特种设备管理：预防锅炉事故，应急预案

1.防止锅炉爆炸事故

（1）锅炉炉膛爆炸的原因及处理方法

1）炉膛爆炸常发生在燃油、燃气、燃煤粉的锅炉上。炉膛爆炸（外爆）要有三个条件，缺一不可：①燃料必须是以气态积存在炉膛中；②燃料和空气的混合物达到爆燃的浓度；③有足够的点火源。

2）引起炉膛爆炸的主要原因有：①是在设计上缺乏可靠的点火装置及可靠的熄火保护装置及联锁、报警和跳闸系统，炉膛及刚性梁结构抗爆能力差，制粉系统及燃油雾化系统有缺陷。②是在运行过程中操作人员误判断、误操作，此类事故占炉膛爆炸事故总数的90％以上。有时因采用“爆燃法”点火而发生爆炸。此外还有因烟道闸板关闭而发生炉膛爆炸事故。

3）防止炉膛爆炸事故的发生：①应根据锅炉的容量和大小，装设可靠的炉膛安全保护装置，如防爆门、炉膛火焰和压力检测装置，联锁、报警、跳闸系统及点火程序、熄火程序控制系统。②尽量提高炉膛及刚性梁的抗爆能力。③应加强使用管理，提高司炉工人技术水平，在起动锅炉点火时要认真按操作规程进行点火，严禁采用“爆燃法”。特别当锅炉燃烧不稳，炉膛负压波动较大时，如除大灰、燃料变更，制粉系统及雾化系统发生故障、低负荷运行时，应精心控制燃烧，严格控制负压。

防止炉膛爆炸的措施是：点火前，开动引风机给炉膛通风5～10min，没有风机的可采取自然通风5～10min，以清除炉膛及烟道中的可燃物质。气、油炉、煤粉炉点燃时，应先送风然后点火，最后送入燃料。一次点火未成功需重新点火时，一定要在点火前给炉膛烟道重新通风，待充分清除可燃物之后再进行点火操作。

（2）锅炉爆管的原因及处理方法 炉管爆破指锅炉蒸发受热面管子在运行中爆破，包括水冷壁、对流管束管子爆破及烟管爆破。爆管原因有：①水质不良、管子结垢并超温爆破。②水循环故障。③严重缺水。④制造、运输、安装中管内落入异物，如钢球、木塞等。⑤烟气磨损导致管壁减薄。⑥运行或停炉的管壁因腐蚀而减薄。⑦管子膨胀受阻碍，由于热应力造成裂纹。⑧吹灰不当造成管壁减薄。⑨管树缺陷或焊接缺陷在运行中发展扩大。

炉管爆破时，通常必须紧急停炉修理。由于导致炉管爆破的原因很多，有时往往是几方面的因素共同影响而造成事故，因而防止炉管爆破也必须从搞好锅炉设计、制造安装、运行管理、检验等各个环节入手。

2.事故预防措施及应急预案

（1）紧急停炉及操作程序 锅炉遇有下列情况之一者，应紧急停炉：①锅炉水位低于水位表的下部可见边缘。②不断加大向锅炉进水及采取其他措施，但水位仍继续下降。③锅炉水位超过最高可见水位（满水），经放水仍不能见到水位。④给水泵全部失效或给水系统发生故障，不能向锅炉进水。⑤水位表或安全阀全部失效。⑥设置在汽空间的压力表全部失效。⑦锅炉元件损坏危及运行人员安全。⑧燃烧设备损坏，炉墙倒塌或锅炉构件被烧红等，严重威胁锅炉安全运行。⑨其他异常情况危及锅炉安全运行。

紧急停炉的操作次序是：立即停止添加燃料和送风，减弱引风；与此同时，设法熄灭炉膛内的燃料，对于一般层燃炉可以用沙土或湿灰灭火，链条炉可以开快挡使炉排快速运转，把红火送入灰坑；灭火后即把炉门、灰门及烟道挡板打开，以加强通风冷却；锅内可以较快降压并更换锅水，锅水冷却至70℃左右允许排水。但因缺水紧急停炉时，严禁给锅炉上水，并不得开启空气阀及安全阀快速降压。

