清除高溫爐結(jié)的控制爆破技術(shù)及其安全研究

創(chuàng)新者:申榮光 楊英明 羅忠締

清除高溫爐結(jié)的控制爆破技術(shù)及其安全研究

創(chuàng)新者:申榮光 楊英明 羅忠締

爆破清除高溫爐結(jié)是一種快速高效的方法，但也存在較大安全隱患。本文結(jié)合某電廠(chǎng)鍋爐爐結(jié)清除的工程實(shí)例，根據(jù)鍋爐結(jié)構(gòu)和結(jié)焦?fàn)t渣情況，分析制定了安全可靠的控制爆破方案，選擇了適宜的爆破器材，優(yōu)化了爆破參數(shù)并設(shè)計(jì)了可靠的起爆網(wǎng)路，同時(shí)對(duì)爆破沖擊波等安全危害進(jìn)行了計(jì)算與控制，在安全高效的前提下順利地實(shí)施了高溫爐結(jié)的控爆清除。

目前對(duì)爐內(nèi)結(jié)焦物拆除方式主要有爆破清除，機(jī)械清除，人工清除三種方式，選擇哪一種清除方法，主要依據(jù)是其安全性，工程進(jìn)度，施工成本等是否滿(mǎn)足工期要求。爆破清除即運(yùn)用爆破原理，在認(rèn)真分析鍋爐結(jié)構(gòu)以及爐內(nèi)結(jié)焦情況的基礎(chǔ)上通過(guò)炸藥爆炸時(shí)瞬間釋放的巨大能量把結(jié)焦的爐渣松動(dòng)或粉碎。它可以節(jié)省人力，物力，時(shí)間。大量的工程實(shí)踐表明，采用爆破法清除高溫爐結(jié)是一種快速、高效的方法。但是炸藥在高溫下也會(huì)燃燒起爆，雷管在溫度達(dá)125℃以上時(shí)就可能會(huì)自行爆炸，其作業(yè)安全隱患很大。所以在高溫條件下安全可靠的實(shí)施爆破施工就成了一個(gè)急需解決的問(wèn)題。本文結(jié)合某電廠(chǎng)鍋爐爐結(jié)爆破清除的工程實(shí)踐，對(duì)其爆破技術(shù)及安全問(wèn)題進(jìn)行了研究，取得了理想的效果。

工程概況

貴州華電塘寨發(fā)電有限公司位于貴州省清鎮(zhèn)市王莊鄉(xiāng)塘寨村，該公司一期工程2×600MW機(jī)組配套鍋爐為HG-1900/25.4-WM10型鍋爐。鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中，因使用的燃煤成份與設(shè)計(jì)煤質(zhì)存在一定差異，導(dǎo)致鍋爐內(nèi)左側(cè)水冷壁冷灰斗上部結(jié)焦嚴(yán)重， 焦渣堅(jiān)硬，據(jù)觀(guān)察，結(jié)焦體在鍋爐內(nèi)已凝結(jié)搭橋成拱，如圖1所示，焦塊寬4m多，結(jié)焦厚度達(dá)4米左右，結(jié)焦量估計(jì)在70m3左右，且結(jié)焦體表面溫度較高（經(jīng)測(cè)試，焦塊下部表面溫度達(dá)300℃左右，上部溫度達(dá)700℃以上），為不影響生產(chǎn)和安全考慮，決定采用爆破作業(yè)方式進(jìn)行除焦。

爆破清除方案

爆破方案

對(duì)該公司鍋爐結(jié)構(gòu)和結(jié)焦?fàn)t渣部位、結(jié)焦量及焦體硬度等分析后，結(jié)合類(lèi)似施工經(jīng)驗(yàn)，采用耐高溫藥包外敷接觸爆破法的爆破除焦施工方案，即采用隔熱處理的耐高溫起爆藥包直接貼附結(jié)焦體表面實(shí)施裸露爆破作業(yè)。具體施工方法為:將預(yù)先加工好的耐高溫起爆藥包（經(jīng)隔熱防護(hù)處理加工的藥包形式如圖2所示）綁扎在木棍上或竹竿上，待全部準(zhǔn)備好后由人工從爐外預(yù)先開(kāi)出的施工窗口處投送藥包至結(jié)焦體表面，用支撐架固定后（如圖1），迅速撤離后起爆藥包。爆破后根據(jù)焦體破碎垮塌及殘留情況確定下次爆破藥量及布藥位置，再重復(fù)上述操作進(jìn)行爆破，直至全部清除結(jié)焦體。

