废气锅炉着火事故缘何频发

河北省船舶检验局 刘建晓

废气锅炉的原理是利用船舶主机排出的废气热能通过盘管对水进行加热，产生蒸汽做到废热利用，以达到节约能源的目的。它的工作环境温度（废气）一般在200-300℃之间，且周围没有氧气。受热面使用的材料是优质的低碳钢，一般在500℃以下不会产生永久变形。因而在船舶营运过程中，废气锅炉的管理经常得不到重视，常认为即使废气锅炉长时间“干烧”(锅炉无水状态下受热)，也不会发生事故。然而近年来废气锅炉着火事故时常发生且呈上升趋势，严重的甚至会烧塌废气锅炉。笔者曾接触到这样一个案例。2009年4月28日深夜1时许，某轮在正常航行途中，主机正常运转，废气锅炉着火。下面结合对该事故起因的分析，来看看为什么废气锅炉着火事故频频发生。

事故原因分析

废气锅炉燃烧的故障一般是在主机停车后，烟筒进入了大量空气（氧气）后，由于操作不当，过早停止了强制循环泵，大量灰烬留在盘管壁上造成着火，烧损废气锅炉盘管。而这次却是在正常航行中，烟筒内都是惰性气体，没有空气时，发生了着火燃烧事故。显然可燃物质是烟管中残留的灰烬，那么这些灰烬是从哪里来的呢？

在这次事故中，该轮使用的燃油，分油机每半小时排渣一次。从现场看，排出的渣粘稠而且量大。特别是，机械杂质、灰分比较大，且含有大量沥青分裂化产物。显然，该轮使用的燃油品质太差，造成主机燃烧恶劣，排烟中含有未燃尽的燃油烟灰和沥青分裂化产物，在废气锅炉内大量积聚，从而为炉内燃烧提供了足够的可燃物质。因此，该轮锅炉无氧燃烧的原因可判断如下：

主机长时间工况不良：主要发生在长江航道机动航行段和长期定数转速偏低（因为节约油耗所致），主机排气流速较小，从而造成在废气锅炉翅片上沉积了燃烧产物和灰烬。虽然每个班都对废气锅炉进行蒸汽吹清，但很难将积灰清理干净。

船舶2009年4月21日加装的燃油品质太差：这些可以在分油机排渣和沉淀柜放残中看到。燃烧恶劣，很多未燃烧的燃油和高温裂化产物进入到烟筒和盘管。高温产物将远离水管侧翅片上的灰烬引燃。

废气锅炉发生了高温燃烧（无氧）：氢燃和铁燃。首先是小的烟垢着火发展为高温着火。一旦烟灰烧起来后，放出的热量不能散走，温度会逐渐上升，可以达到650℃以上，此时会同时产生一系列的化学反应，即烟灰中的碳燃烧、“氢燃”和金属燃烧。也就是说，其燃烧过程由低温燃烧演变到高温燃烧过程，炉管就会在这一过程中被毁坏。若燃烧温度达到1000℃且此时有蒸汽或水从管中漏出时，则燃烧会再升级，这就是“氢燃”的开始。若温度达到1100℃时，烟灰中的钒会加快反应，引发“铁燃”即金属燃烧，其释放热量将能维持这一反应的继续进行。到了这种状况，锅炉盘管的烧损就不可避免的发生了。

设计因素方面：废气锅炉的设计是朝着高热效率和小尺寸方向发展，其思路是增加锅炉受热面，例如采用针型管和翅片管作为受热管。而采用大受热面、扩展管表面和降低废气流速等“超扩展”设计方法，其窄点必然较低。较低的窄点可提高废气锅炉的利用效率，但废气锅炉须有较大受热面，因此压力损失也较大。而锅炉与主机匹配则对最大允许废气压力损失有一定限制，为了不超过这一限制，设计废气锅炉的废气流速必须降低。低废气流速对形成烟垢有特别明显的影响趋势，现今劣质燃油运转使这种趋势变得更糟。显然，针型管和翅片管对烟灰的排放极其不利，一旦柴油机燃油燃烧恶化时，灰渣就会大量吸附在受热管表面。

预防措施

预防废气锅炉烧损事故，要注意从以下5个方面着手：

1、加强对主机的日常运行管理和保养维修。保障其工作状态良好，在源头消灭废气锅炉着火燃烧的可能性。

2、提高燃油品质。避免造成不可控的燃烧产物增多和恶化。适当的气缸油注油量，不能盲目增加。

3、及时有效地对废气锅炉进行吹灰作业。该轮有必要每航次对废气锅炉进行水洗。

4、使用德鲁专业吹灰设备和药品，定期定时吹灰（费用较高）。新型船舶上已经有了专业设备防止这类事故。

5、主机完车后至少保持锅炉循环水泵2小时以上的运行，将盘管的热量充分带走。这种方法是防止有氧燃烧着火的基本手法之一。主机停车后废气锅炉燃烧着火占锅炉着火事故的90%以上。

事故处理方法

废气锅炉着火燃烧的处理分为2种情况。一种就是常见的主机停车后燃烧（这种着火燃烧在烟筒可以看到烟雾和火光）：在初始阶段发生应该利用蒸汽进行降温灭火，启动主机（机动航行时的停车状态）将烟筒内部的氧气排除，加大循环泵的流量，向热水井及时补充新水，提高循环水的热容量能力，通过炉水带走更多的热量，加快盘管的降温速度。第二种就是已经发生了高温着火燃烧（在烟筒可以看到红色像烟花一样的火星，表明有铁在燃烧）：主机应立即停车（避免提供热量和可燃物）、关闭循环泵（避免进一步喷入水和蒸汽）、关闭烟筒防止或减少氧气进入、放掉炉内残水、直接向炉内喷洒大量的水（注意此时应开启炉底部放残伐，防止水进入主机或增压器）或开启二氧化碳灭火系统，防止“铁燃”进一步恶化，进行阻止铁水外溢引起火灾。