锅炉事故的原因及其预防

锅炉事故的原因及其预防锅炉是在高温高压的不利工作条件下运行的，操作不当或设备存在缺陷都可能造成超压或过热而发生爆破或爆炸事故。锅炉的部件较多，体积较大，有汽、水、风、烟等简单系统，如运行管理不善，则燃烧、附件及管道阀门等都随时可能发生故障，而被迫停上运行。锅炉的爆破爆炸事故，经常是造成设备、厂房毁坏和人身伤亡的灾难性事故。锅炉机组停止运行，使蒸汽动力突然切断，则会造成停产停工的恶果。这些事故的发生，都会给国民经济和人民生命平安带来巨大损失。所以，防止锅炉事故的发生，有着非常重要的意义。一、事故分类锅炉事故按事故的严峻程度可分为：锅炉爆炸事故、重大事故与一般事故。锅炉爆炸事故是锅炉运行中，锅筒、集箱等部件损坏，并有较大的泄压突破口而在瞬间将工作压力降至大气压力的一种事故。这种事故炸爆威力大，造成的损失很大。重大事故是运行中发生爆破、爆管、严峻变形、炉膛塌陷、炉墙倒墙、钢架烧红等而被迫停炉大修的各类事故。一般事故则是运行中发生故障而被迫停炉，但又能很快恢复运行的事故。锅炉事故如按事故发生的部位来分类，则有锅筒等水容量较大的受压部件突然开裂的爆炸事故，炉管爆破事故，省煤器事故，过热器事故，管道、烟道、炉墙事故；平安附件、给水设备、燃烧设备等部位的事故。锅炉事故如按事故的发生缘由分类，则有水位监督不慎造成的缺水、满水事故，水质管理不好引起的事故，设计、制造或安装、检修不良引起的事故，维护保养不当，而由腐蚀、积结污垢灰焦而引起的事故，燃烧掌握不好引起的事故。二、事故的预防1．应健全锅炉运行规程、平安操作规程、岗位责任制、检修质量标准、交接班制度等各基有关规章制度，并严格贯彻执行。2．应加强锅炉用水管理，给水水质应符合规定要求，软化水应达到质量标准，锅水碱度不应过高。排污要有制度，受热面内部应保持不结垢或仅有较薄水垢，定期用机械或化学方法清除水垢，以免造成钢板或钢管过热。3．在安装和检修时，应选用符合图纸要求的材料。4．采纳合理的锅炉结构。在制造、安装或检修以及锅炉的技术改造中，应留意改进锅炉的不合理结构，使达到合理或基本合理。5．有方案的组织培训司炉人员和管理人员，提高平安运行操作和管理水平。司炉人员在熟识设备性能的基础上，达到平安经济运行，避开发生事故。司炉人员要坚守工作岗位，在事故发生时，应冷静快速地实行处理措施。三、常见的锅炉事故近年来，锅炉爆炸事故时有发生，缺水事故最为常见，而且危害较大。再有就是因水质管理不善而造成的炉管等受热面过热烧损事故。在叙述常见锅炉事故时，除了锅炉爆炸事故和缺水、满水、汽水共腾事故以外，其它事故均以事故发生的部位来分别叙述。（一）锅炉爆炸事故锅炉爆炸发生是由于锅筒（汽水锅筒或水锅筒）裂开，锅筒内储存着几吨、甚至几十吨有压力的饱和水及汽瞬时释放巨大能量的过程。锅炉爆炸所产生的灾难主要有两方面：一是锅筒内水和汽的膨胀所释放的能量；二是锅内的高压蒸汽以及部分饱和水快速蒸发而产生大量蒸汽几四围集中所引起的灾难。1．锅炉爆炸能量锅炉爆炸时，由于锅筒突然裂开，锅内压力由工作压力（爆炸前的运行压力）快速降至蒸汽膨胀过程是在瞬时内完成的，所以可把它看作是绝热过程。这样蒸汽所释放的能量就可以按绝热膨胀功来计算，或按下列简洁公式计算：Us=VsCs式中Us——饱和蒸汽的爆炸能量（J或kgf·m）；Vs——锅筒内饱和蒸汽的体积（m＜sup＞3＜sup＞）；Cs——饱和蒸汽爆炸能量系数（J/m＜sup＞3＜sup＞或kgfm/m＜sup＞3＜sup＞），由饱和蒸汽的压力而定。一般工业锅炉蒸汽的能量系数Cs见表1（表中的系数是按干饱和蒸汽算得的）。表表1饱和蒸汽、饱和水爆炸能量系数锅炉内除了蒸汽外，还有大量的饱和水，其温度为锅炉运行压力下的饱和水温度，它远高于大气压下水的沸点，当锅筒裂开，锅内压力骤降至大气压力，锅内饱和水迅即放热，并且部分饱和水蒸发成蒸汽，连续膨胀作功，发生所谓“水蒸汽”爆炸。饱和水所释放的能量可以按下式计算：Uw=VwCw式中Uw——饱和水的爆炸能量（J或kgf·m）；Vw——锅炉内饱和水的体积（m＜sup＞3＜sup＞）；Cw——饱和水爆炸能量系数（J/m＜sup＞3＜sup＞或kgf·m/m＜sup＞3＜sup＞），由饱和水的压力而定。工业锅炉饱和水的能量系数Cw见表1。锅炉爆炸时所释放的能量就饱和蒸汽与饱和水所释放的能量之和，即：U＜sub＞B＜sub＞=U＜sub＞S＜sub＞+U＜sub＞W＜sub＞由表1可以看出，饱和水爆炸能量系数Cw约为饱和蒸汽能量系数Cs的十倍左右，因此，即使锅炉的水容量与汽容量相同，爆炸时饱和水所释的能量也要比饱和蒸汽的能量大得多，粗略计算时，后者常可以忽视不计。