蒸汽鍋爐爆炸危險性分析及預(yù)防措施

1、蒸汽鍋爐爆炸危險性分析及預(yù)防蒸汽鍋爐爆炸危險性分析及預(yù)防措施措施摘 要： 本文對蒸汽鍋爐存在的爆炸危險性及預(yù)防措施進行了探討。簡要敘述了鍋爐爆炸機理，介紹了爆炸沖擊波的破壞、傷害作用及鍋爐爆炸超壓的計算方法，采用TNT當量法對動力蒸汽鍋爐爆炸事故后果進行了預(yù)測計算，分析了能夠?qū)е洛仩t爆炸事故發(fā)生的使用管理方面的原因，并給出了應(yīng)對措施。 關(guān)鍵詞：鍋爐爆炸；危險性分析；預(yù)防措施 一一 鍋爐爆炸的機理鍋爐爆炸的機理 鍋爐爆炸是鍋爐系統(tǒng)中儲存的大量能量意外瞬間釋放，轉(zhuǎn)化為機械能的現(xiàn)象。在鍋爐運行過程中，由于受壓元件的某些部位超過了材料的極限強度，薄弱處發(fā)生斷裂，或是由于爐膛燃爆導致某些鍋爐受壓部件損壞

2、，使得儲存在鍋爐中的水及蒸氣立即從破口處沖出來，發(fā)生鍋爐爆炸。此時，由于鍋內(nèi)壓力瞬間降至外界大氣壓力，鍋內(nèi)的飽和水立即劇烈汽化、膨脹，蒸汽也隨之劇烈膨脹，造成壓力再次升高，破口進一步擴大。由于從破口處沖出的汽、水有很高的速度，形成強烈的沖擊波，當與空氣或地面接觸后，便會產(chǎn)生強大的反作用力，使鍋爐騰空而起或朝反作用力的方向運動、翻滾。鍋爐爆炸時所釋放的能量除了很少一部分消耗在撕裂鋼板、將部分碎片以及與鍋爐相連的汽水管道、閥門和本體拋離原地外，其余大部分能量將以沖擊波的形式作用于周圍環(huán)境，造成建筑物的破壞及人員傷亡。二二 鍋爐爆炸事故后果預(yù)測鍋爐爆炸事故后果預(yù)測 1 事故后果預(yù)測概述事故后果預(yù)測概

3、述 由前所述，鍋爐一旦發(fā)生事故，特別是破裂爆炸事故，不僅設(shè)備本身遭到破壞，而且往往會破壞其周圍的建筑物和其它設(shè)備，甚至造成人身傷亡等災(zāi)難性的事故后果。事故后果預(yù)測可以初步確定事故危害范圍，對確立周圍財產(chǎn)的保護措施具有重要意義。由于鍋爐爆炸時所產(chǎn)生的沖擊波情況十分復(fù)雜，而且缺乏這方面的系統(tǒng)的試驗數(shù)據(jù)。目前對鍋爐破裂爆炸所產(chǎn)生的沖擊波超壓一般都是根據(jù)同能量的梯恩梯(TNT)爆炸的試驗數(shù)據(jù)按相似法則來確定，即TNT當量法。 2 鍋爐爆炸的能量分析鍋爐爆炸的能量分析 整個鍋爐系統(tǒng)中儲存的能量包括兩部分，一部分為高溫、高壓的干飽和蒸氣所具有的能量，另一部分為飽和水所具有的能量。 (1)干飽和水蒸汽的爆炸

4、能量因干飽和水蒸汽爆炸時僅在瞬間發(fā)生泄壓，未及與外界發(fā)生熱量交換，因此是一絕熱膨脹過程，其爆炸能量為理想氣體作絕熱膨脹所釋放的能量。 (2)高溫飽和水的爆炸能量鍋爐破裂后，不僅氣體要泄壓膨脹，而且原來處于汽液平衡的飽和液體在壓力下降到大氣壓力時溫度超過了大氣壓力下的沸點(也稱過熱)，過熱狀態(tài)的水急劇蒸發(fā)沸騰，體積激烈膨脹而引發(fā)爆炸。因此計算高溫飽和水的爆炸能量包括了上述兩部分爆炸能量。 3 爆炸沖擊波及其傷害、破壞作用爆炸沖擊波及其傷害、破壞作用 鍋爐爆炸時，爆破能量在向外釋放時以沖擊波能量、碎片能量和容器殘余變形能量三種形式表現(xiàn)出來，后二者所消耗的能量只占總爆破能量的315，也就是說大部分能

