從蒸汽加熱器爆炸事故分析有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的合理性

陳義華

（桂林三金藥業(yè)股份有限公司)

0 引言

長期以來，空調(diào)等大量使用的蒸汽加熱器其設(shè)計、制造均遵守GB/T 14296—2008《空氣冷卻器與空氣加熱器》標(biāo)準(zhǔn)，且GB150—2011《壓力容器》也明確空氣加熱器不屬于壓力容器的管理范疇。最近某食品廠原料車間在設(shè)備清潔驗證過程中，發(fā)生了蒸汽加熱器爆炸事故。事故現(xiàn)場蒸汽加熱器的一側(cè)保溫外殼飛到門邊，第一列（共并列四列）蒸汽加熱器內(nèi)殼被炸開，旁邊的彩鋼板墻倒塌，玻璃碎了一地，墻上沾滿了保溫材料，可見其危險性還是相當(dāng)大的，若不是無操作人員在現(xiàn)場，恐怕會發(fā)生人員傷亡事故。因此對此類設(shè)備事故絕不能掉以輕心。本文從事故現(xiàn)場分析入手，查找造成事故的原因并提出解決辦法，以避免類似事故再次發(fā)生。

1 事故調(diào)查和原因分析

事故蒸汽加熱器有四列并列腔體，每個腔體中有13根不銹鋼列管，管徑為?16 mm，蒸汽走管程，空氣走殼程，兩端用方形非成型封頭焊接，總?cè)莘e約為0.036 m3，彩鋼板墻距離事故加熱器約2 m。

容器的爆破能量主要是以沖擊波能量表現(xiàn)出來的。多數(shù)情況下，沖擊波的傷害、破壞作用是由沖擊波超壓引起的。沖擊波超壓即沖擊波波陣面與大氣之間的壓差，用Δp表示。沖擊波超壓的大小與產(chǎn)生沖擊波的能量有關(guān)，也與距離爆炸中心的遠(yuǎn)近有關(guān)，其關(guān)系式為：

式中 Δp——沖擊波波陣面上的超壓，MPa；

R——距爆炸中心的距離，m；

n——衰減系數(shù)。

衰減系數(shù)n在空氣中隨著超壓的大小而變化，在爆炸中心附近n=2.5～3，當(dāng)超壓在數(shù)個大氣壓以內(nèi)時n=2，當(dāng)超壓小于1個大氣壓時n=1.5。沖擊波超壓造成的破壞見表1。

表1 沖擊波超壓的破壞作用

由表1的數(shù)據(jù)可知，本次蒸汽加熱器爆破產(chǎn)生的沖擊波超壓約為0.02 MPa。

那么，本次爆破的原因在哪里？對此需要從人員操作、設(shè)備安裝、設(shè)備制造缺陷、外部鍋爐供汽情況、同一臺設(shè)備的不同部位結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行綜合分析。

經(jīng)查看和計算可知，當(dāng)天鍋爐的出口壓力為0.38 MPa，蒸汽加熱器的壓力不超過0.16 MPa。經(jīng)詢問操作工操作情況并從現(xiàn)場調(diào)查確認(rèn)，蒸汽閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，同時疏水閥和旁通閥也處于關(guān)閉狀態(tài)。因此，使用超壓導(dǎo)致設(shè)備事故的可能性不大。

設(shè)計方面：有一些不合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，如封頭采用方形非成型封頭，封頭與筒體的連接采用角焊縫，受壓元件強(qiáng)度不夠等。

制造方面：對破裂的加熱器殼體進(jìn)行斷口分析，該斷口屬于延性破壞，有塑性斷口特征和剪切唇，沒有碎片，開裂處主要在焊口熱影響區(qū)。該加熱器的四列腔體中只有一列腔體爆裂，其它三列沒有發(fā)生塑性變形。爆裂的腔體焊縫存在焊接缺陷，這是導(dǎo)致事故發(fā)生的最大因素。

安裝方面：管道設(shè)計及安裝不規(guī)范，進(jìn)汽管大、排汽管小，不符合 《工業(yè)金屬管道設(shè)計規(guī)范》要求。沒有安裝安全閥和壓力表等附件。閥門質(zhì)量差，容易泄漏或關(guān)閉不嚴(yán)。

使用方面：蒸汽疏水閥及旁通閥全部處于關(guān)閉狀態(tài)，蒸汽管道在暖管過程中產(chǎn)生的冷凝水無從排出，引起汽水共振。

綜上所述，由于設(shè)備的制造存在缺陷，進(jìn)汽閥門質(zhì)量差，關(guān)閥不嚴(yán)，加熱器腔體內(nèi)的壓力達(dá)到蒸汽管道壓力的最高值，同時蒸汽管道在暖管過程中產(chǎn)生的冷凝水無從排出引起汽水共振，這些因素綜合作用的結(jié)果，使其產(chǎn)生的應(yīng)力超出了設(shè)備材料的設(shè)計許用應(yīng)力，從而引起設(shè)備爆破造成事故。

