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鍋爐壓力容器常見事故及預防

典型鍋爐事故及預防
  1.鍋爐爆炸事故
  1)、水蒸氣爆炸
  鍋爐中容納水及水蒸氣較多的大型部件,如鍋筒及水冷壁集箱等,在正常工作時,或者處於水、汽兩相共存的飽和狀態,或者是充滿了飽和水,容器內的壓力則等於或接近鍋爐的工作壓力,水的溫度則是該壓力對應的飽和溫度。一旦該容器破裂,容器內液麵上的壓力瞬即下降為大氣壓力,與大氣壓力相對應的水的飽和溫度是100℃。原工作壓力下高於100℃的飽和水此時成了極不穩定、在大氣壓力下難於存在的“過飽和水”,其中的一部分即瞬時汽化,體積驟然膨脹許多倍,在容器周圍空間形成爆炸。
  2)、超壓爆炸
  指由於安全閥、壓力表不齊全、損壞或裝設錯誤,操作人員擅離崗位或放棄監視責任,關閉或關小出汽通道,無承壓能力的生活鍋爐改作承壓蒸氣鍋爐等原因,致使鍋爐主要承壓部件筒體、封頭、管板、爐膽等承受的壓力超過其承載能力而造成的鍋爐爆炸。
  超壓爆炸是小型鍋爐最常見的爆炸情況之一。預防這類爆炸的主要措施是加強運行管理。
  3)、缺陷導致爆炸
  缺陷導致爆炸是指鍋爐承受的壓力並未超過額定壓力,但因鍋爐主要承壓部件出現裂紋、嚴重變形、腐蝕、組織變化等情況,導致主要承壓部件喪失承載能力,突然大麵積破裂爆炸。
  缺陷導致的爆炸也是鍋爐常見的爆炸情況之一。預防這類爆炸,除加強鍋爐的設計、製造、安裝、運行中的質量控製和安全監察外,還應加強鍋爐檢驗,發現鍋爐缺陷及時處理,避免鍋爐主要承壓部件帶缺陷運行。
  4)、嚴重缺水導致爆炸
  鍋爐的主要承壓部件如鍋筒、封頭、管板、爐膽等,不少是直接受火焰加熱的。鍋爐一旦嚴重缺水,上述主要受壓部件得不到正常冷卻,甚至被燒,金屬溫度急劇上升甚至被燒紅。在這樣的缺水情況下是嚴禁加水的,應立即停爐。如給嚴重缺水的鍋爐上水,往往釀成爆炸事故。長時間缺水幹燒的鍋爐也會爆炸。
  防止這類爆炸的主要措施也是加強運行管理。
 2.鍋爐重大事故
  1)、缺水事故
  (1)、鍋爐缺水的後果。當鍋爐水位低於水位表最低安全水位刻度線時,即形成了鍋爐缺水事故。鍋爐缺水時,水位表內往往看不到水位,表內發白發亮;低水位警報器動作並發出警報;過熱蒸汽溫度升高;給水流量不正常地小於蒸汽流量。鍋爐缺水是鍋爐運行中最常見的事故之一,常常造成嚴重後果。嚴重缺水會使鍋爐蒸發受熱麵管子過熱變形甚至燒塌,脹口滲漏,脹管脫落,受熱麵鋼材過熱或過燒,降低或喪失承載能力,管子爆破,爐牆損壞。鍋爐缺水萬一處理不當,甚至導致鍋爐爆炸事故。
  (2)、常見的缺水原因有以下幾種。
  ①運行人員疏忽大意,對水位監視不嚴;或者運行人員擅離職守,放棄了對水位及其他儀表的監視;
  ②水位表故障造成假水位而運行人員未及時發現; ③水位報警器或給水自動調節器失靈而又未及時發現;
  ④給水設備或給水管路故障,無法給水或水量不足;
  ⑤運行人員排汙後忘記關排汙閥,或者排汙閥泄漏;
  ⑥水冷壁、對流管束或省煤器管子爆破漏水。
