一起锅炉自控装置失灵事故的分析与警示

孟庆乐

（河南省锅炉压力容器安全检测研究院新乡分院 新乡 453003）

新乡市某制板厂于2016年9月新安装一台WNS1-1．0-Q（Y）型锅炉，经验收合格，开始投入运行。2017年9月初经内部检验，结论为“符合要求”。但是，9月底笔者准备去进行外部检验时，提前接到该厂负责人电话，告知该锅炉烧干了，随即赴现场查看。

1 事故经过

该制板厂主要是依靠蒸汽加热压制胶合板的。据该厂老板介绍，此前锅炉一直运行正常，当天上午10点，操作人员还现场观察锅炉水位、燃烧器运行等一切正常，随后离开。到了下午13：20左右，负责人发现生产车间管道送出的蒸汽温度高，颜色不正常，赶忙去锅炉房查看，发现锅炉上主汽阀门的阀杆处冒烟，人孔圈开始冒烟，分汽缸上的阀门保温处也开始冒烟，再加之观察不到水位，于是紧急停炉。

2 事故现场情况

事故现场照片见图1、图2、图3。从锅炉尾部打开的烟箱看，烟管内还有燃烧未尽的火星，地上都是散落的黑色粉末。分汽缸上管道保温有明显过热烧痕。

去掉管道局部保温层，打开锅炉上的人孔、烟箱、前保温层等，可以明显看到锅炉上主汽阀门、分汽缸上的阀门外部油漆颜色变得发白（见图4、图5）。打开锅炉前保温面板，波形炉胆内有大块脱落的耐火材料，波形炉胆下半部呈明显黑色，延长至前管板，界限分明，但是炉胆未见明显变形（见图6、图7）。

图1 分汽缸上阀门保温

图2 锅炉后烟箱

图3 散落的黑色粉末

图4 分汽缸上变色的阀门

图5 锅炉上变色的主汽阀

图6 锅炉前管板

图7 波形炉胆内

3 锅炉简介

WNS1-1．0-Q（Y）型锅炉是全自动燃气锅炉，主要受热面由锅壳、管板、波形炉胆、烟管等组成，装设有多项安全联锁保护装置。按照《锅炉安全技术监察规程》[1]（以下简称“锅规”）的要求，该类锅炉都采用了全自动控制系统，即根据生产需要设定技术参数。锅炉开启后自动运行，无须人工进行操作。锅炉启动后，产生蒸汽的压力达到所设定的生产所需压力的最高值时燃烧器自动停止运行，而低于设定的最低压力参数时，燃烧器又重新自动启动；同样，当锅炉内水位低于所设定的最低水位时，给水泵自动给水；高于设定的最高水位上限时，停止给水。若自动给水装置失灵，则还有高、低水位报警和低水位联锁保护装置，也就是说，若是给水系统出现故障，无法向锅炉内进水时，则在水位低于最低安全水位时燃烧器会自动熄火，这样不至于因锅炉缺水造成事故。

4 事故分析

根据现场情况初步判定，该事故是由于锅炉短时间内缺水造成的。由于该厂负责人处理得当，及时停炉，避免了事故扩大。

该厂生产是用蒸汽来加热胶水压制胶合板，不需要过高温度，超过100℃就达到工艺要求，因此，正常工作压力在0．2MPa～0．45MPa之间。据负责人讲“当时在生产车间发现管道传送的蒸汽颜色发白，温度明显过高，所以赶紧去锅炉房查看”。这说明此时锅炉处于严重缺水状态。

该锅炉属于回燃式燃气锅炉，火焰在炉胆内燃烧，燃烧后的高温烟气向前返回，经烟管向后达尾部烟箱，然后通过烟囱排向大气。那么，当锅壳内水位低于炉胆顶部或者再向下时，炉胆上部和部分烟管由于无法受到水的冷却，温度升高，会将锅壳内的饱和蒸汽进一步加热，使得经主汽阀排出的蒸汽为过热蒸汽，温度可达400℃以上，甚至更高。因此，主汽阀、分汽缸上阀门的油漆因为过热，颜色变白；而人孔圈和各阀门阀杆处冒烟，则是由于人孔密封垫圈、阀杆处的填料函被高温蒸汽加热引起的。可以想象，因为燃气锅炉热效率高，升温、升压迅速，才会导致该锅炉短时间内将这些部件烧坏。而那些黑色粉末是由于天然气内杂质燃烧不完全产生的，也有部分是木材厂的细小木屑进入燃烧器空气进风口参与燃烧，随着烟气留置在后烟箱内，没有水的冷却，在烟箱内仍呈现“星星之火”状态。

