一起蒸汽锅炉爆炸事故原因分析与预防措施

李德忠

(北京市特种设备检测中心，北京 100029)

一起蒸汽锅炉爆炸事故原因分析与预防措施

李德忠

(北京市特种设备检测中心，北京 100029)

针对一起蒸汽锅炉爆炸事故，通过调查取证，从宏观及微观角度进行分析，找出导致事故发生的主要原因，系持伪证的操作人员在锅炉严重缺水后违规处置所造成。使用单位聘用非特种设备作业人员，日常疏于管理，是酿成事故的根源。为杜绝类似事故的发生，提出防范措施。

锅炉；缺水；炉胆；失稳；爆炸

锅炉在机械工业、电力工业、化工、轻工、纺织等现代工业生产和人民生活中普遍运用。小型蒸汽锅炉由于结构紧凑,整体运输和安装方便,在一些中小企业(特别是民营企业)中应用广泛。然而，此类锅炉更容易发生事故,这通常与使用单位对锅炉安全管理的重视程度以及司炉人员操作水平有很大关系。2013年～2016年国家质检总局公布的“全国特种设备安全状况情况的通报”统计中，4年共发生锅炉事故83起，有78起发生在使用环节，锅炉缺水事故占较大比例。锅炉一旦发生爆炸事故,不仅仅是设备本身遭到破坏,还会毁坏周围的设备及建筑物,甚至造成人身伤亡,给人民生命财产造成损失。本文通过一起蒸汽锅炉爆炸事故,分析造成事故的原因，并提出预防措施。

1 事故概况

事发当日上午8时许，某公司1台LHC0.2-0.4-AⅡ型立式蒸汽锅炉发生爆炸事故，造成1人死亡，3人受伤。

(1)现场情况：锅炉爆炸造成锅炉房屋顶、锅炉房门、西侧墙壁破损，锅炉本体自东侧门飞出约5.7 m。压力表、水位计、安全阀等安全附件从锅炉上脱落。锅炉主蒸汽管、给水管折断。

(2)锅炉本体：锅炉炉胆及炉胆顶失稳沿纵焊缝向内凹陷(见图1)，炉胆内凹长度1730 mm、深度260 mm，横水管受炉胆挤压严重变形(图2)。上部清灰门圈与炉胆连接角焊缝沿周向撕裂(图3)，裂口弧长150 mm、开度7 mm；上炉门圈对接焊缝沿周向撕裂(图4)，裂口弧长420 mm、开度45 mm；炉胆上部凹陷处与烟管连接角焊缝沿周向撕裂(图5)，裂口弧长140 mm、开度10 mm。

汇总上述破坏情况，绘制锅炉本体破坏情况示意图(见图6)。

图5 炉胆与烟管连接角焊缝周向撕裂

(3)安全附件：安全阀阀瓣与导向套生锈粘连，密封面锈死，无蒸汽冲刷痕迹(见图7)，安全阀失效；水位计高、低水位、极高、极低水位电极均失灵(见图8)，失去低水位报警和联锁功能。安全阀、水位计、压力表未按期进行定期校验。

图7 安全阀阀瓣与导向套锈死粘连

图8 水位计失灵

(4) 使用管理：该公司未制订操作规程及应急专项预案；司炉人员未取得特种设备作业证(使用假作业证)，没有锅炉运行及交接班记录，司炉人员擅自脱岗、睡岗。

2 原因分析

2.1 微观分析

对炉胆变形部位取样进行金属横截面金相检验分析，炉胆部位金相组织为珠光体+铁素体+魏氏体2级[1](见图9)。魏氏体组织是由于金属在高温过热状态下，较快地冷却而形成的[2]。可以判断，该锅炉在发生严重缺水时，炉胆部位受火焰和高温烟气直接加热出现干烧过热，再进水使金属表面温度急速冷却，造成金属组织变化，即产生魏氏体组织[3]。