  (3)、鍋爐缺水的處理。發現鍋爐缺水時,應首先判斷是輕微缺水還是嚴重缺水,然後酌情予以不同的處理。通常判斷缺的方法是“叫水”。管,關閉水“叫水”的操作方法是:打開水位表的放水旋塞衝洗汽連管及水連位表的汽連接管旋塞,關閉放水旋塞。如果此時水位表中有水位出現,則為輕微缺水。如果通過‘‘叫水”水位表內仍無水位出現,說明水位已降到水連管以下甚至更嚴重,屬於嚴重缺水。
  輕微缺水時,可以立即向鍋爐上水,使水位恢複正常。如果上水後水位仍不能恢複正常,即應立即停爐檢查。嚴重缺水時,必須緊急停爐。在未判定缺水程度或者已判定屬於嚴重缺水的情況下,嚴禁給鍋爐上水,以免造成鍋爐爆炸事故。
  “叫水’’操作一般隻適用於相對容水量較大的小型鍋爐,不適用於相對容水量很小的電站鍋爐或其他鍋爐。對相對容水量小的電站鍋爐或其他鍋爐,對最高火界在水連管以上的鍋殼鍋爐,一旦發現缺水即應緊急停爐。
  2)、滿水事故
  (1)、鍋爐滿水的後果。鍋爐水位高於水位表最高安全水位刻度線的現象,稱為鍋爐滿水。鍋爐滿水時,水位表內也往往看不到水位,但表內發暗,這是滿水與缺水的重要區別。滿水發生後,高水位報警器動作並發出警報,過熱蒸汽溫度降低,給水流量不正常地大於蒸汽流量。嚴重滿水時,鍋水可進入蒸汽管道和過熱器,造成水擊及過熱器結垢。因而滿水的主要危害是降低蒸汽品質,損害以致破壞過熱器。
  (2)、常見的滿水原因。
  ①運行人員疏忽大意,對水位監視不嚴,或者運行人員擅離職守,放棄了對水位及其他儀表的監視;
  ②水位表故障造成假水位而運行人員未及時發現;
  ③水位報警器及給水自動調節器失靈而又未能及時發現等。
  (3)、鍋爐滿水的處理。發現鍋爐滿水後,應衝洗水位表,檢查水位表有無故障;一旦確認滿水,應立即關閉給水閥停止向鍋爐上水,啟用省煤器再循環管路,減弱燃燒,開啟排汙閥及過熱器、蒸汽管道上的疏水閥;待水位恢複正常後,關閉排汙閥及各疏水閥;查清事故原因並予以消除,恢複正常運行。如果滿水時出現水擊,則在恢複正常水位後,還須檢查蒸汽管道、附件、支架等,確定無異常情況,才可恢複正常運行。
  3)、汽水共騰
  (1)、汽水共騰的後果。鍋爐蒸發表麵(水麵)、汽水共同升起,產生大量泡沫並上下波動翻騰的現象,叫汽水共騰。發生汽水共騰時,水位表內也出現泡沫,水位急劇波動,汽水界線難以分清;過熱蒸汽溫度急劇下降;嚴重時,蒸汽管道內發生水衝擊。汽水共騰與滿水一樣,會使蒸汽帶水,降低蒸汽品質,造成過熱器結垢及水擊振動,損壞過熱器或影響用氣設備的安全運行。
  (2)、形成汽水共騰原因。形成汽水共騰有兩個方麵的原因。一是鍋水品質太差。由於給水品質差、排汙不當等原因,造成鍋水中懸浮物或含鹽量太高,堿度過高。由於汽水分離,鍋水表麵層附近含鹽濃度更高,鍋水粘度很大,氣泡上升阻力增大。在負荷增加、汽化加劇時,大量氣泡被粘阻在鍋水表麵層附近來不及分離出去,形成大量泡沫,使鍋水表麵上下翻騰。二是負荷增加和壓力降低過快。當水位高、負荷增加過快、壓力降低過速時,會使水麵汽化加劇,造成水麵波動及蒸汽帶水。
  (3)、汽水共騰的處理。發現汽水共騰時,應減弱燃燒,降低負荷,關小主汽閥;加強蒸汽管道和過熱器的疏水;全開連續排汙閻,並打開定期排汙閥放水,同時上水,以改善鍋水品質;待水質改善、水位清晰時,可逐漸恢複正常運行。