（2）锅炉缺水事故的原因及处理方法 锅炉缺水是指锅炉水位低于水位表最低安全水位刻度线，水位表内看不到水位的现象。锅炉缺水时，水位表内看不到水位，表内发白发亮；低水位警报器动作并发出警报；过热蒸汽温度升高；给水流量不正常地小于蒸汽流量。

锅炉缺水是锅炉运行中最常见的事故之一，常常造成严重后果。严重缺水会使锅炉蒸发受热面管子过热变形甚至烧塌，胀口渗漏，胀管脱落，受热面钢材过热或过烧，降低或丧失承载能力，管子爆破，炉墙损坏。锅炉缺水万一处理不当，甚至会导致锅炉爆炸事故。常见的缺水原因有以下几种：①作业人员疏忽大意，对水位监视不严；或者作业人员擅离职守，放弃了对水位及其他仪表的监视。②水位表故障造成假水位而作业人员未及时发现。③水位报警器或给水自动调节器失灵而又未及时发现。④给水设备或给水管路故障，无法给水或水量不足。⑤作业人员排污后忘记关排污阀，或者排污阀泄漏。⑥水冷壁、对流管束或省煤器管子爆破漏水。

发现锅炉缺水时，应首先判断是轻微缺水还是严重缺水，然后酌情予以不同的处理。通常判断缺水的方法是“叫水”。“叫水”的操作方法是：打开水位表的放水旋塞冲洗汽连管及水连管，关闭水位表的汽连接管旋塞，关闭放水旋塞。如果此时水位表中有水位出现，则为轻微缺水。如果通过“叫水”水位表内仍无水位出现，说明水位已降到水连管以下甚至更严重，属于严重缺水。

轻微缺水时，可以立即向锅炉上水，使水位恢复正常。如果上水后水位仍不能恢复正常，即应立即停炉检查。严重缺水时，必须紧急停炉。在未判定缺水程度或者已判定属于严重缺水的情况下，严禁给锅炉上水，以免造成锅炉爆炸事故。

“叫水”操作一般只适用于相对容水量较大的小型锅炉，不适用于相对容水量很小的电站锅炉或其他锅炉。对于相对容水量小的电站锅炉或其他锅炉，对最高火界在水连管以上的锅壳锅炉，一旦发现缺水即应紧急停炉。

（3）锅炉满水事故的原因及处理方法 锅炉满水是锅炉水位高于水位表最高安全水位刻度线的现象。锅炉满水时，水位表往往看不到水位，但表内发暗，这是满水与缺水的重要区别。满水发生后，高水位报警器动作并发出警报，过热蒸汽温度降低，给水流量不正常地大于蒸汽流量。严重满水时，锅水可进入蒸汽管道和过热器，造成水击及过热器结垢。因而满水的主要危害是降低蒸汽品质，损害以致破坏过热器。常见的满水原因有：①作业人员疏忽大意，对水位监视水严，或者作业人员擅离职守，放弃了对水位及其他仪表的监视。②水位表故障造成假水位而作业人员未及时发现。③水位报警器及给水自动调节器失灵而又未能及时发现等。

发现锅炉满水后，应冲洗水位表，检查水位表有无故障；一旦确认满水，应立即关闭给水阀停止向锅炉上水，启用省煤器再循环管路，减弱燃烧，开启排污阀及过热器、蒸汽管道上的疏水阀；待水位恢复正常后，关闭排污阀及各疏水阀；查清事故原因并予以清除，恢复正常运行。如果满水时出现水击，则在恢复正常水位后，还须检查蒸汽管道、附件、支架等，确定无异常情况，才可恢复正常运行。