图9 炉胆部位金相组织

魏氏体组织对材料性能的影响与其级别有关，出现0～2级魏氏体组织，不会降低钢材的机械性能[4]，只有4～5级粗大的魏氏体组织，会使材料的抗拉强度、冲击韧性下降[5]。故此，本起事故中炉胆材料出现的魏氏体组织，不导致材料性能下降。事故是由于炉胆干烧过热，再进水瞬间汽化造成炉内快速超压所致。

2.2 宏观分析

(1)对炉胆进行壁厚测量、化学成分分析结果符合设计要求。

(2)检查清灰门圈、烟管与炉胆连接角焊缝局部焊脚高度不足。

(3)司炉工脱岗，未及时发现锅炉出现低水位，水位计及低水位报警和联锁失灵，锅炉没有得到补水。司炉工早晨到锅炉房发现锅炉缺水，没能进行正确判断(此时锅炉属严重缺水)，错误处置，盲目进水导致锅炉爆炸。

锅炉严重缺水使受火焰和高温烟气加热的受压元件(如炉胆)干烧、过热超温，其抗拉强度、刚度和稳定性会大大下降。该锅炉炉胆和上炉门圈材料均为Q245，模拟试验表明[6]：Q245试件抗拉强度在350～500℃的加热区域降低明显 ,出现蠕变现象,温度越高,应力越大,蠕变速度就越快。当温度在500 ℃以上时,抗拉强度低于110 N/mm2(见图10)。

图10 Q245试件抗拉强度-加热温度变化曲线

锅炉严重缺水后再进水，冷水瞬间大量汽化，锅炉内部压力骤然升高快速超压；同时进水口附近炉胆内壁急速冷却，产生温差应力；炉胆在外压作用下失稳，局部炉胆和炉胆顶向内凹陷，并导致横水管受压严重变形；当压力超过炉胆薄弱部位极限强度时，与变形应力共同作用，使得强度较差的上部清灰门圈、烟管与炉胆连接的角焊缝以及上炉门圈对接焊缝沿周向撕裂，蒸汽从裂口处喷出，破口进一步扩大，造成锅炉爆炸[7]。爆炸冲击波与空气或地面接触后，产生强大的反作用力，使锅炉腾空向锅炉房东侧飞出。强烈的冲击波造成现场司炉工死亡、3人受伤。有资料表明，锅炉爆炸时所释放的能量约3%～15%消耗在本体及部件的破坏和抛离，其余大部分将以冲击波的形式作用于周围环境，造成建筑物的破坏及人员伤亡[8]。

2.3 使用管理问题

(1)该公司使用管理混乱，规章制度不健全，对持有假作业证件的人员在聘用时没有进行认真审核，未制订操作规程及应急专项预案，没有按规定对作业人员进行安全和技能培训，未对安全附件进行定期校验，对处于失效状态的水位计及低水位报警和联锁装置没有及时修复，锅炉出现低水位时不能及时补水，使炉胆干烧过热。

(2)司炉人员使用假作业证，未经特种设备培训考核，缺乏对锅炉缺水的判断和处置等方面基本专业技能，没有填写锅炉运行及交接班记录，未按规定对水位计进行清洗，没有经常检查安全阀、水位计的安全状态。擅自脱岗、睡岗，对锅炉的压力、水位监视不严，发现锅炉缺水后没能做出正确判断，锅炉严重缺水时，没有立即停炉，而错误注水，造成锅炉瞬间汽化爆炸。

3 预防措施

为了保证锅炉的安全运行，杜绝类似事件的发生，对于中小型民营企业须做好几方面工作：

(1)使用单位必须建立健全各项规章制度,建立并严格执行锅炉房管理制度、安全操作制度、岗位责任制度、巡回检查制度、交接班制度、检验检修制度；按规定聘用持有特种设备作业证的管理和操作人员，制定操作规程及应急专项预案，特别针对锅炉缺水现象进行演练；对司炉人员进行专业技能培训，抓好源头管理。

(2)做好锅炉、安全阀、压力表和水位计等安全附件及保护装置的定期检验和校验工作，每年对锅炉进行年度检查，未经检验或检验不合格，不得使用。加强定期排污，保持各循环回路畅通。