  4)、鍋爐爆管
  (1)、爆管後果。爐管爆破指鍋爐蒸發受熱麵管子在運行中爆破,包括水冷壁、對流管柬管子爆破及煙管爆破。爐管爆破時,往往能聽到爆破聲,隨之水位降低,蒸汽及給水壓力下降,爐膛或煙道中有汽水噴出的聲響,負壓減小,燃燒不穩定,給水流量明顯地大於蒸汽流量,有時還有其他比較明顯的症狀。
  (2)、爆管原因。
  ①水質不良、管子結垢並超溫爆破;
  ②水循環故障;
  ③嚴重缺水;
  ④製造、運輸、安裝中管內落入異物,如鋼球、木塞等;
  ⑤煙氣磨損導致管壁減薄;
  ⑥運行或停爐的管壁因腐蝕而減薄;
  ⑦管子膨脹受阻礙,由於熱應力造成裂紋;
  ⑧吹灰不當造成管壁減薄;
  ⑨管樹缺陷或焊接缺陷在運行中發展擴大。
  (3)、爆管處理。爐管爆破時,通常必須緊急停爐修理。由於導致爐管爆破的原因很多,有時往往是幾方麵的因素共同影響而造成事故,因而防止爐管爆破也必須從搞好鍋爐設計、製造、安裝、運行管理、檢驗等各個環節入手。
  5)、省煤器損壞
  (1)、省煤器損壞後果。省煤器損壞指由於省煤器管子破裂或省煤器其他零件損壞所造成的事故。省煤器損壞時,給水流量不正常地大於蒸汽流量;嚴重時,鍋爐水位下降,過熱蒸汽溫度上升;省煤器煙道內有異常聲響,煙道潮濕或漏水,排煙溫度下降,煙氣阻力增大,引風機電流增大。
  省煤器損壞會造成鍋爐缺水而被迫停爐。
  (2)、省煤器損壞原因。
  ①煙速過高或煙氣含灰量過大,飛灰磨損嚴重;
  ②給水品質不符合要求,特別是未進行除氧,管子水側被嚴重腐蝕;
  ③省煤器出口煙氣溫度低於其酸露點,在省煤器出口段煙氣側產生酸性腐蝕;
  ④材質缺陷或製造安裝時的缺陷導致破裂;
  ⑤水擊或爐膛、煙道爆炸劇烈振動省煤器並使之損壞等。
  (3)、省煤器損壞處理。省煤器損壞時,如能經直接上水管給鍋爐上水,並使煙氣經旁通煙道流出,則可不停爐進行省煤器修理,否則必須停爐進行修理。
  6)、過熱器損壞
  過熱器損壞主要指過熱器爆管。這種事故發生後,蒸汽流量明顯下降,且不正常地小於給水流量;過熱蒸汽溫度上升壓力下降;過熱器附近有明顯聲響,爐膛負壓減小,過熱器後的煙氣溫度降低。過熱器損壞的原因是:
  (1)、鍋爐滿水、汽水共騰或汽水分離效果差而造成過熱器內進水結垢,導致過熱爆管;
  (2)、受熱偏差或流量偏差使個別過熱器管子超溫而爆管;
  (3)、啟動、停爐時對過熱器保護不善而導致過熱爆管;
  (4)、工況變動(負荷變化、給水溫度變化、燃料變化等)、使過熱蒸汽溫度上升,造成金屬超溫爆管;
  (5)、材質缺陷或材質錯用(如在需要用合金鋼的過熱器上錯用了碳素鋼)、;
  (6)、製造或安裝時的質量問題,特別是焊接缺陷;
  (7)、管內異物堵塞;
  (8)、被煙氣中的飛灰嚴重磨損;
  (9)、吹灰不當損壞管壁等。
  由於在鍋爐受熱麵中過熱器的使用溫度最高,致使過熱蒸汽溫度變化的因素很多,相應地造成過熱器超溫的因素也很多。因此過熱器損壞的原因比較複雜,往往和溫度工況有關,在分析問題時需要綜合各方麵的因素考慮。
