某小型立式蒸汽锅炉爆炸原因分析

第 5期 2 0 1 5年 9月 锅炉制造 BOI L ER MANUF ACTURI NG No 5 S e p 2 01 5 某小型立式蒸汽锅炉爆炸原 因分析 陈征宇， 肖 彬， 刘 杰， 鲍颖群， 成德芳 ( 浙江省特种设备检验研 究院 ， 浙江 杭 州 3 1 0 0 2 0 ) 摘要： 通过对锅炉爆炸现场的勘查 ， 相关人员的询问， 利用火花源原子发射光谱仪、 万能拉伸试验机、 光学显 微镜及洛氏硬度计， 对锅炉残体的化学成分、 力学性能、 显微组织及洛氏硬度进行了测定和分析。结果表明： 锅炉运行过程中， 处于鼓风燃烧状态 ， 由于司炉工未能旁站监控， 在主蒸汽阀门关闭， 安全附件失灵情况下， 锅 炉持续升压并严重超压， 引起锅炉整体炸裂。 关键词 ： 小型立式蒸汽锅炉 ； 爆炸事故 ； 失效分析 中图分类号 ： T K 2 2 文献标识码 ： B 文章编号 i C N 2 31 2 4 9 ( 2 0 1 5 ) 0 5 0 0 1 4 0 3 An a l y s i s o f t he Ca u s e o f A S m a l l Ve r t i c a l S t e a m Bo i l e r Ex p l o s i o n C h e n Z h e n g y u ， X i a o B i n ， L i u1 i e ， B a o Y i n g q u n ， C h e n g D e f a n g ( Z h e j i a n g P r o v i n c i a l S p e c i a l E q u i p me n t I n s p e c t i o n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e ， H a n g z h o u 3 1 0 0 2 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h r o u g h t h e e x p l o r a t i o n o f t h e b o i l e r e x p l o s i o n s i t e ，t h e i n q u i r i e s o f r e l a t e d p e o p l e ， d o i n g c h e mi c a l c o mp o s i t i o n a na l y s i s， me c h a ni c a l p r o p e r t i e s， mi c r o s t r u c t u r e a n d h a r d n e s s me a s u r e me n t o n t h e b o i l e r p i e c e s b y us i ng s p a r k s o u r c e a t o mi c e mi s s i o n s p e c t r o me t e r ， u n i v e r s a l t e n s i l e t e s t e r ， o p t i c a l mi c r o s c o p e a n d b r i n e l l ha r d n e s s T he r e s ul t s s h o w t h a t i n t h e c o u r s e o f t he b o i l e r o p e r a t i o n i t wa s i n b l a s t c o mb u s t i o n s t a t e a n d t he fir e ma n f a i l e d t o mo n i t o r n e x t t o t h e bo i l e r I n t h e c a s e o f ma i n s t e a m v a l v e wa s c l o s e d a n d s a f e t y a c c e s s o r i e s f a i l u r e， t h e b o i l e r s u s t a i n e d b o o s t a n d o v e r p r e s s u r e d s e v e r e