一台立式锅炉爆炸事故分析

一台立式锅炉爆炸事故分析一台立式锅炉爆炸事故分析 1 事故概况 2004 年 l2 月 我市某单位一台立式横水管锅炉运行半 4 b t 后 司炉工 发现锅炉水位表看不见水位 遂停止引风机 开 启给水泵 随即发生锅炉爆炸 事故造成锅炉房严重受损 司 炉工被烫伤 1 1 锅炉基本情况 1 进水口 2 炉门圈 3 横水管 4 锅壳 5 炉胆 爆炸锅炉为 lsso 3 0 4 y 立式横水管锅炉 结构简图见 图 l 额定蒸发量 0 3t h 额定压力 0 4mpa 为增加受热 面 该炉在炉膛内布置了数层密排横水管 管排轴线相互平行 进水管布置在炉门圈左侧 炉胆材料为 20g 板厚 6 8mm 1 2 事故检查 横水管两侧炉胆发生严重塌陷 塌陷部位沿横水管轴线近 似成对称分布 如图 2 所示 炉门圈上部第一排横水管两侧塌陷最为严重 横水管受炉 胆挤压严重变形 炉胆与炉门圈上部角焊缝撕裂 金相分析表 明 炉门圈上部第一排横水管及其附近炉胆有过热现象存在 2 立式横水管锅炉炉胆的稳定性分析 火稳是指对于刚性不是很大的承受外压的元件 应力远未 达到屈服极限 却失去原来的形状 产生压扁或折皱的现象 导致元件失稳的最小压力称为临界载荷 per 失稳产生的破坏是 不可逆转的 设计时应使元件具有足够的稳定性 避免火稳现 象的发生 从炉胆剖面图 图 3 可以看出 对于立式横水管锅炉 由 于横水管的加强作刚 横水管管孑 l 区附近的炉胆的稳定性大 大提高 而横水管两侧的炉胆由于缺少约束 整个炉胆的不稳 定性集中于此 横水管两侧炉胆的受力状况可简化为承受外压的两端固定 的圆拱 图 4 根据炉胆剖面图可以得到圆拱的儿何参数 其中 r 414mm y 45 文献 1 指出 对于两端固定的圆拱 其理论临界载荷 p c f 而 l 等 j 其中 e 材料的弹性模量 mpa i 一一一惯性矩 mm r 一一一半径 mm l 一炉胆长度 mm y 圆拱张角 rad 锅炉实际运行过程中 各种不稳定因素 如受热不均 初 始椭圆度 炉胆过热后急速冷却时产生的附加压应力 会降低 炉胆的稳定性 文献 2 在计算卧式锅炉平炉胆稳定性时 引 入了稳定性安全系数 n 以表征上述不稳定因素对稳定性的影响 参照文献 2 的作法 引入稳定性安全系数 n 并取 n 3 9 则临界载荷 pcr 为 pcr 而 l 吾一 j 2 在正常工况下 炉胆温 度在 250 左右 相应弹性模量 e i 887 x 105mpa 1 根据式 2 pcr 0 448mpa0 4mpa 即正常工况下 炉胆不会产生失 稳现象 实际上 文献 2 在计算立式锅炉炉胆壁厚时并未考 虑稳定性对壁厚的影响 炉胆温度在 600 时 相应弹性模量 e 1 24 x 105mpa 1 per 0 295m pa0 4mpa 碳素钢过热时 温度将超过 700 由于 e 与温度成反比 过热时炉胆 pcr0 4mpa 即炉 胆过热时 在止常工作压力下存在失稳的可能性 3 事故原因分析 锅炉缺水后干烧 导致炉胆过热 pcr 降低 司炉工盲目进 水后 给水瞬间大量汽化 锅炉内部压力骤然伸高 同时进水 口附近炉胆内壁急速冷却 产生附加压应力 导致 ppcr 进水 口附近炉胆过热最为严重 首先失稳 且变形量最大 炉胆塌 陷导致横水管受压严重变形 并在横水管口区域产生附加拉应 力 使得强度较差的炉门圈角焊缝撕裂 最终导致锅炉爆炸 4 改进措施 我所的普查表明 立式横水管锅炉广泛用于服务业之中 改进锅炉结构以提高炉胆稳定性 对于降低锅炉过热情况下爆 炸的可能性 提高锅炉的安全性 有着重要意义 横水管的作用之一就是增加约束 提高炉胆稳定性 但同 向布置的横水管只是提高了管孔区附近炉胆的稳定性 对横水 管两侧炉胆并未起到加强作用 即同向布置的横水管并未提高 炉胆整体的稳定性 相邻两层横水管交义布置 即相邻两层横水 管轴线成 90 可以将横水管的约束作用均布于炉胆上 从而改 善炉胆整体的稳定性 防止炉胆失稳 式 1 表明 炉胆结构严重影响 p r 其中 p ci r oc y 因而减小 y 可以大幅度提高 p r 在横水管两侧炉胆部位加装加 强筋 图 5 可以减小 y 提高产 pcr 达到在不改变横水管布置方 式的前提下 提高炉胆稳定性的作用 5 结论 根据以上分析 可以得出如下结论 1 锅炉缺水过热后 司炉工的误操作是锅炉爆炸的直接原 因