（4）锅炉水击的原因及处理方法 水在管道中流动时，因速度突然变化导致压力突然变化，形成压力波并在管道中传播的现象，叫“水击”。发生水击时管道承受的压力骤然升高，发生猛烈振动并发出巨大声响，常常造成管道、法兰、阀门等的损坏。

锅炉中易于产生水击的部位有给水管道、省煤器、过热器等。给水管道的水击常常是由于管道阀门关闭或开启过快造成的。比如阀门突然关闭，高速流动的水突然受阻，其动压在瞬时间转变为静压，造成对内门、管道的强烈冲击。

省煤器管道的水击分两种情况：一种是省煤器内部分水变成了蒸汽，蒸汽与温度较低的（未饱和）水相遇时，水将蒸汽冷凝，原蒸汽区压力降低，使水速突然发生变化并造成水击；另一种则和给水管道的水击相同，是由阀门的突然启闭所造成的。

过热器管道的水击常发生在满水或汽水共腾事故中，在暖管时也可能出现。造成水击的原因是蒸汽管道中出现了水，水使部分蒸汽降温甚至冷凝，形成压力降低区，蒸汽携水向压力降低区流动，使水速突然变化而产生水击。

锅筒的水击也有两种情况：一是上锅筒内水位低于给水管出口而给水温度又较低时，大量高温进水造成蒸汽凝结，使压力降低而导致水击；二是下锅筒内采用蒸汽加热时，进汽速度加快，蒸汽迅速冷凝形成低压区，造成水击。

为了预防水击事故，给水管道和省煤器管道的阀门启闭不应过于频繁，启闭速度要缓慢，对可分式省煤器的出口水温要严格控制，使之低于同压力下的饱和温度40℃；防止满水和汽水共腾事故，暖管之前应彻底疏水；上锅筒进水速度应缓慢，下锅筒进汽速度也应缓慢。

发生水击时，除应立即采取措施使之消除外，还应认真检查管道、阀门、法兰、支撑等，如无异常情况，才能使锅炉继续运行。

（5）锅炉汽水共腾的原因及处理方法

1）形成汽水共腾原因。形成汽水共腾有两个方面的原因：一是锅水品质太差；二是载荷增加过快和压力降低过快。

2）汽水共腾的处理。发现汽水共腾时，应减弱燃烧，降低载荷，关小主汽阀；加强蒸汽管道和过热器的疏水；全开连续排污阀，并打开定期排污阀放水，同时上水，以改善锅水品质；待水质改善、水位清晰时，可逐渐恢复正常运行。

（6）锅炉省煤器损坏的原因及处理方法 省煤器损坏指由于省煤器管子破裂或省煤器其他零件损坏所造成的事故。省煤器损坏时，给水流量不正常地大于蒸汽流量；严重时，锅炉水位下降，过热蒸汽温度上升，省煤器烟内有异常声响，烟道潮湿或漏水，排烟温度下降，烟气阻力增大，引风机电流增大。省煤器严重损坏会造成锅炉缺水而被迫停炉，省煤器损坏原因有以下几种：①烟速过高或烟气含灰量过大，飞灰磨损严重。②给水品质不符合要求，特别是未进行除氧，管子水侧被严重腐蚀。③省煤器出口烟气温度低于其酸露点，在省煤器出口段烟气侧产生酸性腐蚀。④材质缺陷或制造安装时的缺陷导致破裂。⑤水击或炉膛、烟道爆炸剧烈振动省煤器并使之损坏等。

