蒸汽鍋爐爆炸危險性分析及預防專項措施

蒸汽鍋爐爆炸危險性分析及防止辦法劉國強摘要：本文對蒸汽鍋爐存在爆炸危險性及防止辦法進行了探討。簡要論述了鍋爐爆炸機理，簡介了爆炸沖擊波破壞、傷害作用及鍋爐爆炸超壓計算辦法，采用TNT當量法對動力蒸汽鍋爐爆炸事故后果進行了預測計算，分析了可以導致鍋爐爆炸事故發(fā)生使用管理方面因素，并給出了應對辦法。核心詞：鍋爐爆炸；危險性分析；防止辦法引言動力車間有3臺DG35-3.82/450-Y油氣混燒鍋爐,生產(chǎn)3.5MPa、450℃蒸汽，是為裝置生產(chǎn)提供熱能動力設備，常被譽為總廠心臟。鍋爐在正常運營時，系統(tǒng)中儲存著大量熱能，它不但要承受高溫高壓，還要承受介質(zhì)侵蝕和飛灰磨損，工作環(huán)境比較惡劣，萬一由于某些因素促使儲能意外釋放，就會導致巨大財產(chǎn)損失及人員傷亡，屬于具備潛在爆炸危險重大危險源。并且，動力車間鍋爐自投入運營已將近20個年頭了，正步入設備壽命后半期，其運營危險性尤為突出。一鍋爐爆炸機理鍋爐爆炸是鍋爐系統(tǒng)中儲存大量能量意外瞬間釋放，轉化為機械能現(xiàn)象。在鍋爐運營過程中，由于受壓元件某些部位超過了材料極限強度，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，使得儲存在鍋爐中水及蒸氣及時從破口處沖出來，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)飽和水及時激烈汽化、膨脹，蒸汽也隨之激烈膨脹，導致壓力再次升高，破口進一步擴大。由于從破口處沖出汽、水有很高速度，形成強烈沖擊波，當與空氣或地面接觸后，便會產(chǎn)生強大反作用力，使鍋爐騰空而起或朝反作用力方向運動、翻滾。鍋爐爆炸時所釋放能量除了很少一某些消耗在扯破鋼板、將某些碎片以及與鍋爐相連汽水管道、閥門和本體拋離原地外，別的大某些能量將以沖擊波形式作用于周邊環(huán)境，導致建筑物破壞及人員傷亡。二鍋爐爆炸事故后果預測1事故后果預測概述由前所述，鍋爐一旦發(fā)生事故，特別是破裂爆炸事故，不但設備自身遭到破壞，并且往往會破壞其周邊建筑物和其他設備，甚至導致人身傷亡等劫難性事故后果。事故后果預測可以初步擬定事故危害范疇，對確立周邊財產(chǎn)保護辦法具備重要意義。由于鍋爐爆炸時所產(chǎn)生沖擊波狀況十分復雜，并且缺少這方面系統(tǒng)實驗數(shù)據(jù)。當前對鍋爐破裂爆炸所產(chǎn)生沖擊波超壓普通都是依照同能量梯恩梯(TNT)爆炸實驗數(shù)據(jù)按相似法則來擬定，即TNT當量法。2鍋爐爆炸能量分析整個鍋爐系統(tǒng)中儲存能量涉及兩某些，一某些為高溫、高壓干飽和蒸氣所具備能量，另一某些為飽和水所具備能量。(1)干飽和水蒸汽爆炸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)生熱量互換，因而是一絕熱膨脹過程，其爆炸能量為抱負氣體作絕熱膨脹所釋放能量。(2)高溫飽和水爆炸能量鍋爐破裂后，不但氣體要泄壓膨脹，并且本來處在汽液平衡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沸點(也稱過熱)，過熱狀態(tài)水急劇蒸發(fā)沸騰，體積激烈膨脹而引起爆炸。因而計算高溫飽和水爆炸能量涉及了上述兩某些爆炸能量。3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、碎片能量和容器殘存變形能量三種形式體現(xiàn)出來，后兩者所消耗能量只占總爆破能量3％～15％，也就是說大某些能量產(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，是波陣面以突進形式在介質(zhì)中傳播壓縮波。鍋爐破裂時，其內(nèi)高壓氣體大量沖出，使周邊空氣受到?