蒸汽锅炉爆炸危险性分析及预防专项措施

蒸汽锅炉爆炸危险性分析及防止办法刘国强摘要：本文对蒸汽锅炉存在爆炸危险性及防止办法进行了探讨。简要论述了锅炉爆炸机理，简介了爆炸冲击波破坏、伤害作用及锅炉爆炸超压计算办法，采用TNT当量法对动力蒸汽锅炉爆炸事故后果进行了预测计算，分析了可以导致锅炉爆炸事故发生使用管理方面因素，并给出了应对办法。核心词：锅炉爆炸；危险性分析；防止办法引言动力车间有3台DG35-3.82/450-Y油气混烧锅炉,生产3.5MPa、450℃蒸汽，是为装置生产提供热能动力设备，常被誉为总厂心脏。锅炉在正常运营时，系统中储存着大量热能，它不但要承受高温高压，还要承受介质侵蚀和飞灰磨损，工作环境比较恶劣，万一由于某些因素促使储能意外释放，就会导致巨大财产损失及人员伤亡，属于具备潜在爆炸危险重大危险源。并且，动力车间锅炉自投入运营已将近20个年头了，正步入设备寿命后半期，其运营危险性尤为突出。一锅炉爆炸机理锅炉爆炸是锅炉系统中储存大量能量意外瞬间释放，转化为机械能现象。在锅炉运营过程中，由于受压元件某些部位超过了材料极限强度，薄弱处发生断裂，或是由于炉膛燃爆导致某些锅炉受压部件损坏，使得储存在锅炉中水及蒸气及时从破口处冲出来，发生锅炉爆炸。此时，由于锅内压力瞬间降至外界大气压力，锅内饱和水及时激烈汽化、膨胀，蒸汽也随之激烈膨胀，导致压力再次升高，破口进一步扩大。由于从破口处冲出汽、水有很高速度，形成强烈冲击波，当与空气或地面接触后，便会产生强大反作用力，使锅炉腾空而起或朝反作用力方向运动、翻滚。锅炉爆炸时所释放能量除了很少一某些消耗在扯破钢板、将某些碎片以及与锅炉相连汽水管道、阀门和本体抛离原地外，别的大某些能量将以冲击波形式作用于周边环境，导致建筑物破坏及人员伤亡。二锅炉爆炸事故后果预测1事故后果预测概述由前所述，锅炉一旦发生事故，特别是破裂爆炸事故，不但设备自身遭到破坏，并且往往会破坏其周边建筑物和其他设备，甚至导致人身伤亡等劫难性事故后果。事故后果预测可以初步拟定事故危害范畴，对确立周边财产保护办法具备重要意义。由于锅炉爆炸时所产生冲击波状况十分复杂，并且缺少这方面系统实验数据。当前对锅炉破裂爆炸所产生冲击波超压普通都是依照同能量梯恩梯(TNT)爆炸实验数据按相似法则来拟定，即TNT当量法。2锅炉爆炸能量分析整个锅炉系统中储存能量涉及两某些，一某些为高温、高压干饱和蒸气所具备能量，另一某些为饱和水所具备能量。(1)干饱和水蒸汽爆炸能量因干饱和水蒸汽爆炸时仅在瞬间发生泄压，未及与外界发生热量互换，因而是一绝热膨胀过程，其爆炸能量为抱负气体作绝热膨胀所释放能量。(2)高温饱和水爆炸能量锅炉破裂后，不但气体要泄压膨胀，并且本来处在汽液平衡饱和液体在压力下降到大气压力时温度超过了大气压力下沸点(也称过热)，过热状态水急剧蒸发沸腾，体积激烈膨胀而引起爆炸。因而计算高温饱和水爆炸能量涉及了上述两某些爆炸能量。3爆炸冲击波及其伤害、破坏作用锅炉爆炸时，爆破能量在向外释放时以冲击波能量、碎片能量和容器残存变形能量三种形式体现出来，后两者所消耗能量只占总爆破能量3％～15％，也就是说大某些能量产生了空气冲击波。爆炸冲击波冲击波是由压缩波迭加形成，是波阵面以突进形式在介质中传播压缩波。锅炉破裂时，其内高压气体大量冲出，使周边空气受到冲击而发生扰动，空气状态(压力、密度、温度等)发生突跃变化，其传播速度不不大于扰动介质声速，这种扰动在空气中传播就成为冲击波。在离爆破中心一定距离地方，空气压力会随时间发生迅速而悬殊变化。开始时，压力突然升高，产生一种很大正压力，接着又迅速衰减，在很短时间内正压降至负压。如此重复循环多次，压力渐次衰减下去。开始时产生最大正压力即是冲击波波阵面上超压△P。多数状况下，冲击波伤害、破坏作用是由超压引起。超压△p可以达到数个甚至数十个大气压。只要冲击波超压达到一定值时，便会对目的导致一定伤害或破坏。