省煤器损坏时，如能经直接上水管给锅炉上水，并使烟气经旁通烟道流出时，则可不停炉进行省煤器修理，否则必须停炉进行修理。

（7）锅炉过热器损坏的原因及处理方法 过热器损坏主要指过热器爆管。这种事故发生后，蒸汽流量明显下降，且不正常地小于给水流量；过热蒸汽温度上升压力下降；过热器附近有明显声响，炉膛负压减小，过热器后的烟气温度降低。过热器损坏的原因有以下几种：①锅炉满水、汽水共腾或汽水分离效果差而造成过热器内进水结垢，导致过热爆管。②受热偏差或流量偏差使个别过热器管子超温而爆管。③起动、停炉时对过热器保护不善而导致过热爆管。④工况变动（载荷变化、给水温度变化、燃料变化等）使过热蒸汽温度上升，造成金属超温爆管。⑤材质缺陷或材质错用（如在需要用合金钢的过热器上错用了碳素钢）。⑥制造或安装时的质量问题，特别是焊接缺陷。⑦管内异物堵塞。⑧被烟气中的飞灰严重磨损。⑨吹灰不当损坏管壁等。

由于在锅炉受热面中过热器的使用温度最高，致使过热蒸汽温度变化的因素很多，相应地造成过热器超温的因素也很多。因此过热器损坏的原因比较复杂，往往和温度工况有关，在分析问题时需要综合各方面的因素考虑。

过热器损坏通常需要停炉修理。

（8）锅炉尾部烟道二次燃烧的原因及处理方法 尾部烟道二次燃烧主要发生在燃油锅炉上。引起尾部烟道二次燃烧的条件是：在锅炉尾部烟道上有可燃物堆积下来，并达到一定的温度及有一定量的空气可供燃烧。这3个条件同时满足时，可燃物就有可能自燃或被引燃着火。

可燃物在尾部烟道积存的条件：锅炉起动或停炉时燃烧不稳定，不完全，可燃物随烟气进入尾部烟道，积存在尾部烟道；燃油雾化不良，来不及在炉膛完全燃烧而随烟气进入尾部烟道；鼓风机停转后炉膛内负压过大，引风机有可能将尚未燃烧的可燃物吸引到尾部烟道中。

可燃物着火的温度条件：刚停炉时尾部烟道上尚有烟气存在，烟气流速很低甚至不流动；受热面上积有可燃物，传热系数差难以向周围散热；在较高温度下，可燃物自氧化加剧放出一定能量，从而使温度更进一步上升。

保持一定空气量的条件为尾部烟道门孔和挡板关闭不严密；空气预热器密封不严，空气泄漏。

要防止产生尾部二次燃烧，就要组织好燃烧，提高燃烧效率，尽可能减少不完全燃烧损失，减少锅炉的起停次数；加强尾部受热面的吹灰，保证烟道各种门孔及烟风挡板的密封良好；在燃油锅炉的尾部烟道上应装设灭火装置。

3.锅炉爆炸事故分析和对策

【案例2-6】 2008年4月，某大型棉纺企业一台SZL10-1.25-AⅡ型工业锅炉发生爆炸，造成4人死亡，2人重伤，直接经济损失10多万元。爆炸锅炉为纵置式双汽包链条炉，额定蒸发量为10t/h，额定蒸汽压力1.25MPa，2003年安装投产。

该锅炉2008年2月就开始漏水，而且日益严重，后期每小时漏水量1.0t以上，4月2日锅炉在正常工作压力下突然爆炸，爆炸口位于下锅筒，上下锅筒的连管飞出30m，烟囱震斜36cm，炉墙严重损坏，造成人员重大伤亡和巨大经济损失。(www.chuimin.cn)

（1）事故调查与检测 现场检查发现，下锅筒局部有鼓包现象，结垢比较严重，水垢有2～3mm厚，大量管束变形，有一根弯水管断裂。

水质基本正常，但锅水相对碱度过高，达38％，超过国家标准近1倍。泄漏处碱垢非常严重。

爆裂的裂口约为1000mm，没有明显的塑性变形，裂纹约占爆破断口的80％，在肉眼看到的主裂纹上，有大量肉眼看不到的分枝细裂纹。通过扫描电镜观察，发现河流状花样，对爆炸锅筒的材质的力学性能、化学成分进行了分析，未发现异常。裂纹边缘齐钝，裂区与非裂区的金相组织均为珠光体＋铁素体，晶粒度8级，未发现有过热或淬硬性组织存在。在裂纹的延伸方向有许多二次分枝裂纹，且沿铁素体晶粒边界扩展，形成网络状晶间裂纹，而且裂纹末端尖锐，有明显向晶间发展趋势。此次锅炉爆炸类型属于苛性脆化断裂。

