某轮废气锅炉烧塌事故原因分析及预防

李可顺 孙培廷

（大连海事大学 大连 116026）

某轮废气锅炉烧塌事故原因分析及预防

李可顺 孙培廷

（大连海事大学 大连 116026）

废气锅炉；烟灰沉积；烧塌；管理

针对某轮废气锅炉烧塌现象，从理论上分析了锅炉发生着火的机理，并据此对本轮发生烧塌事故的原因进行了分析。为了防止此类事故的再次发生，对主机和锅炉也提出相应的管理措施和建议。

0 引言

船舶主机在正常的运行中，其废气能量较高。为了提高船舶营运的经济性，充分、合理利用主机排气废热，以达到节能减排的目的，现代商船多数会安装废气锅炉。目前，船上常用的废气锅炉主要有两种类型，分别为立式烟管废气锅炉和强制循环水管废气锅炉。

某轮采用的是SAACKE KIP/PC-0.7/7型强制循环水管废气锅炉。为了增加换热面积，外壁上布满翅片。其主要性能参数如下：主机在85%负荷下运行时，蒸发量700 kg/h、工作压力0.7 MPa、设计压力1.2 MPa、循环水量6 000 kg/h、废气侧压降84mmWG。当主机和废气锅炉在正常工作状况下，完全可以满足燃油正常驳运，有效净化，使其粘度降至保证主机、辅机喷油装置达到良好雾化的标准和其他一些辅助设备对蒸汽的需求量。

1 事故经过

某轮主机采用的是变距桨。2010年7月8日，经过几天的航行，在外锚地抛锚。11∶00，接驾驶台通知，开始备车进港。各系统准备完毕后，于11∶20启动主机。不过在85 r/min的转速仅仅维持了10分钟后，主机即加速至125 r/min。又经10分钟的运转，于11∶40定速至170 r/min，然后转“驾控”；同时，轴带发电机和首侧推投入工作。此后，主机一直处于空载运行状态，等待引水员登船。直到12∶58，船舶开始微速前进，之后主机维持在15%左右的低负荷状态运行，此时螺距需求的负荷仅为1~2%。

13∶50左右，当班轮机员在机舱巡回检查时闻到特殊气味，赶到废气锅炉平台时，发现炉体中间部位已经局部发红，马上通知驾驶台请求停车，同时和轮机长一起检查废气锅炉给水系统。检查后发现炉水循环泵运转正常，系统中各阀也处于正常工作状态。此时，为防止骤然供水而导致废气锅炉水管爆裂，故将两台循环水泵关闭，接着又关闭了燃油锅炉进、出废气锅炉的两个水阀。在此过程中，炉体发红的部位逐渐扩大。

14∶00，驾驶台通知可以停车故马上停止主机，让废气锅炉慢慢冷却。次日07∶00左右，炉体已经完全冷却。这时打开废气锅炉上的三个检修门，发现水管上的翅片已严重烧塌，并有部分水管出现裂纹。再打开废气锅炉壳体进行全面检查，发现炉内水管的翅片有1/3左右的烧熔（图1、图2），且主要发生在靠近船首一侧的垂直区域内。观察后确认是上部的翅片管首先熔化，熔化的铁水向下滴落，从而导致了从上到下一个垂直熔化区的形成。

图1 待安装废气锅炉新翅片

图2 烧塌后废气锅炉翅片

2 废气锅炉着火机理和原因分析

2.1 着火机理

众所周知，燃烧必备的三因素是燃烧物、氧气和火源。针对废气锅炉而言，可燃物是积存在烟道内的烟垢，氧气则是主柴油机燃烧过剩的，随废气一同排出，火源则是柴油机燃烧后未熄灭的火星。

根据废气锅炉着火特点，可以将着火过程分为两个阶段：首先是积灰的着火，其着火温度一般为在300~400℃，但当有未燃的燃料时（例如燃油未完全燃烧或汽缸油注油率过大），此时着火温度可降到150℃左右，甚至低至120℃。因此，即使主机停止后，也可能因为锅炉管上的灼热灰粒而引起着火。此时产生的热量主要会被循环水、蒸汽和燃烧气体带走。这时如果仔细检测，尚不会对锅炉造成损害或者损害程度很小；如果烟灰一旦燃烧起来，其温度会迅速上升，可达到650℃以上。如果烟灰中的碳在充分供氧下燃烧，其燃烧温度更可高达1 000℃以上，遇有漏出的蒸汽或水，则将会发生“氢燃”。

