中小型燃氣鍋爐的安全裝置與事故預防

1、中小型燃氣鍋爐的安全裝置與事故預防1 引言自 1998 年陜北天然氣供應北京以來，首都的燃料結(jié)構(gòu)以及與其密 切相關(guān)的環(huán)境質(zhì)量都發(fā)生了很大變化。過去分布城區(qū)的 1 萬多臺燃煤 鍋爐陸續(xù)改成了天然氣鍋爐。其中，達到報廢或大修年限的直接換成 天然氣鍋爐；使用年限較短或用戶財力不足，則由相關(guān)部門更換燃燒 設備，將燃煤鍋爐改成燃氣鍋爐，有一些用戶在改造過程中，只是將 燃煤設備拆除，簡單加裝燃氣燃燒器，也未加裝必要的安全控制裝 置，不符合技術(shù)監(jiān)督部門的相關(guān)安全要求，存在著許多安全隱患。由于燃氣自身的特性，易燃、易爆、易擴散，燃氣鍋爐與燃煤鍋 爐相比危險性大，對控制系統(tǒng)的產(chǎn)品質(zhì)量和安全性能要求嚴格。本文 僅

2、就中、小型燃氣鍋爐的安全問題作初步討論。2安全裝置 “安全是燃氣行業(yè)的生命?！睕]有安全就沒有效益、沒有發(fā)展。 為了保證燃氣鍋爐安全經(jīng)濟運行，保證人身安全，勞動部根據(jù) 鍋爐壓力容器安全監(jiān)察暫行條例的有關(guān)規(guī)定，于 1996年、 1997 年 先后頒布了蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程和熱水鍋爐安全技術(shù)監(jiān) 察規(guī)程 （以下簡稱規(guī)程 ） 。它適用于燃氣鍋爐及鍋爐范圍內(nèi)管道 的設計、制造、安裝、使用、檢驗、修理和改造。規(guī)程中明確規(guī)定了燃氣鍋爐必須或應該設置的安全保護裝 置。安全裝置的功能是保證燃氣鍋爐安全經(jīng)濟運行，保證人身安全。 因此，從安全的角度考慮，安全裝置可分為兩種類型：預防事故的和 減輕破壞的。21 預防

3、事故的安全裝置211 自動報警裝置 燃氣鍋爐運行時，鍋爐內(nèi)水、汽的溫度、壓力，以及蒸汽鍋爐中 的水位，是保證其安全運行的監(jiān)控參數(shù)，當這些參數(shù)出現(xiàn)異常時，自 動報警裝置應發(fā)出聲光信號。2 111 超溫報警 規(guī)程規(guī)定：燃氣熱水鍋爐額定出口熱水溫度高于或等于120C以及額定出口熱水溫度低于 120C但額定功率大于或等于4. 2MW 時，應該設超溫報警裝置，并有聯(lián)鎖保護，對于中小型燃氣鍋爐，一 般由熱水出口上的溫度變送器將標準信號輸出到可編程邏輯控制器(PLC)，標準值經(jīng)與給定值比較，一旦超溫 PLC立即進行緊急停爐。2. 1. 1. 2 超壓報警蒸汽鍋爐額定蒸發(fā)量大于或等于 6t h 時，應裝有蒸汽

4、超壓報 警，并設聯(lián)鎖保護超壓報警同時關(guān)閉電磁閥，切斷燃氣氣源，引風機 仍運行，鍋爐蒸汽壓力一般由壓力控制器進行自動控制。2. 1. 1. 3 水位報警蒸汽鍋爐額定蒸發(fā)量大于或等于 2t h 時，應裝設高低水位報 警，高低水位報警信號要能區(qū)分，發(fā)生低水位報警時，關(guān)閉電磁閥， 切斷燃氣氣源，鼓風機 30s 后停機，引風機仍運行。2. 1. 1. 4 流量報警 直流鍋爐應裝設給水流量低于啟動流量時的報警裝置。2. 1.2 切斷裝置 燃氣鍋爐應裝有聯(lián)鎖裝置。在鍋爐運行中一旦出現(xiàn) (1) 至(5) 所述 情況，能夠自動切斷燃氣供應；對裝設鼓風燃燒器的鍋爐，能夠自動 切斷給風氣源。(1) 熱水鍋爐壓力降低

5、到會發(fā)生汽化或水溫升高到超過規(guī)定值；(2) 蒸汽鍋爐壓力超過規(guī)定值或水位低到最低值；(3) 當燃氣壓力過高時，還會出現(xiàn)脫火現(xiàn)象，甚至在爐膛內(nèi)發(fā)生爆 炸，因此燃燒器必須在設計的燃氣壓力下運行，超高或過低均應啟動 切斷裝置。目前，國內(nèi)與燃氣鍋爐配套的均為進口燃燒器，自動化程 度較高，不但配有燃氣高低壓控制器，而且配有自動檢漏控制器 ( 在點 火前，爐膛吹掃過程中，檢漏控制器自動對燃氣閥組系統(tǒng)進行檢漏 ) ；(4) 送風機、引風機、以及熱水鍋爐的循環(huán)水泵突然停電或停止運 行或發(fā)生變頻故障、接觸點故障等故障時啟動切斷裝置；(5) 煙溫保護裝置啟動：煙溫的情況也反應了鍋爐的運行正常與 否，一旦煙溫超過設