裸露藥包藥量的計(jì)算

爐內(nèi)除焦爆破宜采取單次單炮進(jìn)行。單個(gè)藥包藥量根據(jù)類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，并按藥包與前后壁水冷壁管不同距離爆炸產(chǎn)生的空氣沖擊波超壓不超過(guò)安全允許標(biāo)準(zhǔn)為確定原則，依靠模擬實(shí)驗(yàn)，以小藥量先從中部開(kāi)始再向兩壁逐次增加的辦法最后確定合適的藥量。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，單個(gè)藥包藥量計(jì)算采用以下經(jīng)驗(yàn)公式確定:

Q = A×B×Rp3（1）

式中: Q 為藥包重量 kg；A為炸藥性質(zhì)系數(shù)，因焦體的堅(jiān)固性和選用炸藥的種類(lèi)而異，本設(shè)計(jì)取 A = 1.8；B為裝藥和覆蓋的密實(shí)系數(shù)，本工程為裸露爆破取 B =9；Rp為每次爆破預(yù)估破壞半徑，m；本工程要求每次爆破破壞的最大半徑Rp≤ 0.6 m.

上式引自露天裸露藥包經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，其參數(shù)取值參考的介質(zhì)為中硬以上致密巖石，實(shí)際裝藥時(shí)根據(jù)具體投放位置按該式計(jì)算結(jié)果取小值試爆后，在逐次按10%的增減量調(diào)整，分次實(shí)施爆破，其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

圖1 結(jié)焦體部位及裸露藥包布置示意圖

圖2 耐高溫起爆藥包結(jié)構(gòu)示意圖

表1 熱電廠(chǎng)鍋爐結(jié)焦體單次爆破用藥量計(jì)算表

爆破器材

炸藥選用乳化炸藥（Φ32mm×0.2kg）。雷管選用導(dǎo)爆管雷管。隔溫棉片選用硅酸鋁耐火纖維棉，經(jīng)試驗(yàn)此棉布耐高溫性能好。其他材料包括:遠(yuǎn)紅外溫度檢測(cè)儀、塑料連接管、耐高溫膠布、2#鐵絲、夾鉗、各種長(zhǎng)度（3～6m）的竹桿、黃泥、灰漿等。

安全控制

爆破沖擊波的驗(yàn)算

（1）對(duì)爐外人員爆破沖擊波安全距離驗(yàn)算

爆破所產(chǎn)生的沖擊波，主要是由于炸藥爆炸時(shí)所產(chǎn)生的高溫高壓氣體瞬間壓縮周?chē)目諝?，使空氣中的壓力突躍上升而形成空氣沖擊波。此次工程裸露爆破對(duì)人員的安全距離確定可用下式計(jì)算

式中:R為最小安全距離，m；Q為最大段起爆藥量，Q=3.2kg

計(jì)算得 R=36m，藥包起爆時(shí)，要求所有人員撤離至距爆破點(diǎn)50m以外，故完全能滿(mǎn)足安全要求。

（2）對(duì)爐內(nèi)水冷壁管的沖擊波破壞效應(yīng)安全驗(yàn)算:

對(duì)管壁沖擊波破壞影響可參照平坦地形條件下空氣沖擊波超壓值計(jì)算公式:

式中:△P為空氣沖擊波超壓值，105Pa；Q為一次爆破的梯恩梯炸藥當(dāng)量，秒延時(shí)爆破為最大一段藥量，毫秒延時(shí)爆破為總藥量，kg；R為裝藥至保護(hù)對(duì)象的距離，m。

經(jīng)計(jì)算不同藥量不同距離處的超壓值如表2所示。

表2 空氣沖擊波超壓值計(jì)算表

查有關(guān)文獻(xiàn)和類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，為確保爐內(nèi)水冷壁管不受爆破沖擊波的破壞，要求爆破空氣沖擊波的超壓值不得超過(guò)805Pa，上式計(jì)算結(jié)果均符合要求。從上表超壓計(jì)算結(jié)果表明，不同藥包藥量嚴(yán)格按照上表與管壁的對(duì)應(yīng)最小安全距離布置時(shí)，可保證鍋爐內(nèi)水冷壁的安全。

