廢氣鍋爐著火事故緣何頻發(fā)

河北省船舶檢驗(yàn)局 劉建曉

廢氣鍋爐的原理是利用船舶主機(jī)排出的廢氣熱能通過(guò)盤(pán)管對(duì)水進(jìn)行加熱，產(chǎn)生蒸汽做到廢熱利用，以達(dá)到節(jié)約能源的目的。它的工作環(huán)境溫度（廢氣）一般在200-300℃之間，且周?chē)鷽](méi)有氧氣。受熱面使用的材料是優(yōu)質(zhì)的低碳鋼，一般在500℃以下不會(huì)產(chǎn)生永久變形。因而在船舶營(yíng)運(yùn)過(guò)程中，廢氣鍋爐的管理經(jīng)常得不到重視，常認(rèn)為即使廢氣鍋爐長(zhǎng)時(shí)間“干燒”(鍋爐無(wú)水狀態(tài)下受熱)，也不會(huì)發(fā)生事故。然而近年來(lái)廢氣鍋爐著火事故時(shí)常發(fā)生且呈上升趨勢(shì)，嚴(yán)重的甚至?xí)鷱U氣鍋爐。筆者曾接觸到這樣一個(gè)案例。2009年4月28日深夜1時(shí)許，某輪在正常航行途中，主機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，廢氣鍋爐著火。下面結(jié)合對(duì)該事故起因的分析，來(lái)看看為什么廢氣鍋爐著火事故頻頻發(fā)生。

事故原因分析

廢氣鍋爐燃燒的故障一般是在主機(jī)停車(chē)后，煙筒進(jìn)入了大量空氣（氧氣）后，由于操作不當(dāng)，過(guò)早停止了強(qiáng)制循環(huán)泵，大量灰燼留在盤(pán)管壁上造成著火，燒損廢氣鍋爐盤(pán)管。而這次卻是在正常航行中，煙筒內(nèi)都是惰性氣體，沒(méi)有空氣時(shí)，發(fā)生了著火燃燒事故。顯然可燃物質(zhì)是煙管中殘留的灰燼，那么這些灰燼是從哪里來(lái)的呢？

在這次事故中，該輪使用的燃油，分油機(jī)每半小時(shí)排渣一次。從現(xiàn)場(chǎng)看，排出的渣粘稠而且量大。特別是，機(jī)械雜質(zhì)、灰分比較大，且含有大量瀝青分裂化產(chǎn)物。顯然，該輪使用的燃油品質(zhì)太差，造成主機(jī)燃燒惡劣，排煙中含有未燃盡的燃油煙灰和瀝青分裂化產(chǎn)物，在廢氣鍋爐內(nèi)大量積聚，從而為爐內(nèi)燃燒提供了足夠的可燃物質(zhì)。因此，該輪鍋爐無(wú)氧燃燒的原因可判斷如下：

主機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工況不良：主要發(fā)生在長(zhǎng)江航道機(jī)動(dòng)航行段和長(zhǎng)期定數(shù)轉(zhuǎn)速偏低（因?yàn)楣?jié)約油耗所致），主機(jī)排氣流速較小，從而造成在廢氣鍋爐翅片上沉積了燃燒產(chǎn)物和灰燼。雖然每個(gè)班都對(duì)廢氣鍋爐進(jìn)行蒸汽吹清，但很難將積灰清理干凈。

船舶2009年4月21日加裝的燃油品質(zhì)太差：這些可以在分油機(jī)排渣和沉淀柜放殘中看到。燃燒惡劣，很多未燃燒的燃油和高溫裂化產(chǎn)物進(jìn)入到煙筒和盤(pán)管。高溫產(chǎn)物將遠(yuǎn)離水管側(cè)翅片上的灰燼引燃。

廢氣鍋爐發(fā)生了高溫燃燒（無(wú)氧）：氫燃和鐵燃。首先是小的煙垢著火發(fā)展為高溫著火。一旦煙灰燒起來(lái)后，放出的熱量不能散走，溫度會(huì)逐漸上升，可以達(dá)到650℃以上，此時(shí)會(huì)同時(shí)產(chǎn)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，即煙灰中的碳燃燒、“氫燃”和金屬燃燒。也就是說(shuō)，其燃燒過(guò)程由低溫燃燒演變到高溫燃燒過(guò)程，爐管就會(huì)在這一過(guò)程中被毀壞。若燃燒溫度達(dá)到1000℃且此時(shí)有蒸汽或水從管中漏出時(shí)，則燃燒會(huì)再升級(jí)，這就是“氫燃”的開(kāi)始。若溫度達(dá)到1100℃時(shí)，煙灰中的釩會(huì)加快反應(yīng)，引發(fā)“鐵燃”即金屬燃燒，其釋放熱量將能維持這一反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行。到了這種狀況，鍋爐盤(pán)管的燒損就不可避免的發(fā)生了。