由于高低水位报警装置失灵，该锅炉曾发生严重缺水事故，造成炉膛内炉顶塌陷，水冷壁严重烧损变形，上锅筒有误操作过热现象。

（2）事故原因分析 经鉴定分析，认定锅炉爆炸为下锅筒钢板苛性脆化所致。锅筒爆炸口处原来可能存在制造、安装过程留下的缺陷，导致该处发生泄漏。在锅炉已发生严重漏水时，企业为了保持生产，仍然不停炉检修，时间达一个多月。炉水碱度本已超标，缝隙区域由于蒸发浓缩形成了很高的碱度，加上裂纹尖端存在很高的局部应力，使该处金属产生苛性脆化，裂纹不断扩展，最终在正常工作压力下发生爆炸。

分析这起事故，可以看出：

1）企业领导明显忽视安全，甚至在锅炉已发生严重漏水时，仍然让设备“带病”运行，表明企业领导安全意识薄弱，企业领导和及锅炉运行管理人员，对锅炉这种具有爆炸危险性的设备缺乏了解。

2）对设备不定期检查、维护。使锅炉在水质碱度严重超标、高低水位警报器长期失灵的条件下工作，锅炉运行管理混乱。

3）锅炉运行管理人员工作失职，对事故不能做出正确分析判断及采取正确有效地处理措施，及时正确的向领导反映情况，导致问题长期拖延不决，最终酿成重大事故。

（3）事故教训及应对措施

1）对锅炉进行全面检验，特别是对可能出现苛性脆化的胀接部位，要重点进行监督和检测，以全面掌握锅炉的安全状况，对存在的问题必须采取有效措施解决，不留隐患。锅炉在正常运行期间，要加强巡检和正常维护工作，确保设备运行的灵敏、安全、可靠。要加强水处理工作，确保水质达标。

2）加强企业管理，首先必须建立一个行之有效的质量管理体系，建立健全设备运行、维护、检修规程和各项规章制度，并加强考核确保其贯彻执行。

3）加强企业主管和操作人员的安全意识教育和岗位技术培训，坚持司炉人员、水处理人员等持证上岗，提高司炉人员、水处理人员等的运行操作水平和事故判断、处理能力，针对该企业的情况，特种设备技术监督部门要加强对该企业的安全监督工作。

4.锅炉水冷壁爆管原因分析和对策

【案例2-7】 SG220/9.8-Y296型燃油锅炉额定蒸发量220t/h，额定蒸汽压力9.8MPa，额定蒸汽温度540℃。水冷壁为鳍片管式，规格φ60mm×5mm，材料20G。水冷壁管发生爆管时蒸汽压力8.8MPa，蒸发量40～50t/h。

（1）检验情况

1）爆管、泄漏管检查。爆口位于右墙水冷壁，爆口中心标高距炉底5.7m，爆口呈喇叭状，长210mm，宽度85mm，爆口边缘锋利，其边缘厚度由5mm减薄至1mm，内壁光滑，呈蓝褐色，爆口外壁边缘无纵向蠕变裂纹，属于瞬时超温韧性爆破。锅炉水冷壁管子爆破情况如图2-8所示。

经检查，在右墙水冷壁距炉底3m处，一根水冷壁管泄漏，泄漏部位位于管子迎火面，并且产生了纵向裂纹，裂纹长20mm，宽1mm，呈锯齿状，管外壁附有坚硬的黑褐色高温氧化层，厚度0.35mm，该管管径由60mm胀粗至62.8mm。从裂纹特征和高温氧化层及胀粗量判断，属于长期超温失效。锅炉水冷壁管子泄漏情况如图2-9所示。