一般情况下，当锅炉缺水时，波形炉胆得不到有效冷却，导致温度过高，强度和塑性下降。由于波形炉胆承受外压，因此，在锅壳内有压力的情况下会被压扁（见图8）。但是，经检查该锅炉的波形炉胆未见明显变形，原因是，由于车间用汽量大，用汽压力却不高，所产生的蒸汽不足以达到一定的压力就被输送到生产线上，属于超负荷运行，因此，锅壳内几乎没有什么压力，这才未导致波形炉胆被压扁。另外，烟管也未见明显变形。

图8 压变形的波形炉胆

该锅炉是采用电接点式水位仪表来测量和传送水位信号的，主要由电极测量筒和电子电路两部分组成。它是利用锅炉汽包内的水与蒸汽导电率性能差异极大的原理，将水位的变化通过电极转换成电阻的变化，而将水位信号传送至控制系统来实现测量和控制功能的。通过系统控制，还兼有给水泵的自动启停控制、高低水位报警及低水位联锁保护功能。

事故发生后，笔者也对电极测量筒（也称水位报警传感器）进行了解列，未发现电极棒上有严重结垢现象（见图9）。因为电极棒一旦有污垢，会影响电子信号的探测灵敏度，易造成控制系统的误操作。

图9 水位报警传感器内的电极棒

由于事故现场已经破坏，事故鉴定人员无法直接去验证分析产生事故的具体原因，但是据事故情况看，可能存在以下几种问题：

1）水位传感器上部的电线虚接，水位信号未能传递到控制柜；

2）控制柜上的控制开关由自动改为手动；

3）控制系统故障：水位传感器没问题，控制信号未能传递给给水泵；极低水位时，也未能传递给燃烧器使其熄火；

4）燃烧器故障。

5 事故的反思

该类全自动锅炉的控制系统具备有点火程序装置、熄火保护装置、超压连锁保护功能、自动给水功能、高、低水位报警及低水位联锁保护功能等。

这起事故的发生，说明当时这台锅炉的全自动控制系统的某个环节或者全部联锁装置失灵。即锅炉水位低了，无法启动水泵自动上水，而水位低于最低安全水位时，又没有实现联锁停炉，这才导致锅炉的严重缺水事故。

随着科技的高速发展，现在锅炉制造厂生产的燃气（油）锅炉大都采用了全自动控制系统，即根据生产需要设定技术参数，锅炉开启后自动运行，对外宣称为“全自动锅炉”，无须人工进行操作。《锅炉使用管理规则》(TSG G5004—2014)第十八条也明确规定了“．．．B级以下（含B级）全自动锅炉可以不设跟班锅炉作业人员，但是应当建立定期巡回检查制度。”但是，实际上大部分锅炉远远未达到能全自动运行的状况，比如水质化验、排污等，都需要人工进行。尽管个别锅炉生产企业在锅炉本体上设置有壁温监控、自动排污、远程摄像监控等，但是，也仅限于部分容积较小的贯流锅炉的使用，更不能说明就无须人工操作及监控了。

另外，由于各个使用单位管理水平不同，特别是司炉操作人员能力不同，尤其是对这种新的涉及自动控制设定的锅炉是否能熟练操作都存在问题。大部分司炉操作人员过去并未参加过此类操作培训，加上个别锅炉制造单位担心司炉操作人员误操作，根部就不给用户控制系统密码，因此，司炉人员除了会按“启动”、“停止”按钮，其余一无所知。这就为此类全自动燃气（油）锅炉的安全运行埋下了事故隐患。