6、定值就應啟動切斷裝置，目前，國產(chǎn)燃氣鍋爐普 遍采用煙溫變送器，煙溫變送器將一次儀表 (PtIOO、Cu50)的測量值轉(zhuǎn) 換為標準值并輸出到PLC 一旦超溫，立刻緊急停爐，同時發(fā)出聲光報 警，并在觸摸屏或計算機顯示屏上顯示超溫故障。造成煙溫升高的原 因有以下幾種：經(jīng)水處理后的水質(zhì)不符合要求，使煙管或水管的管 壁上結(jié)垢，影響了煙氣向介質(zhì)傳熱，這時管壁溫度和煙氣溫度升高， 若結(jié)垢嚴重，還會使管子溫度過高而爆裂；由于液位控制裝置失靈 使爐內(nèi)缺水；每組對流管束間串氣，煙氣未按規(guī)定的行程流動，而 形成煙氣“短路”，這種情況會使鍋爐達不到額定出力。 213噴淋 裝置蒸汽鍋爐裝有再熱器時，應裝有自動噴淋裝置。

7、當再熱器出口蒸 汽溫度達到最高允許值時，能夠自動投入事故噴水降溫。214 點火控制系統(tǒng)和熄火保護裝置燃氣鍋爐相對與燃煤鍋爐，其防爆性要求非常高，尤其是天然 氣，天然氣的爆炸極限為 5-15 ，如果發(fā)生泄露極易產(chǎn)生爆炸，可 燃混合氣體在密閉容積內(nèi)爆炸時，所產(chǎn)生壓力，對于不同的燃氣大約 為0. 75MPa一 1. 65MPa這對于一般的鍋爐爐膛和煙氣通道是難以承 受的。因此，如發(fā)生爆炸，輕則造成鍋爐爆燃熄火，重則使爐膛、煙 道爆裂、鼓 （引） 風機損壞、鍋爐房受損等，甚至造成人員傷亡。因 此，燃氣鍋爐點火前，必須仔細吹掃爐膛和煙道，排除爐內(nèi)可能積存 的可燃氣體，可靠的點火程序控制和熄火保護是燃氣鍋

8、爐必不可少的 安全保護裝置。一個合理的點火程序控制系統(tǒng)，應對點火過程進行自動控制，只 有當風機完成清爐任務之后，才能進行點火；只有當點火火焰已建立 起來（經(jīng)火焰探測器證實 ） ，并經(jīng)過預定的時間后，主燃燒器的控制閥 門才能打開；點火火焰在預定的時間后能夠自動熄滅；當主火焰未能 在預定的時間內(nèi)被點燃時，主燃燒器能在點火火焰熄滅的同時自動快 速關(guān)閉，燃氣鍋爐的點火程序一般由程序控制器進行監(jiān)測和控制。在點火程序控制中，點火前的總通風量應不小于 3 倍的從爐膛到 到煙囪人口總?cè)莘e，且通風時間不小于表 1 中規(guī)定值。表1鍋爐類型最小通風時間（秒）鍋殼鍋爐 20水管鍋爐 60 燃氣鍋爐為防止在低負荷運行時

9、風量過大而造成熄火，應在每臺 鍋爐上裝設燃燒自動調(diào)節(jié)裝置，對燃氣鍋爐的進風量和燃氣供應量進 行聯(lián)動控制。熄火保護裝置是由火焰探測器及電磁閥等組成，當電磁 閥（不防爆） 不宜直接與燃氣接觸時，熄火保護裝置尚應包括一個由電 磁閥控制的氣動閥，火焰監(jiān)測器是熄火保護裝置的關(guān)鍵設備，其工作 原理是：當鍋爐爐膛熄火時，火焰強度的變化會改變光和熱的輻射頻 率，利用安裝在爐膛上的監(jiān)測元件，可以把光輻射的頻率變化轉(zhuǎn)化為 電能，并通過電氣回路控制燃氣的供應。火焰監(jiān)測器檢測燃燒器是否 燃燒，一旦出現(xiàn)熄火現(xiàn)象就立即切斷電磁閥，防止燃氣向爐內(nèi)泄露， 因此要求其必須反應靈敏，其響應速度必須符合規(guī)定要求，動作穩(wěn)定 可靠，能