图2-8 锅炉水冷壁管子爆破情况

图2-9 锅炉水冷壁管子泄漏情况

2）水冷壁宏观检验。

①水冷壁管变形检查。左、右墙水冷壁管上排火嘴上部1m以上位置，从前向后数第10～50根管，水冷壁向炉外变形，最大变形量100mm。

②水冷壁管鼓包检查。左墙、右墙和后墙水冷壁管存在不同程度的鼓包。

3）金相检验。现场对锅炉水冷壁管进行金相抽查。检测部位包括水冷壁管爆口处、爆口背火面及泄漏部位。爆口金相组织为淬火组织，由马氏体＋贝氏体组成。

爆口背火面金相组织是铁素体＋珠光体，晶粒度7级，未发现珠光体球化。

泄漏管处金相组织是铁素体＋珠光体，晶粒度8级，珠光体严重球化，球化级别5级。

4）管内沉积物量分析。对水冷壁管割管取样（左侧水冷壁前数第29根管距炉底2.9m处），分析迎火面垢样成分见表2-17，迎火面沉积物量605.9g/m²，沉积速率每年66.3g/m²。

表2-17 迎火面垢样成分

（2）失效原因分析

1）右墙水冷壁管爆破原因分析。对右墙水冷壁管爆口特征分析，属于瞬时超温爆破。由于水冷壁管在炉膛内直接受到火焰的高温辐射，锅炉的蒸汽量40～50t/h为额定出力的18％～23％，由于低载荷运行，造成水循环不良，致使水冷壁管迎火面局部的环状流动被破坏，水膜完全蒸发，流动结构为雾状或单相蒸汽，迎火面内壁与蒸汽直接接触，介质的放热系数大幅下降，传热恶化壁温上升。当壁温超过20G钢管的Ac3（855℃）以上30～50℃时，该处管子的全部组织均转变为含碳量0.2％的奥氏体组织。由于管壁温度很高，强度下降，塑性和韧性上升，在内压力的作用下，使管子以较快的速度变形，当管子变形量增大无法承受内压时便产生爆破，所以破口边缘很薄且开口大。管子爆破后，水冷壁管内的汽水混合物从管内高速喷出，迅速冷却破口，致使破口边缘的金相组织由奥氏体转变为马氏体＋贝氏体，即形成淬火组织。

2）右墙水冷壁管泄漏原因分析。从宏观检查和金相检验可以看出，管子外壁附着高温氧化层且管径粗胀，裂纹成锯齿状，属于脆性断裂，金相组织中珠光体严重球化，从这些特征和组织变化分析，该处管壁长期处在超温状态。20G材料在470～480℃长期运行，金相组织中珠光体发生球化，在530℃以上，产生高温氧化，在低负荷长期运行工况下导致累计损伤，引起金属强度下降并泄漏。依据以上分析可以确定，水冷壁管爆管属于长期超温引起的失效。

3）管排宏观检验分析。经检验，左右墙和后墙水冷壁管，在上排火嘴1m以上位置，整片水冷壁向炉膛外变形，距离炉底3～5m位置部分管子鼓包，进一步说明炉水循环不良，从而引起管壁超温导致变形和鼓包。

（3）今后的对策

1）锅炉水冷壁爆管、泄漏、管排变形和管子鼓包是长期低载荷运行造成水循环恶化所致。应通过水循环计算，确定锅炉运行的最低载荷，保证锅炉水循环安全。

2）水冷壁管内沉积物量超标，应进行化学清洗。沉积物中的铜含量较高，容易引起受压元件的电化学腐蚀，因此化学清洗过程中的钝化工艺应考虑除铜。

3）对变形、鼓包严重的水冷壁管予以更换。

4）对其他部位受热面管和集箱进行全面检验，如屏式过热器、高温过热器及集箱等，以监督检验低载荷运行后上述部件的损坏程度。