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，其傳播速度不不大于擾動介質(zhì)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地方，空氣壓力會隨時間發(fā)生迅速而懸殊變化。開始時，壓力突然升高，產(chǎn)生一種很大正壓力，接著又迅速衰減，在很短時間內(nèi)正壓降至負壓。如此重復循環(huán)多次，壓力漸次衰減下去。開始時產(chǎn)生最大正壓力即是沖擊波波陣面上超壓△P。多數(shù)狀況下，沖擊波傷害、破壞作用是由超壓引起。超壓△p可以達到數(shù)個甚至數(shù)十個大氣壓。只要沖擊波超壓達到一定值時，便會對目的導致一定傷害或破壞。超壓波對人體傷害和對建筑物破壞作用見表1和表2。表1沖擊波超壓對人體傷害作用超壓△P/MPa傷害作用0.02—0.03輕微傷害0.03--0.05聽覺器官或骨折0.05—0.10內(nèi)臟嚴重損傷或死亡>0.10大某些人死亡表2沖擊波超壓對建筑破壞作用超壓△P/MPa傷害作用0.005—0.006門窗玻璃某些破碎0.006—0.015受壓面門窗玻璃大某些破碎0.015—0.02窗框損壞0.020—0.03墻裂縫0.040—0.05墻大裂縫，屋瓦掉下0.060—0.07木建筑廠房房柱折斷，房架松動0.070—0.10磚墻崩塌0.100—0.20防震鋼筋混凝土破壞，小房屋崩塌0.200—0.30大型鋼構造破壞沖擊波超壓計算鍋爐發(fā)生爆炸時所產(chǎn)生沖擊波狀況相稱復雜，影響因素眾多,重要與水及水蒸汽介質(zhì)熱物理狀態(tài)、介質(zhì)集中限度、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)、汽包等水汽承壓構件材料性能及加工工藝等有關,國內(nèi)孫慶軍等人進行了這方面實驗研究[5],但還缺少這方面系統(tǒng)和全面實驗數(shù)據(jù)。因而,對鍋爐BLEVE爆炸所產(chǎn)生沖擊波超壓普通都還是依照同能量梯恩梯(TNT)爆炸實驗數(shù)據(jù)按相似法則來擬定[6,7]。4動力車間鍋爐爆炸后果預測動力車間鍋爐總容積為29.6m3，鍋筒正常工作壓力3.80MPa，正常狀況鍋筒內(nèi)1/8布滿干飽和蒸汽，7/8為飽和水，蒸發(fā)量為35t/h按上述環(huán)節(jié)計算可得出預測成果如表3。表3動力車間鍋爐爆炸預測成果表參數(shù)預測成果死亡半徑32.56米重傷半徑46.48米輕傷半徑78.65米大型構造破壞半徑24.42米防震鋼筋混凝土破壞半徑32.56磚墻崩塌半徑38.68米墻大裂縫半徑52.窗框損壞半徑97.15米通過以上計算，對鍋爐爆炸危害有了定量分析成果，這有助于提高員工們對鍋爐危險性結識，進一步提高安全操作意識和責任心，保證鍋爐運營安全。此外，該數(shù)據(jù)還相應急救援預案編制提供了參照數(shù)據(jù)。三鍋爐爆炸因素分析及防止辦法鍋爐爆炸按其發(fā)生因素可分為兩種類型，一是超壓爆炸，一是爐膛燃爆。1超壓爆炸，是指鍋爐受壓部件承壓能力低于工作壓力，使得薄弱部位破裂，嚴重時引起爆炸。形成因素或是鍋爐超壓運營，或是各種因素導致承壓能力減少。(1)鍋爐超壓運營。動力鍋爐重要為煉油裝置提供生產(chǎn)用蒸汽，若裝置因緊急狀況而突然減少或切斷進汽，鍋爐便會浮現(xiàn)瞬時超壓狀況。為避免因超壓引起鍋爐爆炸，我廠重要采用了如下幾點辦法：①保證安全閥能精確動作。應按照國家規(guī)定定期校驗安全閥，并經(jīng)常檢查安全閥狀態(tài)。②設立鍋爐對空排汽與鍋爐蒸汽壓力聯(lián)鎖，當蒸汽壓力高于警戒值時，對空排汽自動啟動卸壓。③制定事故預案并堅持演習，提高運營員工對超壓危害結識以及應急解決技能，盡量避免超壓發(fā)生。(2)鍋爐部件承載能力下降。由于鍋爐運營環(huán)境比較惡劣，隨著鍋爐投產(chǎn)時間延長，鍋爐部件會由于腐蝕、磨損等因素導致承壓能力下降。如果某些部位下降較多，那么雖然鍋爐在額定壓力下運營也有也許發(fā)生爆炸。為避免這種爆炸也許性，我廠重要從“知”和“防”做工作，即做到熟知鍋爐狀況，竭力減少各種有損鍋爐承壓能力因素。①把好鍋爐檢查關。