆进行硬度对比检测，发现炉胆下部硬度略高，而炉胆下部是受火焰加热温度最高且首先接触进水的部位；对有橘红色金属过热特征部位的金相组织分析，发现晶粒粗大，原珠光体组织已出现组织转变现象（见图3）；对相应部位进行力学性能试验，发现抗拉强度（Rm）值已超过原材料抗拉强度的上限值，而其断后伸长率（A）由原33%减小至11%，锅炉筒体材料强度增大，塑性减小，脆性增高。这些现象说明炉胆下部有淬火现象，即该锅炉存在严重缺水后且向锅炉上水的迹象。

2.5 排污阀有漏水现象

在事故现场发现了两个串联的排污阀，两头阀体断裂（见图5），一个阀门呈半开启状，另外一个阀门呈严重锈蚀漏水状，说明排污管路阀门有泄漏现象。排污阀泄露，很可能是造成锅炉缺水的主要原因。而头天晚上满水的锅炉，到第二天早上时可能已经严重缺水，而当班司炉工并未注意该情况，即凭以往经验起火开炉。

图5 泄露的排污阀

2.6 事故发生过程还原

综合以上现象和分析，此次事故产生的原因及过程可能为：2009年6月3日上午7时前，司炉工进入锅炉房，开始起火开炉，由于排污阀内漏，使得6月2日晚上所上满的锅炉炉水有流失，此时实际已缺水。随着锅内蒸汽压力的升高，水位不断降低，使得锅炉缺水更加严重。同时高温烟气出口处，即喉管附近材质发生过热现象，呈现橘红色。此时水位线以上部位，原来附着在表面的坚硬水垢，因与金属的热膨胀系数不同，开始逐渐脱落。

当炉内压力达到0.4MPa左右，司炉工准备开启供汽阀门时，发现水位表已没有水位，此时本应紧急停炉，而司炉工却错误地开启给水泵进行上水操作。由于此时实际水位已降至给水管管口以下，使得所上新水，在接触炉胆上部和喉管附近炽热金属的瞬间全部汽化，致使锅炉汽压急剧升高，此时安全阀来不及起跳排放超压汽体，使锅炉瞬时严重超压。当压力超过锅炉最弱部位即下脚圈附近所能承受的极限强度时，在排污管管孔应力集中的共同作用下，锅炉沿排污管管孔处撕裂，由于高能量在破口处的释放，致使裂口沿晶粒粗大的下脚圈与炉胆环焊缝熔合线处不断扩展，最终锅炉发生破坏，瞬间锅内压力降低。这时由于汽压骤减，锅内剩余的饱和水剧烈汽化膨胀，发生爆炸，产生的强大冲击波将炉墙摧毁，锅炉本体飞出。

3 结论和启示

3.1 该宾馆在锅炉使用过程中管理混乱，违反《特种设备安全监察条例》的相关规定，聘用无司炉操作证、不懂锅炉运行安全知识的人员操作锅炉，是导致这起锅炉爆炸事故发生的根源。

3.2 司炉工陈某无证上岗，不具备操作资格和基本安全常识，在锅炉严重缺水、承压部件局部过热的情况下，错误地向锅炉上水，是导致这起爆炸事故发生的直接原因。

3.3 立式水管锅炉的下脚圈与筒体连接处，最易发生焊缝撕裂。尤其是在排污管管座附近，又有应力集中现象，所以该部位在制造和检验时应该尤为重视。

3.4 特种设备安全监察部门应严格贯彻《特种设备安全监察条例》、《蒸汽锅炉安全技术监察规程》等法规、规范，做好特种设备使用的督查工作，同时宣传特种设备安全知识和意识。

参考文献

[1]中华人民共和国国务院令. 特种设备安全监察条例[S]. 北京：中国计量出版社，2009.

[2]盛水平，程正米，陈海正等. 立式锅炉爆炸机理试验研究[J]. 工业安全与环保，2010，36(4):34～36.

[3]牛国庆，徐志胜，徐彧等. 锅炉爆炸原因分析与事故后果模拟[J]. 辽宁工程技术大学学报，2005，24(6):909～912.

[4]李文炜，狄刚，郭建平等. 对LSC0.5-0.7-AⅡ锅炉爆炸事故的深度分析[J]. 科技通报，2010,26(4):606～622.

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