超压波对人体伤害和对建筑物破坏作用见表1和表2。表1冲击波超压对人体伤害作用超压△P/MPa伤害作用0.02—0.03轻微伤害0.03--0.05听觉器官或骨折0.05—0.10内脏严重损伤或死亡>0.10大某些人死亡表2冲击波超压对建筑破坏作用超压△P/MPa伤害作用0.005—0.006门窗玻璃某些破碎0.006—0.015受压面门窗玻璃大某些破碎0.015—0.02窗框损坏0.020—0.03墙裂缝0.040—0.05墙大裂缝，屋瓦掉下0.060—0.07木建筑厂房房柱折断，房架松动0.070—0.10砖墙崩塌0.100—0.20防震钢筋混凝土破坏，小房屋崩塌0.200—0.30大型钢构造破坏冲击波超压计算锅炉发生爆炸时所产生冲击波状况相称复杂，影响因素众多,重要与水及水蒸汽介质热物理状态、介质集中限度、泄漏开口尺寸状态及变化速率(瞬间泄漏,小孔尺寸泄漏等)、汽包等水汽承压构件材料性能及加工工艺等有关,国内孙庆军等人进行了这方面实验研究[5],但还缺少这方面系统和全面实验数据。因而,对锅炉BLEVE爆炸所产生冲击波超压普通都还是依照同能量梯恩梯(TNT)爆炸实验数据按相似法则来拟定[6,7]。4动力车间锅炉爆炸后果预测动力车间锅炉总容积为29.6m3，锅筒正常工作压力3.80MPa，正常状况锅筒内1/8布满干饱和蒸汽，7/8为饱和水，蒸发量为35t/h按上述环节计算可得出预测成果如表3。表3动力车间锅炉爆炸预测成果表参数预测成果死亡半径32.56米重伤半径46.48米轻伤半径78.65米大型构造破坏半径24.42米防震钢筋混凝土破坏半径32.56砖墙崩塌半径38.68米墙大裂缝半径52.窗框损坏半径97.15米通过以上计算，对锅炉爆炸危害有了定量分析成果，这有助于提高员工们对锅炉危险性结识，进一步提高安全操作意识和责任心，保证锅炉运营安全。此外，该数据还相应急救援预案编制提供了参照数据。三锅炉爆炸因素分析及防止办法锅炉爆炸按其发生因素可分为两种类型，一是超压爆炸，一是炉膛燃爆。1超压爆炸，是指锅炉受压部件承压能力低于工作压力，使得薄弱部位破裂，严重时引起爆炸。形成因素或是锅炉超压运营，或是各种因素导致承压能力减少。(1)锅炉超压运营。动力锅炉重要为炼油装置提供生产用蒸汽，若装置因紧急状况而突然减少或切断进汽，锅炉便会浮现瞬时超压状况。为避免因超压引起锅炉爆炸，我厂重要采用了如下几点办法：①保证安全阀能精确动作。应按照国家规定定期校验安全阀，并经常检查安全阀状态。②设立锅炉对空排汽与锅炉蒸汽压力联锁，当蒸汽压力高于警戒值时，对空排汽自动启动卸压。③制定事故预案并坚持演习，提高运营员工对超压危害结识以及应急解决技能，尽量避免超压发生。(2)锅炉部件承载能力下降。由于锅炉运营环境比较恶劣，随着锅炉投产时间延长，锅炉部件会由于腐蚀、磨损等因素导致承压能力下降。如果某些部位下降较多，那么虽然锅炉在额定压力下运营也有也许发生爆炸。为避免这种爆炸也许性，我厂重要从“知”和“防”做工作，即做到熟知锅炉状况，竭力减少各种有损锅炉承压能力因素。①把好锅炉检查关。锅炉每2年由锅炉检查所进行1次全面定期检查，涉及焊缝探伤、炉管测厚、硬度检测、汽包及联箱金相分析等。在检查中就曾发现锅炉汽包接管与给水管焊缝浮现裂纹并及时予以消除。除此之外，车间每月都要进行锅炉外部检查，每年都要运用锅炉间歇停工时间，自行对锅炉进行全面内部检查，并把检查成果详细记录在案。②保证合格水质。锅炉水质不合格将导致炉管结垢，影响管壁传热，使局部管壁因过热而形成鼓疱、裂纹，强度大大减少。防止办法是加强水质监测，保证水质合格。若在运营中遇到水质较长时间不合格状况，应在停炉后通过割管等办法测量垢厚度，以决定与否需要进行锅炉酸洗。因腐蚀引起锅炉强度减少而致锅炉超压爆炸。形成腐蚀因素重要有：一是由于锅炉在运营时，由于长期受到烟、水等介质侵蚀，容易发生磨损；二是水质解决不合格，使锅炉受压元件壁厚减薄，强度减少。