l y wh i c h fin a l l y c a us e d t h e o v e r a l l b o i l e r b ur s t Ke y wo r d s： s ma l l v e rti c a l s t e a m b o i l e r ； e x p l o s i o n a c c i d e n t ； f a i l u r e a n a l y s i s 0 引 言 2 0 1 4年 9月， 浙江省某企业生产用小型立式 蒸汽锅炉在使用过程中发生爆炸 ， 爆炸形成的巨 大破坏力 ， 导致 3人伤亡 ， 两间房屋部分倒塌 ， 爆 炸现场一片狼藉 ， 事故造成 了灾难性的后果 。事 故发生后 ， 笔者通过对爆炸现场的勘查 ， 相关资料 的查阅， 相关人员 的询问 ， 锅炉残体及相关安全附 件的收集 、 分析、 试验 ， 找出了锅炉爆炸的原 因。 1 爆 炸现场勘查 1 1 设备概况 根据锅炉出厂资料 ， 发生爆炸的锅炉为某公 收稿 日期 ： 2 0 1 5一 o 41 8 作者简介 ： 陈征字 ， 工作于浙江省特种设备检验研 究院。 司生产的型号为 L S G 0 0 5 0 4一S M的立式燃生 物质蒸汽锅炉。锅炉主要设计参数 ： 额定蒸发量 为 0 0 5 t h ， 额定出口蒸汽压力为 0 4 MP a ， 额定 出口蒸汽温度为 1 5 1， 总图标注水容积 0 4 8 7 m ( 锅炉制造质量证明书中标注 4 8 7 5 L ) 。该锅 炉 2 0 1 2年 0 7月制造完成 ， 2 0 1 3年初锅炉安装后 投入使用 ， 当事人不能提供压力表 、 安全阀的校验 报告 ， 表明压力表和安全 阀长时间使用并 没有按 时校验 。 1 2 现 场勘 查 锅炉爆炸后 ， 锅炉残体主要分为 6个部分 ， 包 括封头 、 炉胆及下脚圈、 冲天管及三块锅壳 。封头 朝东南方向飞出7 0 m左右 ； 炉胆及下脚圈位于原 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 陈征宇 ， 等： 某小型立式蒸汽锅炉爆炸原因分析 1 5 锅炉安装位置北面约 3 m处 ； 冲天管带炉胆顶撕 裂部分掉落于距离安装位置约 1 0 m处 ； 较小的两 块锅壳落在距安装位置约 1 5 0 m处 ， 较大 的一块 锅壳落在距安装位置约 1 1 0 m处。锅炉安全阀、 主汽阀、 冲天管、 带铭牌 的锅壳部分下落不明。 锅炉爆炸造成锅炉北面 、 东 面的平房墙壁部 分倒塌 ， 附近的房屋 门窗玻璃损坏 ， 部 分墙壁开 裂。事发前 ， 锅炉实际使用燃料为煤 ， 而该锅炉的 设计燃料为生物质。锅炉出口蒸汽管道阀门处于 开启状态 ， 根据调查可知 ， 平常开始工作时 ， 才打 开锅炉顶部主蒸汽阀门开始供汽。 2 锅炉爆炸原因分析 2 1 锅炉残骸检查 2 1 1 宏观检 查 通过对炉胆、 锅壳及封头仔细观察和分析， 锅炉 在冲天管和封头焊缝 ， 以及锅壳与炉 门圈焊缝等锅 炉结构薄弱处首先撕裂， 然后将锅壳分裂成 3 块。 2 1 2 厚 度测 定 表 1 封头测厚数据 位置 1 2 3 4 5 6 厚 度( mm) 3 4 3 2 4 0 3 7 3 6 3 9 位置 7 8 一 一 一 一 厚度( IT l lff 1 ) 3 7 3 2 一 一 一 一 封 头 名 义 壁 厚 4 m m， 测 点 最 薄 壁 厚 3 2 m m 。 表 2 锅 壳测厚数据 位置 1 2 3 4 5 6 厚度( mm) 2 6 2 5 2 3 2 4 3 1 2 5 位置 7 8 9 1 0 1 1 1 2 厚度( mm) 2 5 3 0 2 5 2 6 3 1 2 7 位置 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 厚度( mm) 2 6 3 1 3 2 2 6 3 1 2 5 锅壳 名 义 壁 厚 3 mm， 测 点 最 薄 壁 厚 2 3 m m 0 用 D M5测 厚仪测 量 断 口附近厚 度如表 1 、 表 2所示 ， 在锅壳上半部 的破 口处 ， 锅壳 断 口厚 度最小为 2 3 mm， 原始 壁厚 3 m m， 断 面伸缩 率 为 2 3 3 ； 封头 断 口厚度 最小为 3 2 m m， 原 始 壁厚 4 m m， 断面伸缩率为 2 0 。