2 建議

《空氣冷卻器與空氣加熱器》標(biāo)準(zhǔn)沒有對其設(shè)備的結(jié)構(gòu)、形式等作出明確的規(guī)定，也沒有對加熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行規(guī)范。按 《壓力容器設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，壓力超過0.1 MPa、容積大于0.1 m3的設(shè)備屬于壓力容器，壓力超過0.1 MPa、直徑大于25 mm的管道屬于壓力管道。對于 《壓力容器設(shè)計規(guī)范》的這些規(guī)定， 《空氣冷卻器與空氣加熱器》標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)予以明確的區(qū)分，以免無意中將加熱器制成壓力容器而又脫離壓力容器設(shè)計規(guī)范監(jiān)管從而造成事故。

2.1 設(shè)計方面

應(yīng)補(bǔ)充和完善對結(jié)構(gòu)形式、封頭、材料、焊接等方面的要求。應(yīng)明確采用直徑小于25 mm的盤管；兩端封頭與筒體的連接不得采用焊接結(jié)構(gòu)的連接形式，如需要封頭，應(yīng)設(shè)計成螺栓連接形式并采用壓力容器標(biāo)準(zhǔn)封頭。明確外殼、換熱管的用材標(biāo)準(zhǔn)，明確焊縫結(jié)構(gòu)形式。

2.2 制造方面

選用合格材料并經(jīng)過嚴(yán)格檢驗，采用合適的焊接結(jié)構(gòu)、材料和工藝，確保焊接質(zhì)量。制造完成后須經(jīng)無損探傷和嚴(yán)格的壓力試驗，經(jīng)檢驗合格后才能出廠。

2.3 安裝方面

要請有資質(zhì)的施工單位嚴(yán)格按圖施工。采購優(yōu)質(zhì)閥門和管材，管道安裝符合 《工業(yè)金屬管道工程施工及驗收規(guī)范》，并且管道上應(yīng)安裝安全閥、壓力表等附件。

2.4 使用、維護(hù)和管理

在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)未修改之前，應(yīng)按壓力容器標(biāo)準(zhǔn)對這類設(shè)備的使用和維護(hù)加強(qiáng)管理。

（1）設(shè)備選型與設(shè)計時，考慮蒸汽供汽系統(tǒng)的最高工作壓力。同時，在新設(shè)備安裝時在蒸汽管道上安裝與設(shè)備設(shè)計壓力相應(yīng)等級的安全閥，以確保設(shè)備安全運(yùn)行。

（2）開始工作前要排凈加熱器內(nèi)的冷卻水和混合氣體，預(yù)熱5～10 min后正式工作，避免因蒸汽突然進(jìn)入冰冷的加熱器而產(chǎn)生大量的冷凝水，沖擊設(shè)備。加熱器工作結(jié)束后，要排凈其中的冷凝水。

（3）操作工在開啟蒸汽加熱器前，應(yīng)徹底檢查蒸汽閥門的好壞及開關(guān)狀況，開啟蒸汽加熱前要確保疏水器旁通閥開啟。

（4）若設(shè)備可能長時間不使用，應(yīng)當(dāng)檢查確認(rèn)供汽閥門已完全切斷，并完全打開排汽閥門，保持旁通閥或疏水閥至少有一組處于開啟狀態(tài)，確保管道暢通不受壓力。

3 結(jié)論

《空氣冷卻器與空氣加熱器》標(biāo)準(zhǔn)存在明顯的缺陷和不足。應(yīng)從本次事故中吸取教訓(xùn)，及時組織相關(guān)專家修訂該標(biāo)準(zhǔn)，以避免這類設(shè)備發(fā)生安全生產(chǎn)事故。同時，在該標(biāo)準(zhǔn)未修訂之前，應(yīng)參照壓力容器標(biāo)準(zhǔn)提高管理檔次，做好在役設(shè)備的改造和使用管理，以確保設(shè)備的安全運(yùn)行。

[1]GB/T 14296-2008.空氣冷卻器與空氣加熱器 [S].

[2]GB 150.1-150.4-2011.壓力容器 [S].

[3]張衛(wèi)強(qiáng)，焦強(qiáng)，崔鋒.壓力容器爆炸傷害事故后果分析及評價 [J].科技信息，2009(15)：493-537.

[4]GB 50316-2000.工業(yè)金屬管道設(shè)計規(guī)范 [S].

[5]GB 50184-2011.工業(yè)金屬管道工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].