常偃波 耿亞鴿
(洛陽市鍋爐壓力容器檢驗所,河南 洛陽 471000)
鍋爐是提供動力和熱能的主要設(shè)備,一旦發(fā)生爆炸事故,不僅設(shè)備本身遭到破壞,影響生產(chǎn)或生活,還會損毀周圍設(shè)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(guān)注和重視的問題。本文根據(jù)事故調(diào)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(fā)生過程,提出了加強鍋爐運行維護和監(jiān)管的建議。
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(fā)生爆炸。該鍋爐型號為LSH0.5-0.4-WⅢ,其設(shè)備示意圖見圖1,由某鍋爐公司設(shè)計、制造,2004年11月制造完工,經(jīng)當(dāng)?shù)劐仚z所監(jiān)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(xù),2008年9月經(jīng)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(cè)約50米處。爆炸產(chǎn)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(jīng)濟損失達10萬元。
調(diào)查發(fā)現(xiàn),當(dāng)班司爐工陳某,沒有司爐操作證。據(jù)當(dāng)事人口述,事故發(fā)生的經(jīng)過為:2009年6月2日晚上,司爐工給鍋爐上滿水,關(guān)閉風(fēng)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(jīng)驗起火開爐。當(dāng)爐內(nèi)壓力達到0.4MPa左右,司爐工準備開啟分汽缸供汽閥門時,發(fā)現(xiàn)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(fā)生爆炸。司爐工被沖擊波和蒸汽拋向鍋爐西側(cè)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。
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?,F(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn),鍋爐下部排污管管口右側(cè)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(huán)向焊縫近半周撕裂帶為沿環(huán)焊縫融合線下腳圈側(cè)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??烧J定鍋爐下部排污管管口右側(cè)為破裂初始開口區(qū)(見圖2)。
圖2 初始斷口情況
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(fā)現(xiàn)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(yīng)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(xiàn)象發(fā)生,通常水位達到這個位置,鍋爐已發(fā)生嚴重缺水事故。
圖3 局部過熱現(xiàn)象
對筒體和爐膽進行硬度對比檢測,發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)晶粒粗大,原珠光體組織已出現(xiàn)組織轉(zhuǎn)變現(xiàn)象(見圖3);對相應(yīng)部位進行力學(xué)性能試驗,發(fā)現(xiàn)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(xiàn)象說明爐膽下部有淬火現(xiàn)象,即該鍋爐存在嚴重缺水后且向鍋爐上水的跡象。
圖4 金相分析圖片
在事故現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)了兩個串聯(lián)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(xiàn)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(jīng)嚴重缺水,而當(dāng)班司爐工并未注意該情況,即憑以往經(jīng)驗起火開爐。
圖5 泄露的排污閥
綜合以上現(xiàn)象和分析,此次事故產(chǎn)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(nèi)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(nèi)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?zé)煔獬隹谔?,即喉管附近材質(zhì)發(fā)生過熱現(xiàn)象,呈現(xiàn)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(shù)不同,開始逐漸脫落。
當(dāng)爐內(nèi)壓力達到0.4MPa左右,司爐工準備開啟供汽閥門時,發(fā)現(xiàn)水位表已沒有水位,此時本應(yīng)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(dāng)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(yīng)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(huán)焊縫熔合線處不斷擴展,最終鍋爐發(fā)生破壞,瞬間鍋內(nèi)壓力降低。這時由于汽壓驟減,鍋內(nèi)剩余的飽和水劇烈汽化膨脹,發(fā)生爆炸,產(chǎn)生的強大沖擊波將爐墻摧毀,鍋爐本體飛出。
3.1 該賓館在鍋爐使用過程中管理混亂,違反《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》的相關(guān)規(guī)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(dǎo)致這起鍋爐爆炸事故發(fā)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(dǎo)致這起爆炸事故發(fā)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(fā)生焊縫撕裂。尤其是在排污管管座附近,又有應(yīng)力集中現(xiàn)象,所以該部位在制造和檢驗時應(yīng)該尤為重視。
3.4 特種設(shè)備安全監(jiān)察部門應(yīng)嚴格貫徹《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》、《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》等法規(guī)、規(guī)范,做好特種設(shè)備使用的督查工作,同時宣傳特種設(shè)備安全知識和意識。
[1]中華人民共和國國務(wù)院令.特種設(shè)備安全監(jiān)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(yè)安全與環(huán)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(shù)大學(xué)學(xué)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.