鍋爐每2年由鍋爐檢查所進行1次全面定期檢查，涉及焊縫探傷、爐管測厚、硬度檢測、汽包及聯(lián)箱金相分析等。在檢查中就曾發(fā)現(xiàn)鍋爐汽包接管與給水管焊縫浮現(xiàn)裂紋并及時予以消除。除此之外，車間每月都要進行鍋爐外部檢查，每年都要運用鍋爐間歇停工時間，自行對鍋爐進行全面內(nèi)部檢查，并把檢查成果詳細記錄在案。②保證合格水質(zhì)。鍋爐水質(zhì)不合格將導致爐管結垢，影響管壁傳熱，使局部管壁因過熱而形成鼓皰、裂紋，強度大大減少。防止辦法是加強水質(zhì)監(jiān)測，保證水質(zhì)合格。若在運營中遇到水質(zhì)較長時間不合格狀況，應在停爐后通過割管等辦法測量垢厚度，以決定與否需要進行鍋爐酸洗。因腐蝕引起鍋爐強度減少而致鍋爐超壓爆炸。形成腐蝕因素重要有：一是由于鍋爐在運營時，由于長期受到煙、水等介質(zhì)侵蝕，容易發(fā)生磨損；二是水質(zhì)解決不合格，使鍋爐受壓元件壁厚減薄，強度減少。此外，鍋爐在停用期間，由于放置時間過長，沒有對其進行認真維護保養(yǎng)，或者維護保養(yǎng)辦法不當，空氣中氧和二氧化碳就會對鍋爐金屬表面進行腐蝕；鍋爐房內(nèi)濕度過大，也會加劇腐蝕。腐蝕到一定限度鍋爐雖然在容許工作壓力如下運營，也會導致爆炸事故發(fā)生。因而，應當嚴格檢測水質(zhì)，保證鍋爐用水各項指標達到規(guī)定，并加強鍋爐停爐保養(yǎng)，盡量減少腐蝕發(fā)生。在鍋爐正常運營中，超壓運營是嚴格禁止。因而，該狀況也從來沒有發(fā)生過引起鍋爐爆炸事故因素重要有設計制造、使用管理、鍋爐檢修等幾種方面。(1)設計制造因素設計方面因素涉及：選材不當、受熱面布置不合理、水循環(huán)設計有偏差、焊接構造設計不當、安全附件選用不當、計算或選用辦法錯誤等。制造方面因素有：材質(zhì)不良、焊縫有缺陷、組裝辦法不當?shù)取ＴO計制造方面缺陷導致了鍋爐先天局限性，是安全運營隱患，只能通過嚴格檢查來發(fā)現(xiàn)。對重大隱患應通過設備改造來消除，對于難以消除普通缺陷應通過定期檢查檢核對其狀況進行監(jiān)視，避免其進一步發(fā)展，存在嚴重隱患時應停止鍋爐運營。(2)使用管理因素該方面因素重要涉及如下幾點。一鍋爐嚴重缺水運營或鍋爐局部水循環(huán)不暢，導致局部爐管干燒，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營后，突然大量上水引起鍋爐壓力急劇增大，在局部瞬間超壓所致。因而，鍋爐嚴重缺水在運營中危險性極大，不但會減少爐管強度，減少爐管壽命，甚至會引起爆炸，在運營中一定要竭力避免。引起缺水因素及防范辦法重要有如下幾種：①測量儀表失靈，顯示假水位，從而導致判斷和操作失誤。防止辦法是定期沖洗水位計，定點將DCS上顯示水位與現(xiàn)場水位計進行核校。②自動水位控制失靈，靠手動控制，由于人員失誤導致缺水。防止辦法是把上水自動控制閥列為重點設備，定期檢查、檢修和保養(yǎng)，保證自動靈活好用；若長時間無法投用自動，應盡早停爐檢修。③加強定期排污，及時排除爐內(nèi)雜物，保持各個循環(huán)回路暢通。④加強教誨培訓，提高員工對缺水危害結識，增強工作責任心。⑤編制缺水事故解決預案，并組織定期演習。二鍋爐超壓。(3)鍋爐檢修鍋爐檢修是鍋爐管理中一種重要環(huán)節(jié)，該類因素涉及安全附件失修、材料代用錯誤、爐管內(nèi)異物堵塞等。檢修中導致隱患在運營中很難發(fā)現(xiàn)，因而，必要在檢修管理中加以防止，涉及制定詳細檢修籌劃、施工用料嚴格管理、對進入鍋筒作業(yè)采用恰當防范辦法等。四結論通過以上分析和計算可知，鍋爐一旦爆炸將是十分嚴重災害性事故。因而，建議動力車間把與鍋爐爆炸關于安全運營、檢修以及安全培訓、安全管理、安全應急預案及演習提到更加重要地位上來，提高安全意識，消除安全隱患，規(guī)范操作，保證鍋爐安全運營。參照文獻：[1]華自強．工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