6 市场情况调研

据调查，目前国内与锅炉配套的燃烧器、水位计、水位传感器、控制柜等种类繁多，而国家并无相关配套要求。在锅炉的实际购买和安装过程中，锅炉本体、水位传感器、控制柜、燃烧器等绝大部分都采购自不同的生产厂家，因此，很难相互配套。

国家相关标准由于发布和执行的时间存在较大差异，也存在许多矛盾之处。如GB/T 13638—2008《工业锅炉水位控制报警装置》[3]，里面规定的水位报警位置设定就和JB/T 9245—1999《锅炉用玻璃板水位计》[4]无法很好的衔接，也不符合“锅规”的基本规定。这样，在锅炉调试、验收环节，自动上水和低水位联锁保护功能无法准确实现，有些锅炉水位甚至低于水位计下部可见边缘也未实现联锁，不符合“锅规”的要求，很容易出现缺水事故。像上述电接点式水位报警传感器，就需要现场根据情况截掉一截电极棒才能准确实现联锁功能。

NB/T 47051—2016《工业锅炉控制装置技术条件》[5]规定了锅炉控制柜相关功能，目前有些采取了比较先进的PLC可编程控制系统，能根据锅炉运行的需要对压力、水位报警联锁进行设定，而有些则比较落后，需要在传感器上进行调整，费时费力，不便于操作人员掌握。

锅炉燃气（油）燃烧器，按照“锅规”规定，大都通过了型式试验认证，但是，仍有部分燃烧器，比如甲醇燃烧器并未通过型式试验认证，“质检总局办公厅关于燃气锅炉风险警示的通告(2017年第2号)”对燃烧器的选配也未杜绝其应用，只是提出“在相关安全技术规范未修订前，推荐相关单位选用型式试验合格的燃烧器”。而且其中还提出“特殊情况需由锅炉使用单位选配时，使用单位应当确认所选配的燃烧器符合锅炉制造企业规定的配置技术要求。”据了解，大部分用户并不具备选配燃烧器的技术能力，无法确保选用合格。

笔者曾经验收的一台燃油锅壳锅炉，其燃烧器设置的吹扫时间最长只能达到15s，根本达不到“锅规”第6．6．6条“点火程序控制与熄火保护”的要求，很容易出现炉膛爆炸事故。

由于国家未对这些控制系统部件的选配出台相应的标准，这样就造成了锅炉销售人员、安装单位、使用单位购买时存在胡搭乱配现象，而且质量也参差不齐，这就难以确保锅炉的安全运行。

7 事故的预防与建议

1）尽快健全和修订燃烧器、水位计、水位传感器、控制柜等相关标准。

2）强制规定未经型式试验认证的燃烧器不得使用。

3）在锅炉安装调试报告中应附有对操作人员的专项培训记录。

4）在锅炉上增加一套独立的低水位联锁保护装置。

5）规定司炉人员定期对燃烧器、水位传感器等进行维护，并模拟调试各项自动控制和联锁功能。

6）锅炉外部检验一定要落到实处，切实按照TSG G7002—2015《锅炉定期检验规则》[6]规定进行。

7）加快宣传并执行TSG 08—2017《特种设备使用管理规则》[7]第2．4．4．2条“作业人员配备特种设备使用单位应当根据本单位特种设备数量、特性等配备相应持证的特种设备作业人员，并且在使用特种设备时应当保证每班至少有一名持证的作业人员在岗。”

8 事故的警示

近年来，为了治理雾霾天气，我国政府下大力气要求企业分级淘汰燃煤锅炉。目前大部分企业正在集中更换成燃气或者燃油锅炉。但是由于各地锅炉制造单位、使用单位、安装单位甚至是监察、检验部门对国家相关的法规、标准等理解、贯彻不一致，再加上部分规程、规则、标准相对滞后的原因，因此，这种大规模、全国性的锅炉集中更新换代势必会造成从锅炉设计、制造、安装、使用、管理、检验、监管等各个环节出现这样那样的问题，给锅炉的安全运行带来一定的事故隐患，要引起各方面的高度重视。