10、適應鍋爐燃燒器的特性，并發(fā)出相關(guān)的訊號。目前主要使用的火焰監(jiān)測器有兩種：一種是監(jiān)測火焰中的紫外 線，如紫外光敏管；另一種是靠火焰具有導電性來對火焰進行監(jiān)測， 如離子監(jiān)測針。與紫外光敏管相比，離子監(jiān)測針的可靠性更高一些。一個原因是 因為當火焰不穩(wěn)定引起火焰強度中心漂移，會使紫外光敏管保護裝置 誤操作，當燃燒器結(jié)構(gòu)與燃氣種類和壓力不符時或者燃氣與空氣混合 不好、空氣量少或引風機的抽力太大時，會使火焰脫離燃燒頭，造成 脫火，有時火焰可能會一下子脫火到爐膛后面，若這時仍有燃氣向爐 內(nèi)供應就會發(fā)生爆炸事故。對于脫火現(xiàn)象紫外光敏管是不能做出判斷 的，它仍可以檢測到爐內(nèi)有紫外線，做出正常燃燒的指令；而離子監(jiān)

11、 測針，當火焰脫離燃燒頭，火焰也就脫離了監(jiān)測針，它的周圍沒有離 子產(chǎn)生，因而能做出火焰熄滅的指令，這樣就防止了由于脫火而造成 的爆炸事故。離子監(jiān)測針比紫外光敏管更可靠的另一個原因是：由于電打火的 火光中含有紫外光，在點火時，紫外光敏管不能準確判斷小火是否點 燃，只有當停止電打火時才能檢測小火是否點燃，而這時由于風量過 大或燃氣量小等原因小火未點燃，就會有一部分的燃氣泄露到爐內(nèi)， 形成不安全的隱患。22 減輕破壞的安全裝置由于水管鍋爐的爐膛和煙氣通道的承壓能力以及火管鍋爐的轉(zhuǎn)向 煙室的承壓能力均低，因此混合氣體的爆炸會給它們的圍護結(jié)構(gòu)和受 熱面結(jié)構(gòu)帶來極大的破壞。常見的爆炸事故輕則造成鍋爐爆燃熄

12、火， 重則使爐膛和煙道爆裂，引風機損壞，鍋爐房和煙囪受損，甚至造成 人員傷亡。燃氣鍋爐的爆炸事故往往發(fā)生在點火過程中，燃氣鍋爐氣源閥門 不密封漏氣，使爐膛或煙道內(nèi)混合氣體達到爆炸極限，點火時又未對 爐膛進行有效地吹掃，發(fā)生爆炸；還有燃氣鍋爐在燃燒器前由于燃氣 壓力或風壓波動太大引起脫火或回火致使熄火引起爆炸；有時，也會 因為燃燒器與燃氣種類或鍋爐不匹配，在點火時或運行中發(fā)生爆炸。 為了減輕爐膛和煙道在混合氣體發(fā)生爆炸時的破壞程度，燃煤鍋爐改 燒燃氣后必須安裝防爆門，防爆門面積按爐膛和煙道的容積選取并應 符合有關(guān)規(guī)定，一般取0. 025m2/m3防爆門應安裝在容易泄爆的地 方，爐膛、煙道尤其是在

13、煙道中難以避免的死角、轉(zhuǎn)彎處、悶頂?shù)纫?于聚集可燃氣體的停滯區(qū)都是最容易發(fā)生爆炸的部位，因此，防爆門 通常安裝在燃氣鍋爐的爐膛和煙道以及其他易受到鍋爐爆炸時產(chǎn)生的 壓力波沖擊的部位，一旦這些部位發(fā)生可燃氣體的爆炸由防爆門泄 壓，防止鍋爐本體受損、爐墻倒塌，防止人員傷亡。常采用的防爆門有重力式、破裂式和水封式等類型：(1) 重力式防爆門是靠門蓋的自重使其常關(guān)。當爐內(nèi)煙氣壓力大于 因自重產(chǎn)生的平衡力時，門蓋被推開，泄出爐內(nèi)煙氣。待爐內(nèi)壓力正 常后，靠門蓋的自重復位。因其密封性較差，影響其應用。(2) 破裂式防爆門把承壓能力遠低于鍋爐爐膛、煙道等圍護結(jié)構(gòu)的 防爆膜用法蘭緊固在防爆門框上，當爐內(nèi)壓力升