另一种重要的化学反应是：当氢燃温度达到1 100℃以上时，就会发生所谓“铁燃”，烟灰中的钒等作为催化剂使铁燃反应加快，使铁的氧化过程在高温下以极高的速度进行。铁燃中所释放的热量足以维持铁燃反应的连续进行［1］。

2.2 着火原因

根据废气锅炉着火机理可知，发生着火必然同时满足了燃烧的三要素。

（1）未完全燃烧烟灰的沉积

事发前，主机长时间低负荷运转，燃烧不良，从而产生大量的、未完全燃烧的烟气；同时，主机排气量和排气压力减小，使排烟管内的烟气流速降低，从而造成了烟灰在废气锅炉内大量沉积的可能；该轮所装设的这种“高效锅炉”采用了翅片型炉管，是以加大换热面积，减少炉内空间，降低废气流速等方式来提高锅炉热效率的。密集的翅片是未完全燃烧烟灰沉积的温床。

（2）废气温度升至烟灰的着火温度

在本次备车过程中，值班机工于主机起动前（11∶15左右）检查了锅炉循环水系统中的相关阀门，并按照要求起动了NO.1循环水泵，操作步骤正确。当二管轮发现废气锅炉出现故障时（13∶50左右），立即检查了循环水泵的状态，发现NO.1循环水泵正常运转，因此并不是废气锅炉因缺水而干烧从而使烟灰到达着火点。正常情况下，该轮主机排烟进入废气锅炉时仅为260℃左右，达不到烟灰的燃点，故不会导致废气锅炉着火。因此只能是因为当时主机低负荷运行，由于燃烧不良，烟灰含有大量未燃烧的燃油，从而使烟灰着火温度大大降低。另外，主机在机动航行时，负荷经常会变化，主机工作状况稍有不良，排气中就难免会带有火星。

（3）氧气进入废气锅炉

其途径有两种：一是柴油机排气中含有氧气，这是不可避免的。现代柴油机为了提高效率，一般都采用比较大的过量空气系数，使废气中含氧量大大增加，有的甚至到达14%的含氧量［2］；另外一种是氧气从废气锅炉的外部意外进入。事故发生时主机负荷非常低，因此燃烧不良，使排气含氧量有所增加，并且当时主机扫气压力仅0.05 MPa左右，使主机产生的废气压力也很低。在进入翅片管密集的废气锅炉后，由于压降较大，则在废气锅炉的出口处，废气压力已经降至大气压力值附近，从而导致了外界空气从烟囱进入废气锅炉。

当上述燃烧三要素同时满足，再经过一段时间的积累，废气锅炉着火事故就发生了。诊断结果是有空气从烟囱进入废气锅炉上部，因而燃烧首先发生在上层翅片管，这也与故障现象相吻合。由图2可知，该废气锅炉发生了烟灰着火、碳燃、氢燃和铁燃等一系列过程，从而导致锅炉烧毁。

3 废气锅炉着火预防措施

为了防止废气锅炉着火，理论上我们只要切断三要素中的任何一个，着火就不可能发生。但是从上面的分析可知，火源和氧气在柴油机运行过程中是不可避免的，因此控制可燃物即烟灰的形成和聚集是防止废气锅炉着火最有效的方法。

3.1 船舶主机的管理

（1）进一步加强燃油的处理，通过净化、加合适的添加剂等一系列措施来减少烟火的形成，降低烟火沉积的机率；

（2）尽量减少主机的低负荷运转时间，减少排烟中的含油量。如确实需要长时间低负荷运行，则应定期适当地保持高负荷运行一段时间再降下来，以便利用较高的废气压力吹除废气锅炉水管上的积灰。另外，还要根据需要适当调整汽缸油注油率，减少不完全燃烧物在管子上的积存。为确保机器正常运转，关键是燃油的完全燃烧。

