一起锅炉爆炸事故的分析

电力18讯：    朱科元
    内容摘要：本文通过对一起锅炉爆炸事故的分析，认为对于现在常见的额定压力较低的卧式内燃燃油（气）干背式锅炉安装时本体不固定，有可能存在发生炉膛爆燃时引发锅炉本体爆炸的隐患。
    主题词：爆燃，爆炸，瞬间压力。


2003 年 1 月 20 日南京某宾馆一台热水锅炉发生了爆炸，无人员伤亡。
一、事故锅炉简介
锅炉的自然情况是：炉型：WNS350；额定出口压力：常压；额定出水温度：75-85℃；额定出力：0.35MW；燃料品种：轻质柴油。该炉95年制造，97年由制造厂安装投运。未办理锅炉使用登记证。锅炉结构形式为卧式、内燃、干背，烟气三回程，平直炉胆（图一）。

锅炉水系统内未设置膨胀水箱，经实查锅炉水管路系统无补给水管路。据用户介绍，锅炉进水由宾馆变频泵控制的自来水直接提供，变频泵常年设定压力0.26-0.28MPa，锅炉投运以来一直运行正常（图二）。

爆炸前锅炉房布置如图三：
二、事故现场
事故简要经过：据询问笔录，司炉工2003年元月20日19时15分开始点火烧锅炉，一直未离开锅炉房。约20时，司炉工观察了一下锅炉出水温度在82℃（控制器设定最高出水温度85℃，此时锅炉仍在运行），然后走向锅炉房大门，刚走4～5步，就听见一声巨响，发生了爆炸。
事故现场破坏情况：
1．锅炉本体向炉前移位约1米。
2．因炉体向前移位撞击储油箱，致燃烧器粉碎，油箱内凹约30cm（图四）。
3．炉体前后烟箱盖板爆离本体。
4．炉胆后部缩瘪，最严重处离后管板约500mm，与后管板角焊缝处撕裂50%周长以上（图五）。

5．与炉体连接的进出水管、排污管、烟道等整体断裂。
6．锅炉房后墙上原安装的电源控制箱被冲落地面，与其相近的电管线槽板冲散，电线断离。
7．锅炉房内顶部日光灯管未破裂，房间周围建筑物窗户玻璃未见损坏。
三、事故原因分析
（一）锅炉运行中炉胆受力分析
爆炸前由于安装不合理，致锅炉长期处于超额定压力状态下运行。
该炉水系统为封闭状态，无补充水管及膨胀系统，且用户认为自来水直接对锅内进行补水（认为热交换器为混合式，事故发生后查实为管式），但未见锅炉在缺水状态下运行的迹象。分析认为管式交换器存在内漏现象，满足了系统补水和水系统膨胀的需要。故锅炉长期处于 0.26-0.28MPa的工作压力状态下运行。
平直炉胆强度校核计算分析：（按GB/T16508-1996《锅壳锅炉受压元件强度计算》进行）
炉胆尺寸：外径Ф500mm，壁厚5mm，长度1800mm。
材质不明，按Q235材料，屈服点按标准值，并假设制造质量完全符合《热水锅炉安全技术监察规程》和有关标准要求。
强度校核：
  
稳定度校核：
  
其中：[P]：最高允许计算压力（表压），MPa 。
      σts ：计算壁温时的屈服点，MPa。σts =148.8 。
    t ：实际测量厚度，mm。4.5 ，t-1取4.5 。
       n1 ：强度安全系数。n1=3.5。
       DP ：炉胆平均直径，mm 。DP=495 。
    L ：计算长度，mm 。L=1800
μ ：园度百分率。对于平直炉胆，μ=1.5
Et ：计算壁温时的弹性模量，MPa。Et=195×103
n2 ：稳定安全系数。n2 =3.9
计算结果：
    强度校核：[P]= 0.220 MPa
稳定度校核：[P]= 0.187 MPa
分析：
a．炉胆的最高允许工作压力小于0.187 MPa。
b．炉胆稳定度失效先于强度失效。
c．炉胆的失稳临界值分析。
GB/T16508-1996标准中规定稳定安全系数为3.9，强度安全系数为3.5，其中考虑了壁厚、直径偏差，焊缝错边量、棱角度、内部缺陷等各种因素，若按安全系数为1计算，强度[P]=0.77MPa，稳定度[P]=0.73MPa，最小值[P]=0.73MPa。但当时此锅炉制造不在国家制造许可证范围内，其制造质量相对较差，故实际失稳临界值应小于0.73MPa。另外，此锅炉97年投运至爆破，长期处于0.26-0.28MPa工作压力下运行，再考虑运行中可能出现的水击等其它不稳定因素，其实际失稳临界值应明显大于0.28MPa，因此其失稳临界值应在0.28-0.73MPa之间。
（二）爆炸过程分析
经爆炸现场分析，认为爆炸过程由相隔时间非常短的两次爆炸组成。
1、第一次爆炸
询问笔录反映，该锅炉在正常运行中突然发生了爆炸，此时锅水温度82℃，锅炉控制器设定最高出水温度85℃，锅水从82℃到85℃至少需要运行好几分钟时间。锅炉正常运行中突然发生爆炸的可能性只有两种：一是受压部件直接发生爆炸，由超压引起，实际可能性很小；二是锅炉熄火保护失灵，当燃油中水或固体杂质（燃油过滤器失效时）瞬间使压力雾化喷咀断油或堵塞熄火，熄火保护装置未动作，当燃油重又进入喷咀或固体杂质在瞬间又被冲开