  過熱器損壞通常需要停爐修理。

 7)、水擊事故
  水在管道中流動時,因速度突然變化導致壓力突然變化,形成壓力波並在管道中傳播的現象,叫水擊。發生水擊時管道承受的壓力驟然升高,發生猛烈振動並發出巨大聲響,常常造成管道、法蘭、閥門等的損壞。
  鍋爐中易於產生水擊的部位有:給水管道、省煤器、過熱器等。給水管道的水擊常常是由於管道閥門關閉或開啟過快造成的。比如閥門突然關閉,高速流動的水突然受阻,其動壓在瞬時間轉變為靜壓,造成對內門、管道的強烈衝擊。
  省煤器管道的水擊分兩種情況:一種是省煤器內部分水變成了蒸汽,蒸汽與溫度較低的(未飽和)、水相遇時,水將蒸汽冷凝,原蒸汽區壓力降低,使水速突然發生變化並造成水擊;另一種則和給水管道的水擊相同,是由閥門的突然啟閉所造成的。
  過熱器管道的水擊常發生在滿水或汽水共騰事故中,在暖管時也可能出現。造成水擊的原因是蒸汽管道中出現了水,水使部分蒸汽降溫甚至冷凝,形成壓力降低區,蒸汽攜水向壓力降低區流動,使水速突然變化而產生水擊。
  鍋筒的水擊也有兩種情況:一是上鍋筒內水位低於給水管出口而給水溫度又較低時,大量低溫進水造成蒸汽凝結,使壓力降低而導致水擊;二是下鍋筒內采用蒸汽加熱時,進汽速度太快,蒸汽迅速冷凝形成低壓區,造成水擊。
  為了預防水擊事故,給水管道和省煤器管道的閥門啟閉不應過於頻繁,啟閉速度要緩慢;對可分式省煤器的出口水溫要嚴格控製,使之低於同壓力下的飽和溫度40℃;防止滿水和汽水共騰事故,暖管之前應徹底疏水;上鍋筒進水速度應緩慢,下鍋筒進汽速度也應緩慢。
  發生水擊時,除立即采取措施使之消除外,還應認真檢查管道、閥門、法蘭、支撐等,如無異常情況,才能使鍋爐繼續運行。
  8)、爐膛爆炸
  爐膛爆炸是指爐膛內積存的可燃性混合物瞬間同時爆燃,從而使爐膛煙氣側壓力突然升高,超過了設計結構的允許值而造成水冷壁、剛性梁及爐頂、爐牆破壞的現象,即正壓爆炸。此外還有負壓爆炸,即在送風機突然停轉時,引風機繼續運轉,煙氣側壓力急降,造成爐膛、剛性梁及爐牆破壞的現象。本節中著重討論正壓爆炸。
  爐膛爆炸(外爆)、要有3個條件:一是燃料必須是以氣態積存在爐膛中,二是燃料和空氣的混合物達到爆燃的濃度,三是有足夠的點火能源,三者缺一不可。爐膛爆炸常發生在燃油、燃氣、燃煤粉的鍋爐上。不同的可燃物的爆炸極限和爆炸範圍各不相同。
  由於爆炸過程中火焰傳播速度非常快,每秒達數百米甚至數千米,火焰激波以球麵向各方傳播,近於燃料,同時被點燃,煙氣容積突然增大,因來不及泄壓而使爐膛內壓力陡增而發生爆炸。
  引起爐膛爆炸的主要原因有以下幾種:
  一是在設計上缺乏可靠的點火裝置及可靠的熄火保護裝置及聯鎖、報警和跳閘係統,爐膛及剛性梁結構抗爆能力差,製粉係統及燃油霧化係統有缺陷;
  二是在運行過程中操作人員誤判斷、誤操作,此類事故占爐膛爆炸事故總數的90%以上。有時因采用“爆燃法”點火而發生爆炸。此外還有因煙道閘板關閉而發生爐膛爆炸事故。