此外，锅炉在停用期间，由于放置时间过长，没有对其进行认真维护保养，或者维护保养办法不当，空气中氧和二氧化碳就会对锅炉金属表面进行腐蚀；锅炉房内湿度过大，也会加剧腐蚀。腐蚀到一定限度锅炉虽然在容许工作压力如下运营，也会导致爆炸事故发生。因而，应当严格检测水质，保证锅炉用水各项指标达到规定，并加强锅炉停炉保养，尽量减少腐蚀发生。在锅炉正常运营中，超压运营是严格禁止。因而，该状况也从来没有发生过引起锅炉爆炸事故因素重要有设计制造、使用管理、锅炉检修等几种方面。(1)设计制造因素设计方面因素涉及：选材不当、受热面布置不合理、水循环设计有偏差、焊接构造设计不当、安全附件选用不当、计算或选用办法错误等。制造方面因素有：材质不良、焊缝有缺陷、组装办法不当等。设计制造方面缺陷导致了锅炉先天局限性，是安全运营隐患，只能通过严格检查来发现。对重大隐患应通过设备改造来消除，对于难以消除普通缺陷应通过定期检查检核对其状况进行监视，避免其进一步发展，存在严重隐患时应停止锅炉运营。(2)使用管理因素该方面因素重要涉及如下几点。一锅炉严重缺水运营或锅炉局部水循环不畅，导致局部炉管干烧，炉管温度过高超过屈服极限温度而破裂爆管，或是锅炉在严重缺水运营后，突然大量上水引起锅炉压力急剧增大，在局部瞬间超压所致。因而，锅炉严重缺水在运营中危险性极大，不但会减少炉管强度，减少炉管寿命，甚至会引起爆炸，在运营中一定要竭力避免。引起缺水因素及防范办法重要有如下几种：①测量仪表失灵，显示假水位，从而导致判断和操作失误。防止办法是定期冲洗水位计，定点将DCS上显示水位与现场水位计进行核校。②自动水位控制失灵，靠手动控制，由于人员失误导致缺水。防止办法是把上水自动控制阀列为重点设备，定期检查、检修和保养，保证自动灵活好用；若长时间无法投用自动，应尽早停炉检修。③加强定期排污，及时排除炉内杂物，保持各个循环回路畅通。④加强教诲培训，提高员工对缺水危害结识，增强工作责任心。⑤编制缺水事故解决预案，并组织定期演习。二锅炉超压。(3)锅炉检修锅炉检修是锅炉管理中一种重要环节，该类因素涉及安全附件失修、材料代用错误、炉管内异物堵塞等。检修中导致隐患在运营中很难发现，因而，必要在检修管理中加以防止，涉及制定详细检修筹划、施工用料严格管理、对进入锅筒作业采用恰当防范办法等。四结论通过以上分析和计算可知，锅炉一旦爆炸将是十分严重灾害性事故。因而，建议动力车间把与锅炉爆炸关于安全运营、检修以及安全培训、安全管理、安全应急预案及演习提到更加重要地位上来，提高安全意识，消除安全隐患，规范操作，保证锅炉安全运营。参照文献：[1]华自强．工程热力学(第二版)[M]．北京：高等教诲出版社，1986．[2]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，．孙庆军,李之光等.锅炉热态爆炸能量实验研究[J].工业锅炉,1994,(40)[3]刘盛平，周晔．锅炉爆炸冲击波危害范畴计算[J]．地质勘探安全。1998，5(4)：25．26DiscussesonExplosionHazardsandPreventiveMeasuresofSteamBoilerAbstract：Inthispaper，explosionhazardsofsteamboilerandpreventivemeasuresarediscussed，includingabriefdescriptionoftheboilerexplosionmechanism，andfromdesignandmanufacture，useandmanagement，installationandmaintenanceanalysisofthreeaspectsleadingtotheboilerexplosion