施工中的安全保障措施

（1）藥包加工。盡量采用常規(guī)炸藥實(shí)施爆破，故全部選用Ф32型乳化炸藥作為起爆藥包。每次起爆的單個(gè)藥包的用量應(yīng)按具體安放的位置確定。

（2） 藥包安放布置。為便于爆破后結(jié)焦體能安全快速清運(yùn)，要求對(duì)結(jié)焦體從下往上逐層接觸爆破。因此，需在鍋爐排渣口下方前、后壁位置選適當(dāng)部位預(yù)先開(kāi)設(shè)1-2個(gè)操作窗，每次爆破時(shí)，從此操作窗按照?qǐng)D1所示的藥包安放布置方法將藥包從爐外投送到結(jié)焦體底面上。

實(shí)踐表明，要使?fàn)t體中的水冷壁管避免因爆炸沖擊波造成的危害，藥包體包裹層至少大于100mm，藥包距離水冷壁管應(yīng)大于0.4m。爆破順序應(yīng)先從前后壁間中部即焦體搭橋中部底面開(kāi)始，從下至上，藥量從小逐次增大，爐內(nèi)最大藥量不得超過(guò)3.2kg，并與前后壁間距減少而隨之減少裝藥量。當(dāng)藥包與水冷壁管間距小于400mm時(shí)禁止爆破。

（3）溫度控制有兩種方法:隔熱法，用隔溫棉片隔熱；注水降溫法，往爐內(nèi)噴灑水，使?fàn)t焦降溫。本工程綜合采用藥包隔熱和整體灑水降溫，即在投放藥包過(guò)程中不斷在藥包附近灑水。

（4）人員防護(hù):進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)人員須穿戴齊全所有勞保安全防護(hù)用品。單次起爆的藥包總數(shù)不得超過(guò)2個(gè)，每人放置藥包不得超過(guò)1個(gè)。放置投放藥包前必須測(cè)試好起爆網(wǎng)路，放置藥包的時(shí)間不得超過(guò)2min，藥包放置到起爆的總時(shí)間不得超過(guò)5min。

爆破效果與體會(huì)

由于該工程采用了耐高溫控制爆破技術(shù)，并采取了嚴(yán)格的安全技術(shù)及管理措施，經(jīng)過(guò)5天的緊張施工，快速清除了鍋爐內(nèi)的爐結(jié)，對(duì)水冷壁管等鍋爐內(nèi)設(shè)施和周?chē)脑O(shè)備均沒(méi)有造成損傷，除焦工程取得了非常好的爆破效果，得到業(yè)主的肯定。此次實(shí)踐總結(jié)出以下幾點(diǎn)體會(huì):

（1）高溫環(huán)境下實(shí)施爆破作業(yè)，其風(fēng)險(xiǎn)比常規(guī)爆破施工高，需要嚴(yán)格遵守相關(guān)法律規(guī)程的要求，特別是對(duì)爆破器材的隔熱防護(hù)，要細(xì)心周密，確保萬(wàn)無(wú)一失。

（2）爆破清除爐結(jié)工作在鍋爐內(nèi)部實(shí)施，對(duì)水冷壁管等鍋爐內(nèi)部構(gòu)件的保護(hù)非常重要，需對(duì)每一次爆破的藥量根據(jù)距水冷壁管的距離不同進(jìn)行優(yōu)化控制，既要取得最佳的爆破效果，又不能造成任何損傷。

（3）在電廠(chǎng)鍋爐正常運(yùn)行的情況下進(jìn)行爆破除焦施工，作業(yè)周?chē)h(huán)境復(fù)雜，爆破的施工組織管理工作尤其重要，由于制定了嚴(yán)密的安全防范措施并嚴(yán)格執(zhí)行，并加強(qiáng)了施工過(guò)程的安全管理和施工組織管理，嚴(yán)格貫徹、落實(shí)安全責(zé)任制度，爆破過(guò)程安全無(wú)事故。

申榮光 楊英明 羅忠締

貴州省銘豪爆破監(jiān)理有限公司

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.22.001