锅炉爆炸时所释放的能量除了很小一部分消耗在把锅炉的碎块或整体抛离原地以外（经常是反需它爆炸能量的1/10左右即可把锅炉抛出百余米），其余大部分将产生冲击波在空气中传播，破坏四周的建筑物。锅炉爆炸时，锅筒等的撕裂也消耗一部分能量，但很小，可以忽视不计。下面通过一个实例来计算锅炉爆炸能量例1：兰开夏锅炉WSG2-8型，锅炉容量约25m＜sup＞3＜sup＞（不计炉胆），其中锅水容量约15m＜sup＞3＜sup＞，蒸汽容量约10m＜sup＞3＜sup＞，在工作压力（表压）0.8MPa，（8kgf/cm＜sup＞2＜sup＞）下爆炸，试计算其爆炸能量。解：由表1得，表压力为0.8Mpa（8kgf/cm＜sup＞2＜sup＞）的饱和蒸汽爆炸能量系数Cs为1.7×10＜sup＞6＜sup＞J/m＜sup＞3＜sup＞（1.7×10＜sup＞5＜sup＞kgf．m/m＜sup＞3＜sup＞），饱和水爆炸能量系数Cw为2.7×10＜sup＞7＜sup＞/m＜sup＞3＜sup＞（2.7×10＜sup＞6＜sup＞kgf·m/m＜sup＞3＜sup＞），则蒸汽和水所释放的能量分别为：Us=VsCs=10×1.7×10＜sup＞6＜sup＞=1.7×10＜sup＞7＜sup＞J（1.7×10＜sup＞6＜sup＞kgf·m）Uw=VwCw=15×2.7×10＜sup＞7＜sup＞=4.05×10＜sup＞8＜sup＞J（4.05×10＜sup＞7＜sup＞kgf·m）故得锅炉的爆炸能量为：U＜sub＞B＜sub＞=U＜sub＞S＜sub＞+U＜sub＞W＜sub＞=4.22×10＜sup＞8＜sup＞J（4.22×10＜sup＞7＜sup＞kgf·m）。一公斤T·N·T炸药的爆炸能量为4.27×10＜sup＞6＜sup＞J（4.27×10＜sup＞5＜sup＞kgf·m），故这锅炉可能产生的爆炸能量的T·N·T当量为4.22×10＜sup＞8＜sup＞/4.27×10＜sup＞6＜sup＞≈99kg。2．锅炉爆炸所生成蒸汽的体积锅炉爆炸时，由于锅筒内压力下降，锅内原有的高压蒸汽膨胀成为一个大气压的蒸汽，体积快速增大。同时，由于压力下降，名册人原有饱儿水温度由运行压力下的饱和温度降至一个大气压下的饱和温度，放出大量的热，并把一部分饱和水蒸发成蒸汽。这样，锅炉爆炸时就生成大量的蒸汽，在其所覆盖的范围内操作人员将被烫伤。锅筒内的高压蒸汽膨胀后所占的空间体积可以按下式计算：V′s=VsGs式中V′s——锅筒内蒸汽在空间膨胀的体积（m＜sup＞3＜sup＞）；Vs——锅筒内饱和蒸汽的体积（m＜sup＞3＜sup＞）；Gs——饱和蒸汽的膨胀系数，见表2。表表2饱和蒸汽膨胀系数与水蒸发系数除了锅炉内的蒸汽膨胀占有空间体积以外，部分锅水也被蒸发成蒸汽，这部分蒸汽的体积按下式计算：Vw=VwGw式中Vw′——部分饱和水被蒸发成蒸汽的体积（m＜sup＞3＜sup＞）；Vw——锅筒内饱和水的体积（m＜sup＞3＜sup＞）；Gw——饱和水蒸发系数，由它的压力而定。工业锅炉饱和水蒸发系数Gw见表2。锅炉爆炸时生成蒸汽的总体积为：V′＜sub＞B＜sub＞=V′＜sub＞S＜sub＞+V′＜sub＞W＜sub＞从表2可看出，即使锅炉的水容量与汽容量相同，爆炸时由锅水蒸发而成的蒸汽的体积要比锅内原有蒸汽膨胀的体积大得多，粗略计算时，后者常可忽视不计。假定锅炉爆炸时，这些蒸汽以半球形向地面集中，则其集中半径为：这就是说，锅炉爆炸时，以锅炉为中心，在半径为R＜sub＞s＜sub＞的半球形范围内被100℃的蒸汽所布满，至少在这个范围内的人员会被严峻烫伤。例2：计算例1中的兰开夏锅炉爆炸时所生成蒸汽的体积及其损害范围。解：表压力为0.8MPa（8kgf/cm＜sup＞2＜sup＞）的饱和蒸汽膨胀系数G＜sub＞S＜sub＞与饱和水蒸发系数G＜sub＞W＜sub＞由表2查得分别为6.9与201，可求得锅炉爆炸时所生成蒸汽的体积为：；若这些蒸汽以半球形向地面集中，中其半径为即至少在以锅炉为中心，直径为23m，高11.4m的范围内的人员受到严峻烫伤。3．锅炉爆炸的主要缘由（1）在锅炉较长时间缺水，钢板被灼红、机械强度急骤降低的状况下，司炉人员违反操作规程，向炉内进水，引起爆炸；（2）铆接锅炉，锅壳或锅筒长期漏泄，且炉水碱度较高，造成铆缝或胀口处钢板苛性脆化，以致造成爆炸事故；（3）严峻超压造成爆炸；（4