一起立式水管锅炉爆炸事故原因分析

吴兵兵

一起立式水管锅炉爆炸事故原因分析

吴兵兵

（江苏省特种设备安全监督检验研究院南通分院，江苏南通226011）

针对一起立式水管锅炉爆炸事故，通过采用炉胆变形、硬度测定为主的分析方法，辅以爆破口开裂、下脚圈变形等分析方法，对爆炸失效原因进行了分析，并得出结论。

锅炉；爆炸；分析；缺水

立式锅炉由于结构紧凑，占地面积小，整体运输和安装方便，且操作简单，在一些中小企业中得到广泛运用，尤其是生产工艺单一、对蒸汽品质要求不高的小作坊和个体户较为常见。但是此类锅炉往往更容易发生爆炸事故，这通常和使用单位安全管理重视程度以及司炉人员操作水平有很大关系。本文通过一些常用分析方法结合现场调查情况，分析了该起锅炉爆炸事故发生的原因。

1 事故概况

发生爆炸的锅炉是一家特种水产养殖场所使用的立式蒸汽锅炉，主要用于冬季虾苗大篷内取暖，锅炉型号为LSG0.5-0.7-AⅢ，额定蒸发量0.5 t/h，额定蒸汽压力0.7 MPa，饱和蒸汽温度170℃，燃料为煤。

该锅炉是春节假期结束后第一天运行，于当天下午1点左右发生爆炸事故。锅炉房被炸毁，与其相连的3间附属用房屋顶被气浪掀飞，门窗及吊顶等着火烧毁。锅炉本体被炸飞到原锅炉基础西南方向约32 m处的水塘里面，在同一直线方向29.7m处有一明显重物砸坑，地面破碎严重，坑洞直径约1.5 m.

炉胆在壳体内严重鼓包、扭曲变形，炉门圈、喉管孔圈与炉胆和壳体连接的角焊缝被撕裂脱开，下脚圈排污口呈撕裂状（见图1、图2）。水位表汽、水连管与锅壳连接处向后90°弯曲变形，主汽阀门与锅壳连接管自根部断裂。无水位报警及联锁保护装置。

图1 爆炸后的锅炉

图2 排污口撕裂

该锅炉为非法安装、未经安装监督检验以及定期检验、司炉操作人员无特种设备作业人员证，锅炉房无运行记录，爆炸时仅当值司炉工在场。

2 检验与分析

该型锅炉的主要受压元件有：锅壳、筒体、封头、炉胆、炉胆封头和U形下脚圈以及弯水管。为了充分分析爆炸事故的原因，结合爆炸现场特征，采用了炉胆变形、硬度测定、爆破口开裂、下脚圈变形等方法对锅炉主要承压部件产生的缺陷进行了分析。

2.1 炉胆变形分析

锅炉一旦严重缺水，炉胆金属会严重超温导致变形，这是因为金属材料在严重超温的情况下，强度和刚度大幅度下降，同时在外压的作用下，就会发生炉胆下部向炉胆中心严重鼓包变形，炉胆顶部向下严重凹陷变形的情况。这种变形也只有在金属壁温严重超温的情况下才能发生如此大的塑性变形，而没有开裂[1]。

现场锅炉残骸显示炉胆严重鼓包变形，炉内弯管被鼓包炉胆挤压在中部呈麻花状（见图3），同时炉胆顶部整体凹陷变形（见图4）。出现了只有在锅炉运行中严重缺水才会发生金属超温变形的情况，说明该锅炉曾经发生了严重缺水。

图3 炉胆变形图

图4 喉管及炉胆顶变形图

2.2 炉胆硬度检测分析方法

判断锅炉严重缺水时是否有向锅炉内进水的重要检测判定手段是对炉胆进行硬度测定。若严重缺水时发生了向锅炉内进水的情况，如对炉胆进行硬度检测，就能发现炉胆下部硬度高于上部硬度，因为炉胆下部是受热辐射最厉害，也就是金属温度最高的地方，一旦接触到大量冷水，炉胆下部金属就会有淬火现象，导致硬度增加，尤其是进水口附近的炉胆金属组织硬度最高[1]。