5、量產(chǎn)生了空氣沖擊波。爆炸沖擊波 沖擊波是由壓縮波迭加形成的，是波陣面以突進形式在介質(zhì)中傳播的壓縮波。鍋爐破裂時，其內(nèi)的高壓氣體大量沖出，使周圍的空氣受到?jīng)_擊而發(fā)生擾動，空氣狀態(tài)(壓力、密度、溫度等)發(fā)生突躍變化，其傳播速度大于擾動介質(zhì)的聲速，這種擾動在空氣中傳播就成為沖擊波。在離爆破中心一定距離的地方，空氣壓力會隨時間發(fā)生迅速而懸殊的變化。開始時，壓力突然升高，產(chǎn)生一個很大的正壓力，接著又迅速衰減，在很短時間內(nèi)正壓降至負壓。如此反復(fù)循環(huán)數(shù)次，壓力漸次衰減下去。開始時產(chǎn)生的最大正壓力即是沖擊波波陣面上的超壓P 。多數(shù)情況下，沖擊波的傷害、破壞作用是由超壓引起的。超壓p 可以達到數(shù)個甚至數(shù)十個大氣

6、壓。只要沖擊波超壓達到一定值時，便會對目標造成一定的傷害或破壞。超壓波對人體的傷害和對建筑物的破壞作用見表1和表2。 表1 沖擊波超壓對人體的傷害作用超壓 P/MPa傷害作用0.020.03輕微傷害0.03-0.05聽覺器官或骨折0.050.10內(nèi)臟嚴重損傷或死亡0.10大部分人死亡 表2 沖擊波超壓對建筑的破壞作用超壓 P/MPa傷害作用0.0050.006門窗玻璃部分破碎0.0060.015受壓面的門窗玻璃大部分破碎0.0150.02窗框損壞0.0200.03墻裂縫0.0400.05墻大裂縫，屋瓦掉下0.0600.07木建筑廠房房柱折斷，房架松動0.0700.10磚墻倒塌0.1000.20

7、防震鋼筋混凝土破壞，小房屋倒塌0.2000.30大型鋼結(jié)構(gòu)破壞沖擊波的超壓計算鍋爐發(fā)生爆炸時所產(chǎn)生的沖擊波情況相當復(fù)雜，影響因素眾多,主要與水及水蒸汽介質(zhì)熱物理狀態(tài)、介質(zhì)集中程度、泄漏開口尺寸狀態(tài)及變化速率(瞬間泄漏,小孔尺寸泄漏等)、汽包等水汽承壓構(gòu)件材料性能及加工工藝等相關(guān),國內(nèi)孫慶軍等人進行了這方面的試驗研究5,但還缺乏這方面的系統(tǒng)和全面試驗數(shù)據(jù)。因此,對鍋爐BLEVE爆炸所產(chǎn)生的沖擊波超壓一般都還是根據(jù)同能量梯恩梯(TNT)爆炸的試驗數(shù)據(jù)按相似法則來確定6,7。三三 鍋爐爆炸的原因分析及預(yù)防措施鍋爐爆炸的原因分析及預(yù)防措施 鍋爐爆炸按其發(fā)生原因可分為兩種類型，一是超壓爆炸，一是爐膛燃爆

8、。 1 超壓爆炸，是指鍋爐受壓部件的承壓能力低于工作壓力，使得薄弱部位破裂，嚴重時引發(fā)爆炸。形成原因或是鍋爐超壓運行，或是各種原因造成的承壓能力降低。 (1)鍋爐超壓運行。動力鍋爐主要為煉油裝置提供生產(chǎn)用蒸汽，若裝置因緊急情況而突然減少或切斷進汽，鍋爐便會出現(xiàn)瞬時超壓情況。為避免因超壓引起鍋爐爆炸，主要采取了以下幾點措施： 確保安全閥能準確動作。應(yīng)按照國家規(guī)定定期校驗安全閥，并經(jīng)常檢查安全閥狀態(tài)。 設(shè)置鍋爐對空排汽與鍋爐蒸汽壓力的聯(lián)鎖，當蒸汽壓力高于警戒值時，對空排汽自動開啟卸壓。 制定事故預(yù)案并堅持演練，提高運行員工對超壓危害的認識以及應(yīng)急處理技能，盡量避免超壓發(fā)生。 (2) 鍋爐部件承載能