  為防止爐膛爆炸事故的發生,應根據鍋爐的容量和大小,裝設可靠的爐膛安全保護裝置,如:防爆門、爐膛火焰和壓力檢測裝置,連鎖、報警、跳閘係統及點火程序、熄火程序控製係統。同時,盡量提高爐膛及剛性梁的抗爆能力。此外,應加強使用管理,提高司爐工人技術水平。在啟動鍋爐點火時要認真按操作規程進行點火,嚴禁采用“爆燃法”,點火失敗後先通風吹掃5~10min後才能重新點火;在燃燒不穩,爐膛負壓波動較大時,如除大灰、燃料變更、製粉係統及霧化係統發生故障、低負荷運行時,應精心控製燃燒,嚴格控製負壓。
  9)、尾部煙道二次燃燒
  尾部煙道二次燃燒主要發生在燃油鍋爐上。當鍋爐運行中燃燒不完全時,部分可燃物隨著煙氣進入尾部煙道,積存於煙道內或粘附在尾部受熱麵上,在一定條件下這些可燃物自行著火燃燒,尾部煙道二次燃燒常將空氣預熱器、省煤器破壞。引起尾部煙道二次燃燒的條件是,在鍋爐尾部煙道上有可燃物堆積下來,並達到一定的溫度及有一定量的空氣可供燃燒。這3個條件同時滿足時,可燃物就有可能自燃或被引燃著火。
  尾部煙道二次燃燒易在停爐之後不久發生。
  可燃物在尾部煙道積存的條件:鍋爐啟動或停爐時燃燒不穩定,不完全,可燃物隨煙氣進入尾部煙道,積存在尾部煙道;燃油霧化不良,來不及在爐膛完全燃燒而隨煙氣進入尾部煙道;鼓風機停轉後爐膛內負壓過大,引風機有可能將尚未燃燒的可燃物吸引到尾部煙道上。
  可燃物著火的溫度條件:剛停爐時尾部煙道上尚有煙氣存在,煙氣流速很低甚至不流動,受熱麵上積有可燃物,傳熱係數差難以向周圍散熱;在較高溫度下,可燃物自氧化加劇放出一定能量,從而使溫度更進一步上升。
  保持一定空氣量的條件:尾部煙道門孔和擋板關閉不嚴密;空氣預熱器密封不嚴,空氣泄漏。
  要防止產生尾部二次燃燒,就要組織好燃燒,提高燃燒效率,盡可能減少不完全燃燒損失,減少鍋爐的啟停次數;加強尾部受熱麵的吹灰:保證煙道各種門孔及煙風擋板的密封良好;在燃油鍋爐的尾部煙道上應裝設滅火裝置。
  10)、鍋爐結渣
  鍋爐結渣,指灰渣在高溫下粘結於受熱麵、爐牆、爐排之上,並越積越多的現象。燃煤鍋爐結渣是個普遍性的問題,層燃爐、沸騰爐、煤粉爐都有可能結渣。由於煤粉爐爐膛溫度較高,煤粉燃燒後的細灰呈飛騰狀態,因而更易在受熱麵上結渣。
  結渣使受熱麵吸熱能力減弱,降低鍋爐的出力和效率;局部水冷壁管結渣會影響和破壞水循環,甚至造成水循環故障;結渣會造成過熱蒸汽溫度的變化,使過熱器金屬超溫;嚴重的結渣會妨礙燃燒設備的正常運行,甚至造成被迫停爐。結渣對鍋爐的經濟性、安全性都有不利影響。
  產生結渣的原因主要是:煤的灰渣熔點低,燃燒設備設計不合理,運行操作不當等。
  預防結渣的主要措施有:
  ①在設計上要控製爐膛燃燒熱負荷,在爐膛中布置足夠的受熱麵,控製爐膛出口溫度,使之不超過灰渣變形溫度;合理設計爐膛形狀,正確設置燃燒器,在燃燒器結構性能設計中充分考慮結渣問題;控製水冷壁間距不要太大。要把爐膛出口處受熱麵管間距拉開;爐排兩側裝設防焦集箱等。
  ②在運行上要避免超負荷運行;控製火焰中心位置,避免火焰偏斜和火焰衝牆;合理控製過量空氣係數和減少漏風。
  ③對沸騰爐和層燃爐,要控製送煤量,均勻送煤,及時調整燃料層和煤層厚度。