14、高到一定值時，防爆 膜破裂達到泄壓目的。(3) 水封式防爆門裝在燃氣鍋爐的爐膛或煙道上，它是把一個和爐 膛或煙道連通的短管插入盛水的水槽中，當爐內(nèi)壓力升高時，水被沖 出而泄壓。這種防爆門結(jié)構(gòu)簡單，密封性好，適于微正壓運行和負壓 運行的鍋爐。 3 事故預防配備了各類安全裝置的燃氣鍋爐，在設備完好、管理到位、操作 無誤的條件下是能夠保證安全運行的?？墒牵鼛啄陙硎鹿蔬€是時有 發(fā)生。 2002年發(fā)生在燃氣行業(yè)，由于專業(yè)人員調(diào)試點火裝置時操作失 誤、造成 2 人死亡的燃氣鍋爐爆炸事故就是 1 例；另外，不久前南通 市發(fā)生了 1 起鍋爐爆炸事故，某外資企業(yè) 1臺立式燃油鍋爐在運行 中，值班人員聞到濃烈的

15、柴油味，發(fā)現(xiàn)煙囪冒濃煙，即與值班電工一 起去鍋爐房查看：發(fā)現(xiàn)鍋爐燃燒器油泵軸封處漏油，爐頂平臺上積 油，兩人關(guān)閉進油閥使鍋爐停止運行，隨即清理爐頂平臺上的積油， 此時爐膛突然發(fā)生爆炸，并點燃爐頂平臺上的積油引起火災，兩人在 緊急情況下爬上屋頂橫梁，敲碎通風窗玻璃才得以逃生，經(jīng)過緊急滅 火， 1人被燒傷，鍋爐燃燒器及其他設備被燒毀。31 事故原因2003年 8月 6日，國家質(zhì)檢總局通報了上半年我國鍋爐、電梯及 游樂設施等特種設備的事故情況。在 148 起“嚴重”事故中，因設備 本身質(zhì)量引發(fā)的占總數(shù)的 21 6，因安全附件不全或安全裝置失效引 發(fā)的占總數(shù)的 135，因維護管理不善引發(fā)的占總數(shù)的 7

16、 4，因 操作失誤引發(fā)的占總數(shù)的 47 3。后兩項合計占 54 7。這些數(shù)據(jù) 表明，管理不善和操作失誤是引發(fā)事故的主要原因，設備的質(zhì)量問題 也不可忽視。如前所述，上述爆炸事故也是由于操作失誤引發(fā)。當時，操作人 員如果嚴格按照燃油、燃氣鍋爐的操作規(guī)程進行操作，事故是可以避 免的。32 事故特點 鍋爐機組一般由水汽系統(tǒng)、引送風系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)、自控儀 表系統(tǒng)及鍋爐本體組成。從介質(zhì)流動的角度看，可大致分為水汽系統(tǒng) 和燃燒系統(tǒng)。由于燃氣的特性是易燃、易爆、易擴散，所以，在燃氣 鍋爐的爐膛、煙道等易聚積氣體的部位，往往成為事故的引發(fā)點。燃氣鍋爐的起動程序分為起動前的檢查和準備、上水、點火、升 壓和送熱

17、。燃氣鍋爐的爆炸事故多發(fā)生在起動和停爐這兩個時段，即 多發(fā)生在點火和滅火的過程中。點火時如果先通人燃氣，當啟動點火 裝置時，易瞬間發(fā)生爆炸；滅火后如果沒有及時切斷氣源，在爐膛高 溫的作用下，也會造成危險的后果。點火和滅火這二個時段應是燃氣 鍋爐的管理人員和司爐工人特別關(guān)注的焦點。而且統(tǒng)計結(jié)果表明， 中、小型燃氣鍋爐的燃氣爆炸事故有 23 是發(fā)生在點火過程，造成的 原因絕大多數(shù)都是違反操作規(guī)程而引起的。因此燃氣鍋爐的點火，必 須嚴格按操作程序進行，絕對不可疏忽大意，特別是全自動控制的燃 氣鍋爐，雖然其爐膛和煙道以及燃氣管路的吹掃、點火及事故發(fā)生時 的處理等操作均為自動進行，鍋爐運行人員也應加強責

18、任心，不可過 分依賴自控保護裝置，按照規(guī)章制度進行人工監(jiān)控并做好記錄。33 事故預防通過對 20 余項煤改氣工程的質(zhì)量監(jiān)督，我認為要預防燃氣鍋爐事 故的發(fā)生，除了要加強施工階段的質(zhì)量管理，嚴格依據(jù)國家標準和 蒸汽、熱水鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程進行施工，使燃氣鍋爐的安裝 質(zhì)量得到監(jiān)督和控制，堅決杜絕不合格工程外，事故預防還應注意以 下幾個方面：(1) 提高燃氣鍋爐的設計水平，選用質(zhì)優(yōu)產(chǎn)品，燃氣鍋爐應自動化 運行、保障安全，有可靠的自控和保護裝置。一個完善的鍋爐自動控 制系統(tǒng)能把鍋爐的起動、停爐、正常運行、主要故障處理的操作都自 動化，這就要求鍋爐裝設電氣點火裝置、熄火保護裝置、點火程序控 制裝置、給水自動調(diào)節(jié)裝置、燃燒自動調(diào)