9、力下降。由于鍋爐的運行環(huán)境比較惡劣，隨著鍋爐投產(chǎn)時間的延長，鍋爐部件會由于腐蝕、磨損等原因?qū)е鲁袎耗芰ο陆?。假如某些部位下降較多，那么即使鍋爐在額定壓力下運行也有可能發(fā)生爆炸。為避免這種爆炸可能性，主要從“知”和“防”做工作，即做到熟知鍋爐的狀況，盡力減少各種有損鍋爐承壓能力的因素。 把好鍋爐的檢驗關(guān)。鍋爐每2年由鍋爐檢驗所進行1次全面的定期檢驗，包括焊縫探傷、爐管測厚、硬度檢測、汽包及聯(lián)箱金相分析等。在檢驗中就曾發(fā)現(xiàn)鍋爐汽包接管與給水管的焊縫出現(xiàn)裂紋并及時予以消除。除此之外，車間每個月都要進行鍋爐的外部檢查，每年都要利用鍋爐間歇停工的時間，自行對鍋爐進行全面的內(nèi)部檢查，并把檢查結(jié)果詳細記錄在

10、案。 保證合格的水質(zhì)。鍋爐水質(zhì)不合格將導致爐管結(jié)垢，影響管壁傳熱，使局部管壁因過熱而形成鼓皰、裂紋，強度大大降低。預(yù)防措施是加強水質(zhì)的監(jiān)測，確保水質(zhì)合格。若在運行中遇到水質(zhì)較長時間不合格的情況，應(yīng)在停爐后通過割管等方法測量垢的厚度，以決定是否需要進行鍋爐酸洗。 因腐蝕引起的鍋爐強度降低而致鍋爐超壓爆炸。形成腐蝕的原因主要有：一是因為鍋爐在運行時，由于長期受到煙、水等介質(zhì)的侵蝕，容易發(fā)生磨損；二是水質(zhì)處理不合格，使鍋爐受壓元件壁厚減薄，強度降低。另外，鍋爐在停用期間，由于放置的時間過長，沒有對其進行認真的維護保養(yǎng)，或者維護保養(yǎng)方法不當，空氣中的氧和二氧化碳就會對鍋爐金屬表面進行腐蝕；鍋爐房內(nèi)濕度

11、過大，也會加劇腐蝕。腐蝕到一定程度的鍋爐即使在允許工作壓力以下運行，也會導致爆炸事故的發(fā)生。因此，應(yīng)該嚴格檢測水質(zhì)，確保鍋爐用水的各項指標達到要求，并加強鍋爐的停爐保養(yǎng)，盡量減少腐蝕的發(fā)生。在鍋爐正常運行中，超壓運行是嚴格禁止的。因此，該情況也從來沒有發(fā)生過引發(fā)鍋爐爆炸事故的原因主要有設(shè)計制造、使用管理、鍋爐檢修等幾個方面。 (1) 設(shè)計制造原因 設(shè)計方面的原因包括：選材不當、受熱面布置不合理、水循環(huán)設(shè)計有偏差、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計不當、安全附件選用不當、計算或選用方法錯誤等。制造方面的原因有：材質(zhì)不良、焊縫有缺陷、組裝方法不當?shù)?。設(shè)計制造方面的缺陷造成了鍋爐的先天不足，是安全運行的隱患，只能通過嚴格

12、的檢驗來發(fā)現(xiàn)。對重大隱患應(yīng)通過設(shè)備改造來消除，對于難以消除的一般缺陷應(yīng)通過定期的檢查檢驗對其狀況進行監(jiān)視，避免其進一步發(fā)展，存在嚴重隱患時應(yīng)停止鍋爐的運行。(2)使用管理原因 該方面的原因主要包括以下幾點。 一 鍋爐嚴重缺水運行或鍋爐局部水循環(huán)不暢，造成局部爐管干燒，爐管溫度過高超過屈服極限溫度而破裂爆管，或是鍋爐在嚴重缺水運行后，突然大量上水引發(fā)鍋爐壓力急劇增大，在局部瞬間超壓所致。因此，鍋爐嚴重缺水在運行中危險性極大，不僅會降低爐管的強度，減少爐管的壽命，甚至會引發(fā)爆炸，在運行中一定要盡力避免。引起缺水的原因及防范措施主要有以下幾個： 測量儀表失靈，顯示假水位，從而造成判斷和操作失誤。預(yù)防措施是定期沖洗水位計，定點將DCS上顯示水位與現(xiàn)場水位計進行核校。 自動水位控制失靈，靠手動控制，由于人員的失誤造成缺水。預(yù)防措施是把上水自動控制閥列為重點設(shè)備，定期檢查、檢修和保養(yǎng)，確保自動靈活好用；若長時間無法投用自動，應(yīng)盡早停爐檢修。 加強定期排污，及時排除爐內(nèi)雜物，保持各個循環(huán)回路的暢通。 加強教育培訓，提高員工對缺水危害的認識，增強工作責任心。 編制缺水的事故處理預(yù)案，并組織定期演練。 二 鍋爐超壓 (3)鍋爐檢修 鍋爐檢修是鍋爐管理中的一個重要環(huán)節(jié)，該類原因包括安全附件失修、材料代用錯誤、爐管內(nèi)異物堵