設(shè)計(jì)因素方面：廢氣鍋爐的設(shè)計(jì)是朝著高熱效率和小尺寸方向發(fā)展，其思路是增加鍋爐受熱面，例如采用針型管和翅片管作為受熱管。而采用大受熱面、擴(kuò)展管表面和降低廢氣流速等“超擴(kuò)展”設(shè)計(jì)方法，其窄點(diǎn)必然較低。較低的窄點(diǎn)可提高廢氣鍋爐的利用效率，但廢氣鍋爐須有較大受熱面，因此壓力損失也較大。而鍋爐與主機(jī)匹配則對(duì)最大允許廢氣壓力損失有一定限制，為了不超過(guò)這一限制，設(shè)計(jì)廢氣鍋爐的廢氣流速必須降低。低廢氣流速對(duì)形成煙垢有特別明顯的影響趨勢(shì)，現(xiàn)今劣質(zhì)燃油運(yùn)轉(zhuǎn)使這種趨勢(shì)變得更糟。顯然，針型管和翅片管對(duì)煙灰的排放極其不利，一旦柴油機(jī)燃油燃燒惡化時(shí)，灰渣就會(huì)大量吸附在受熱管表面。

預(yù)防措施

預(yù)防廢氣鍋爐燒損事故，要注意從以下5個(gè)方面著手：

1、加強(qiáng)對(duì)主機(jī)的日常運(yùn)行管理和保養(yǎng)維修。保障其工作狀態(tài)良好，在源頭消滅廢氣鍋爐著火燃燒的可能性。

2、提高燃油品質(zhì)。避免造成不可控的燃燒產(chǎn)物增多和惡化。適當(dāng)?shù)臍飧子妥⒂土浚荒苊つ吭黾印?/p>

3、及時(shí)有效地對(duì)廢氣鍋爐進(jìn)行吹灰作業(yè)。該輪有必要每航次對(duì)廢氣鍋爐進(jìn)行水洗。

4、使用德魯專(zhuān)業(yè)吹灰設(shè)備和藥品，定期定時(shí)吹灰（費(fèi)用較高）。新型船舶上已經(jīng)有了專(zhuān)業(yè)設(shè)備防止這類(lèi)事故。

5、主機(jī)完車(chē)后至少保持鍋爐循環(huán)水泵2小時(shí)以上的運(yùn)行，將盤(pán)管的熱量充分帶走。這種方法是防止有氧燃燒著火的基本手法之一。主機(jī)停車(chē)后廢氣鍋爐燃燒著火占鍋爐著火事故的90%以上。

事故處理方法

廢氣鍋爐著火燃燒的處理分為2種情況。一種就是常見(jiàn)的主機(jī)停車(chē)后燃燒（這種著火燃燒在煙筒可以看到煙霧和火光）：在初始階段發(fā)生應(yīng)該利用蒸汽進(jìn)行降溫滅火，啟動(dòng)主機(jī)（機(jī)動(dòng)航行時(shí)的停車(chē)狀態(tài)）將煙筒內(nèi)部的氧氣排除，加大循環(huán)泵的流量，向熱水井及時(shí)補(bǔ)充新水，提高循環(huán)水的熱容量能力，通過(guò)爐水帶走更多的熱量，加快盤(pán)管的降溫速度。第二種就是已經(jīng)發(fā)生了高溫著火燃燒（在煙筒可以看到紅色像煙花一樣的火星，表明有鐵在燃燒）：主機(jī)應(yīng)立即停車(chē)（避免提供熱量和可燃物）、關(guān)閉循環(huán)泵（避免進(jìn)一步噴入水和蒸汽）、關(guān)閉煙筒防止或減少氧氣進(jìn)入、放掉爐內(nèi)殘水、直接向爐內(nèi)噴灑大量的水（注意此時(shí)應(yīng)開(kāi)啟爐底部放殘伐，防止水進(jìn)入主機(jī)或增壓器）或開(kāi)啟二氧化碳滅火系統(tǒng)，防止“鐵燃”進(jìn)一步惡化，進(jìn)行阻止鐵水外溢引起火災(zāi)。