(3)司炉人员必须持证上岗，坚守岗位，不脱岗、睡岗(锅炉严重缺水爆炸事故多数发生在上午)，严格监视锅炉水位和压力的变化，防止锅炉缺水和超压，认真填写锅炉运行和交接班记录。熟练掌握锅炉的操作技能，每班冲洗水位计，防止汽水连管堵塞，形成假水位；定期对安全阀进行手动和自动排气试验、检查水位报警及联锁的灵敏和可靠性，定期检查、保养上水自动控制阀。

(4)当锅炉水位计看不到水位，对于立式锅炉应立即采用“叫水”法，若能见到水在水位计中出现，说明是轻微缺水，可谨慎向锅炉给水，逐步恢复到正常水位；若仍然见不到水位出现，则是严重缺水，须立即停炉、熄火，严禁违章加水。

(5)锅炉制造单位应加强对壳体和炉胆上各部件连接角焊缝的焊接质量控制，确保产品质量满足标准规范要求。

4 结语

针对锅炉爆炸事故，采用微观及宏观分析方法，确定造成锅炉爆炸事故的原因。通过对炉胆材料取样进行金相检验分析，检出有魏氏体组织存在，结合水位计低水位报警及联锁功能失灵，锅炉不能得到及时补水，判断出炉胆是在严重缺水后干烧过热，再进水使炉内瞬间汽化快速超压引发锅炉爆炸。使用单位管理混乱，聘用持假作业证、不具备锅炉运行安全知识和技能的人员操作锅炉，水位计及报警和连锁装置失灵，是酿成事故的起源；司炉人员不坚守岗位，忽视对锅炉压力及水位的严格监视，在锅炉严重缺水时，盲目加水，是造成事故的主要原因。事故警示使用锅炉的中小型民营企业，必须加强使用管理，落实主体责任，聘用持有效证件的司炉人员，日常加强对锅炉水位和压力的控制。为有效预防类似事故发生，本文提出了切实可行的预防措施，以保证锅炉在生产生活中能够安全运行。

[1] 全国钢标准化技术委员会.GB/T13299-1991 钢的显微组织评定方法[S].北京:中国标准出版社,1992.

[2] 威廉.劳斯特克，詹姆斯R.德伏莱克.金相组织解说[M].上海：上海科学技术出版社，1984:23.

[3] 李正华.工业锅炉检验[M].北京：北京科学技术出版社，1992:344.

[4] 钢铁热处理编写组.钢铁热处理-原理及应用[M].上海：上海科学技术出版社，1979:40-42.

[5] 杨胜涛.浅谈魏氏组织形成机理及对材料性能影响[J].河南科技，2014(4)：76.

[6] 盛水平，程正米，陈海云，等.立式锅炉爆炸机理实验研究[J].工业安全与环保，2010,36(4)：34-36.

[7] 常偃波，耿亚鸽.对一起水管锅炉爆炸事故的原因分析[J].中国设备工程，2012(2)：21-22.

[8] 国家安全生产监督管理局.安全评价[M].北京：煤炭工业出版社，2003.

(本文文献格式：李德忠.一起蒸汽锅炉爆炸事故原因分析与预防措施[J].山东化工,2017,46(11):192-195.)

Cause Analysis and Preventive Measures of Steam Boiler Explosion Accident

LiDezhong

(Beijing Special Equipment Testing Center,Beijing 100029,China)

Through the investigation and evidence collection for a steam boilers explosion accident, analyze from the macro and micro perspective, the main cause of the accident has been found out. The cause of accident was the operator with fake certificates who had irregularities after the water shortage in boiler. The use of units to employ non-special equipment operators and the daily neglect of management are the root causes of accidents. Put forward preventive measures to prevent the occurrence of similar incidents.

boiler;water shortage;furnace;unstability;explosion

2017-05-18

李德忠(1962—)，男，北京人，本科，工程师，主要从事承压类特种设备检验及事故处理工作。

X933

B

1008-021X(2017)11-0192-04