现场锅炉残骸显示炉胆呈对角状鼓包变形，鼓包下部起点为下脚圈底部，炉胆变形量见图5，鼓包长度约1 800 mm，鼓包最高处钢板局部呈青蓝色。同时对炉胆鼓包处进行了硬度测定，沿炉门圈顺时针方向，从下向上等间距（150 mm）测定，详见表1.通过测定结果可以看出炉胆下部硬度高于中段硬度，即该锅炉发生过缺水后向锅炉进水的情况。

图5 炉胆鼓包变形量

表1 炉胆鼓包硬度测定表

2.3 爆破口开裂分析

发生缺水事故的锅炉受压元件的爆破口及起裂点往往发生在炉胆高温区受应力最大处（如炉门孔圈）或者受压元件材料有缺陷或者焊缝有缺陷处。从事故现场来看，炉门圈与炉胆连接的角焊缝近乎整圈撕脱开裂，通过观察断口形态，可以判断由锅炉瞬时超压引起了炉门圈与炉胆连接的焊缝撕裂。

2.4 下脚圈变形分析方法

U型下脚圈是该型号锅炉最厚的受压元件，再加上其特殊的机构，让其成为了该型锅炉刚性最强的受压元件，同时由于锅炉整体结构设计的要求，U型下脚圈属非受火焰加热的受压元件[1]。该事故导致下脚圈底部弧线部分消失，发生严重变形，足以证明曾经发生过严重缺水的情况，详见图1.

3 爆炸过程分析

通过调查笔录和锅炉残骸综合分析，由于司炉工脱岗时间较长，该锅炉又无水位报警及联锁保护装置，导致锅炉内水位急剧下降，在遇到紧急情况时司炉工又盲目进水，使得冷水在接触炉胆炽热金属的瞬间全部汽化，锅炉内压急剧上升，安全阀已来不及起跳排放超压汽体，使锅炉严重超压，当压力超过锅炉最薄弱部位的极限强度时，炉门圈与炉胆焊缝撕裂，储存的高能量瞬时释放出来，汽体减少，压力突降，剩余的饱和水蒸气又剧烈汽化膨胀，造成压力再次升高，锅炉发生爆炸，产生的冲击波将锅炉房摧毁，本体飞出[2-3]。

4 结论

还可以通过材料化学成分分析、力学性能试验、金相组织分析等方法来对该起事故进行原因分析，仅就上述几点的分析，结合现场调查询问笔录，大致可以确定爆炸发生的原因。

（1）该使用单位锅炉使用过程管理混乱，违反法律规定使用非法安装、未经安装监检验和定期检验的特种设备，聘用无证司炉人现场操作，是导致这起事故发生的根源。

（2）司炉工不具备操作资格和安全常识，缺少必要的紧急情况处理能力，错误的向严重缺水的锅炉内上水，是导致这起事故发生的直接原因。

（3）立式水管锅炉的喉管孔圈和炉门圈连接处，下脚圈与筒体的连接处，还有排污管管座附近，存在应力集中，这些部位极易发生焊缝撕裂，所以这些部位是制造和检验时候的重点。

（4）该锅炉的安全附件的失灵以及联锁保护装置的缺失导致设备自身在出现异常时无法自动显示声、光报警以及自我完成一些保护和联锁动作，消除产生事故的条件，避免事故的发生。

[1]许永平.立式锅炉缺水爆炸原因分析鉴定方法[J].中国科技成果，2015（18）：64-65.

[2]曹福想，郭少宏.一起立式锅炉爆炸失效原因分析[J].南方金属，2012，8（4）：22-24.

[3]常偃波，耿亚鸽.对一起立式水管锅炉爆炸事故原因分析[J].中国设备工程，2012（2）：21-22.

Analysis on the Cause of a Vertical Water Tube Boiler Explosion Accident

WU Bing-bing
（Jiangsu Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute Nantong Branch，Jiangsu Nantong226011，China）

For with vertical boiler explosion,mainly through the use of analytical methods for the determination of furnace deformation,hardness,and the blasting crack,ring deformation analysis method,the failure causes of the explosion are analyzed,and the conclusion.■

boiler;explosion;analysis;water shortage

X933.2

A

1672-545X（2017）02-0248-02

2016-11-08

吴兵兵（1983-），男，江苏如东人，本科，工程师，主要研究方向：锅炉、压力容器检验检测。