通过表 1和表 2可以看 出 ， 材料在 断裂 时明显发现缩 颈现象 ， 材料断 口处 塑性 良好 ， 基本 可 以排除 材料脆 化 导致锅炉失效。 2 2 化学成分分析 利用 A R L 4 4 6 0型火 花源原 子发射 光谱 仪 ， 分析了锅 炉锅壳 和封 头部位 的化 学成 分 ， 见表 3。 表 3 化 学成份分析数据 从表 3我们可 以看出， 锅 壳和封头部件的材 料属于 Q 2 3 5 D ， 材料中的 P 、 S含量控制 的比较 低 ， 选用 的材料符合 锅炉安全技术监察规程 的 要求 ， 说 明材料的选用不是引起锅炉爆炸的原因。 化学成份分析结果符合 G B T 7 0 02 0 0 6标准 的 要求 。 2 3 力学性能试验 2 3 1 力 学性能 在锅壳 、 封头残骸各制取 3块力学性能试板 ， 利用 WA W 一1 0 0 0 B型万能拉伸试验机进行材料 的力学性能测试 ， 测定结果如表 4所示 ： 表 4力学性 能试 验数 据 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 6 锅炉制造 总第 2 5 3期 表 4六块试板 的抗拉强度均符合相应材料标 准的要求 。但同时注意到， 锅壳部件试板 1 、 2及 封头部件试板 3 ， 上述三块试板 的伸长率低 于标 准 中 A I2 6 的要求 ， 拉伸过程中， 材料的屈服 点不明显 ， 这可能与锅壳在爆炸时发生较严重的 屈服变形有关 ， 材料受形变强化的影响塑性下降。 这说明该锅炉的爆炸是 由于材料的使用压力超过 了材料的抗拉强度 ， 材料在外力不断增加的基础 上 ， 首先超过屈服极 限， 材料发生形变强化 ， 使用 压力继续升高 ， 继续超过抗拉极 限， 发生缩颈 断 裂。 2 3 2硬 度测 定 利用 T H 3 0 0型洛氏硬度计 ， 测定锅炉封头及 锅壳部分的硬度 ， 结果如表 5和表 6所示。 表 5 封头硬 度测定数据 从表 5可以看 出 ， 封头各个 测点数据在7 7 5 HR B 7 8 0 HR B之间 ， 未 发现异常 ， 符合 G B T 2 3 0 2 0 0 9中对锅炉使用材料硬度 的规定 。 表 6 锅 壳硬度测定数据 从表 6可以看出 ， 锅壳各个测点数据在 7 8 0 H R B7 9 5 HR B之 间， 未 发现 异常 ， 符 合 G B T 2 3 0 2 0 0 9中对锅炉使用材料硬度的规定 。 2 4金相检验 在实验室 ， 把从爆炸现场带回的锅炉炉胆 、 封 头 、 锅壳等部位进行金相试验 。在光学显微镜下 ， 放大 5 0 0倍的光学组织 ， 为铁素体加珠光体 ， 未发 现过烧现象。 2 5相关调查 通过对爆炸事故 的调查 ， 首先 ， 锅炉使用 单 位司炉工没 有参加 任何操 作培 训 ， 在没 有取 得 司炉工证的前提下违规操作锅炉 ， 违反 了 锅炉 安全技术监察规 程中 8 1 3条 安全 管理人 员 和操作人员 的相 关规定 。使用 单位 未按照 中 华人 民共 和 国特种设备 安全法 的要求 对该 锅 炉进行定期检 验 ， 自锅 炉投入 运行 以来从 来 没 有对锅炉 的安 全 附件 ： 安 全 阀和压 力表 进行 过 定期校验 ， 违 反 了 锅炉安 全技术监 察规程中 6 1 1 5条安全 阀校验及 6 2 3条压力表校验的 相关规定 ， 在安全附件失灵 的情况 下 ， 司炉工 违 规操作 是 导 致爆 炸 事 故发 生 的主要 原 因。其 次 ， 锅炉总图标 注水容量 0 4 8 7 m。 ， 质量证 明书 标注的额定水容 量为4 8 7 5 L ， 按照设计 图纸 中 的最低水位计算 出的水容量 为 6 2 6 9 L， 按正常 水位计算 出的水 容量 为 7 1 8 1 L 。锅炉实 际水 容积超 出质量证 明书标 注值 ， 已超 出 小型和常 压热水锅炉 安全监 察规定 中小 型蒸 汽锅 炉第 一 章第三条 ( 水 容积不 超过 5 0升 ) 的规定 。锅 炉水容积越大 ， 爆炸造成 的破坏就越 大。再次 ， 锅炉实际采用煤燃料 与设计 的生物质颗粒燃 料 不符 。煤 的燃 烧 强 度 与 时 间与 生物 质 差 别 较 大 ， 也是致使锅炉较长时间燃烧 ， 并最终导致 超 压而未被周 围人员察觉 的重要因素 。 3 结 论 笔者通过对材料化学成