  ④發現鍋爐結渣要及時清除。清渣應在負荷較低、燃燒穩定時進行,操作人員應注意防護和安全。
  (二)、壓力容器爆炸的危害及預防
  1.衝擊波及其破壞作用
  衝擊波超壓會造成人員傷亡和建築物的破壞。
  衝擊波超壓大於0.10 MPa時,在其直接衝擊下大部分人員會死亡:0.05~0 .10MPa的超壓可嚴重損傷人的內髒或引起死亡;0. 03—0.05 MPa的超壓會損傷人的聽覺器官或產生骨折;超壓0 .02~0.03 MPa也可使人體受到輕微傷害。
  鍋爐壓力容器因嚴重超壓而爆炸時,其爆炸能量遠大於按工作壓力估算的爆炸能量,破壞和傷害情況也嚴重得多。
  2.爆破碎片的破壞作用
  鍋爐壓力容器破裂爆炸時,高速噴出的氣流可將殼體反向推出,有些殼體破裂成塊或片向四周飛散。這些具有較高速度或較大質量的碎片,在飛出過程中具有較大的動能,也可以造成較大的危害。
  碎片對人的傷害程度取決於其動能,碎片的動能正比於其質量及速度的平方。碎片在脫離殼體時常具有80—120 m/s的初速度,即使飛離爆炸中心較遠時也常有20~30 m/s的速度。在此速度下,質量為1 kg的碎片動能即可達200~450 J,足可致人重傷或死亡。
  碎片還可能損壞附近的設備和管道,引起連續爆炸或火災,造成更大的危害。
  3.介質傷害
  介質傷害主要是有毒介質的毒害和高溫水汽的燙傷。
  在壓力容器所盛裝的液化氣體中有很多是毒性介質,如液氨、液氯、二氧化硫、二氧化氮、氫氰酸等。盛裝這些介質的容器破裂時,大量液體瞬間氣化並向周圍大氣中擴散,會造成大麵積的毒害,不但造成人員中毒,致死致病,也嚴重破壞生態環境,危及中毒區的動植物。
  有毒介質由容器泄放氣化後,體積約增大100~250倍。所形成毒害區的大小及毒害程度,取決於容器內有毒介質的質量,容器破裂前的介質溫度、壓力及介質毒性。
  鍋爐爆炸釋放的高溫汽水混合物,會使爆炸中心附近的人員燙傷。其他高溫介質泄放氣化也會灼燙傷害現場人員。
  4.二次爆炸及燃燒
  當容器所盛裝的介質為可燃液化氣體時,容器破裂爆炸在現場形成大量可燃蒸氣,並迅即與空氣混合形成可爆性混合氣,在擴散中遇明火即形成二次爆炸。
  可燃液化氣體容器的這種燃燒爆炸常使現場附近變成一片火海,造成重大危害。
  5.壓力容器事故的預防
  為防止壓力容器發生爆炸,應采取下列措施。
  (1)、在設計上,應采用合理的結構,如采用全焊透結構,能自由膨脹等,避免應力集中、幾何突變;針對設備使用工況,選用塑性、韌性較好的材料;強度計算及安全閥排量計算符合標準。
  (2)、製造,修理、安裝、改造時,加強焊接管理,提高焊接質量並按規範要求進行熱處理和探傷;加強材料管理,避免采用有缺陷的材料或用錯鋼材、焊接材料。
  (3)、在鍋爐使用過程中,加強鍋爐運行管理,保證安全附件和保護裝置靈活,齊全:加強水質管理,防止產生腐蝕,結垢,相對堿度過高;提高司爐工人素質,防止產生缺水,誤判、誤操作等現象。
  (4)、在壓力容器使用中,加強使用管理,避免操作失誤,超溫、超壓、超負荷運行,失檢、失修、安全裝置失靈等。
  (5)、加強檢驗工作,及時發現缺陷並采取有效措施。