3.2 废气锅炉的管理

（1）定期吹灰

一般船上都配有3~6组周围布满小孔的蒸汽吹灰管。建议航行期间根据主机负荷和蒸汽压力每天进行几次吹灰，主机燃烧不好或低负荷运行时，要适当增加吹灰次数。为了增强吹灰效果，可以根据需要增加一套烟灰松动剂投放装置，降低未完全燃烧物的温度，松动沉积在烟管和翅片上沉积的烟灰。另外，航行期间要经常检查和记录废气锅炉的一些参数，例如：废气锅炉前后压差、进出口温度等。

（2）定期水洗

根据说明书定期水洗，这是防止废气锅炉着火最有效的方法之一。每次吹灰前后，要对比一下废气锅炉进出口压差（一般船上都用U形管中水的压差来表示）是否有变化。如果变化很小或者是没有变化且废气锅炉前后压差较大，这说明烟灰已经牢固的沉积在烟管和翅片上，靠蒸汽已不能将其吹掉，这时就应该进行水洗。进行水洗时一定要非常仔细，绝不能留死角。清洗完后，起动强制循环水泵，使废气锅炉内部充分干燥。

（3）保证锅炉循环水泵工作正常

航行期间一定要保证循环水泵正常工作，避免废气锅炉的干烧。锅炉给水循环倍率和流速要尽可能高，若循环倍率不够高，会使管壁上的烟气温度升高，增大积灰着火危险。主机完车或紧急停车后，一定要使循环水泵继续运转2~6 h，充分带走炉内可导致引燃的热量。

（4）锅炉烟气流速不能太低

水管锅炉的设计平均烟气速度应超过15 m/s，烟管锅炉的烟气流速一般都超过20m/s，有自清灰功能。锅炉受热面上的烟气温度不能太低,以防止形成湿灰。锅炉出口烟气温度蒸发受热面与炉水蒸发温度差应超过15℃，若高于20℃则更好［3］。

（5）锅炉上方安装着火或高温报警装置

这样就可以及时发现险情，并采取相应措施，避免火势的进一步发展。一旦发生火情，应按其严重程度立刻采取相应措施。若发现积灰失火，应立刻停止柴油机，而锅炉给水循环泵继续运行。此时绝不能用吹灰器灭火，可用水清洗装置以大量的水灭火。如果积灰失火已经发展成锅炉失火，这种情况一般伴随给水泵排量大增和或低水位报警等锅炉失水状态，则表示失火已使锅炉管熔化。此时必须立即停止柴油机和锅炉循环水泵，排放锅炉内的水，向失火处大量喷水进行冷却灭火。如果条件允许，最好让其进行自然冷却。此时千万不能贸然打开导门检查，以免发生更严重的爆炸。

4 结语

现代废气锅炉一般都通过增加受热面积和降低烟气的流速来提高效率，这其实不利于火灾的预防。但是，只要轮机管理人员深入了解锅炉着火机理，做好主机和锅炉的管理工作，此类事故是完全可以避免的。

［1］杨志勇.船用柴油机废气锅炉着火分析与预防［J］.世界海运，2005，28（1）:16-18.

［2］戴斌，马捷.废气锅炉烟灰沉积与着火分析［J］.航海技术，2004（1）:60-61.

［3］邱友鹤.废气锅炉的积灰与失火［J］.船舶设计通讯，1995（2）：48-54.

Cause and prevention of burn-out accident of a ship exhaust boiler

LI Ke-shun SUN Pei-ting
（Dalian Marine University，Dalian 116026，China）

exhaust boiler；soot；burn-out；management

Aiming at a burn-out accident of a ship exhaust boiler，this paper analyzes the cause and mechanism of boiler fire-catching theoretically.It also gives some advices on main engine and boiler management to prevent the accident.

U664.5

A

1001-9855（2011）03-0038-03

2010-11-29

李可顺（1979-），男，汉族，讲师，主要研究方向：现代轮机工程。

孙培廷（1959-），男，汉族，教授，主要研究方向：现代轮机工程。