蒸汽鍋爐爆炸原因分析

李淼　周志勇　周升升　鄧欽球

摘 要：鍋爐是具有高溫、高壓的熱能設(shè)備，是特種設(shè)備之一，一旦發(fā)生事故，涉及公共安全，將會(huì)給國(guó)家和人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。本文對(duì)一例蒸汽鍋爐爆炸的原因進(jìn)行分析，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)、成分分析、力學(xué)性能分析、焊接檢查等鑒定分析手段，找出蒸汽鍋爐爆炸原因。本文所用的分析方法有助于失效分析人員根據(jù)現(xiàn)象分析和判斷蒸汽鍋爐爆炸的原因。

關(guān)鍵詞：蒸汽鍋爐；爆炸；焊縫焊接；安全閥；橫水管

中圖分類號(hào)：TK228 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）10-0079-03

鍋爐是生產(chǎn)水蒸氣和高溫水的設(shè)備，由于它能提供動(dòng)力和熱能。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，鍋爐設(shè)備日益廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的各個(gè)部門，成為發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要熱工設(shè)備之一[1]。鍋爐既是工業(yè)中常見(jiàn)的設(shè)備，又是具有潛在爆炸危險(xiǎn)的特殊設(shè)備。鍋爐在正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)中儲(chǔ)存著大量的熱能，它不僅要承受高溫高壓，還要承受介質(zhì)侵蝕和飛灰磨損，工作環(huán)境比較惡劣。一旦某些原因促使儲(chǔ)能意外釋放，就會(huì)造成財(cái)產(chǎn)損失以至人員傷亡。近年來(lái)，我國(guó)鍋爐爆炸的事故屢有發(fā)生，給經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)文明帶來(lái)了較大影響[2]。本文通過(guò)科學(xué)客觀的檢測(cè)手段，對(duì)爆炸后的蒸汽鍋爐進(jìn)行了全面系統(tǒng)的分析，查找出產(chǎn)生爆炸的根本原因，為今后蒸汽鍋爐的失效分析提供技術(shù)思路。

1 案情資料

XXXX年XX月XX日，某廠內(nèi)發(fā)生爆炸，爆炸的鍋爐造成三個(gè)車間坍塌。為查明真相，某地公安局委托我單位對(duì)前述事項(xiàng)進(jìn)行物證鑒定，我單位受理了此鑒定。

2 分析過(guò)程

2.1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查時(shí)，發(fā)現(xiàn)涉案鍋爐的橫水管、爐膽有變形（見(jiàn)圖1所示）。現(xiàn)場(chǎng)涉案鍋爐的分汽包有4個(gè)閥門，進(jìn)氣閥門處于開(kāi)啟狀態(tài)。

涉案鍋爐的安全閥采用彈簧式安全閥，安全閥與鍋爐本體連接管道斷裂，脫離鍋爐本體。涉案鍋爐蒸汽閥門與本體斷裂分離（見(jiàn)圖2所示）。涉案鍋爐爐膽變形呈向中心凹陷狀態(tài)，鍋爐本體在投煤門圈（與爐膽、鍋殼焊接處）內(nèi)外兩側(cè)處發(fā)生開(kāi)裂，裂紋成環(huán)狀，外側(cè)長(zhǎng)度約20cm，內(nèi)側(cè)開(kāi)裂長(zhǎng)度約30cm。涉案鍋爐底座無(wú)固定螺栓。投煤門圈上缺失爐蓋。與涉案鍋爐連接的蒸汽出口閥、安全閥、進(jìn)水管排污管、水位計(jì)引出管的連接管路均在事故后與涉案鍋爐斷裂脫離（見(jiàn)圖3所示）。

2.2 涉案鍋爐成分分析

依據(jù)GB/T 4336-2002《碳素鋼和中低合金鋼多元素含量的測(cè)定火花放電原子發(fā)射光譜法（常規(guī)法）》[3]對(duì)涉案鍋爐本體、橫水管所用材質(zhì)進(jìn)行成分分析，其成分見(jiàn)表1、表2所示：

通過(guò)對(duì)涉案鍋爐本體、橫管化學(xué)成分分析可知，涉案鍋爐本體材料為Q235，橫管材料為20#鋼，符合圖紙技術(shù)要求。

2.3 涉案鍋爐力學(xué)性能檢測(cè)

對(duì)涉案鍋爐本體所用材料的力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表3所示。

2.4 涉案鍋爐焊接檢查

根據(jù)GB/T 6417.1-2005《金屬熔化焊接頭缺欠分類及說(shuō)明》[4]中所表述的焊接缺欠分類及說(shuō)明，發(fā)現(xiàn)涉案鍋爐投煤門圈與爐膽（板厚10mm）焊接的角焊縫存在未焊透（未焊透深度大于5mm），且焊接位置與圖紙要求不符，圖紙要求單面開(kāi)坡口角焊縫焊接，涉案鍋爐采用的則是未開(kāi)坡口雙面角焊縫；投煤門圈與鍋殼（板厚8mm）焊接的角焊縫存在未焊透現(xiàn)象（無(wú)有效熔深）（見(jiàn)圖4所示），不符合圖紙要求。同時(shí)也不符合JB/T 1613-1993《鍋爐受壓元件焊接技術(shù)條件》[5]中5.3條“主要受壓元件的主焊縫（鍋筒、鍋殼、爐膽或集箱的縱縫和環(huán)縫，封頭、管板或下腳圈的拼接焊縫等）應(yīng)采用全焊透性焊縫”的要求。

2.5 安全閥檢查

將涉案鍋爐的安全閥進(jìn)行拆解檢查和觀察銘牌，發(fā)現(xiàn)該安全閥為彈簧全啟式安全閥，且安全封完好（見(jiàn)圖5所示），彈簧可動(dòng)作，安全閥的反沖盤與導(dǎo)向套發(fā)生銹蝕，不能相互運(yùn)動(dòng)（見(jiàn)圖6所示），安全閥失效，不能起到泄壓保護(hù)作用。

2.6 涉案鍋爐橫水管檢查

對(duì)涉案鍋爐橫水管進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)橫水管存在水垢等影響熱傳導(dǎo)的異?，F(xiàn)象。依據(jù)GB/T 13298-2015《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》[6]對(duì)涉案鍋爐橫水管所用材料進(jìn)行金相分析，發(fā)現(xiàn)橫水管的金相組織主要是鐵素體+珠光體（見(jiàn)圖7所示），局部存在魏氏組織（見(jiàn)圖8所示）以及晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象（見(jiàn)圖9所示）。

3 結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)涉案鍋爐檢查和查閱涉案鍋爐的相關(guān)資料，涉案鍋爐在初始安裝時(shí)安全閥檢驗(yàn)合格，壓力表檢驗(yàn)合格，涉案鍋爐允許運(yùn)行。但是涉案鍋爐運(yùn)行后安全閥無(wú)2010年后的校驗(yàn)記錄，不符合《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中第146條“在用鍋爐的安全閥每年至少應(yīng)校驗(yàn)一次”的要求。涉案鍋爐的安全閥在使用期間未按規(guī)定進(jìn)行校驗(yàn)，安全閥已經(jīng)失效，失去安全保護(hù)作用。

通過(guò)“2.4涉案鍋爐焊接檢查”分析可知，涉案鍋爐的投煤門圈與爐膽的角焊縫處和投煤門圈與鍋殼之間的角焊縫均存在未焊透現(xiàn)象，不符合圖紙要求，同時(shí)不符合JB/T1613-1993《鍋爐受壓元件焊接技術(shù)條件》中5.3條“主要受壓元件的主焊縫（鍋筒、鍋殼、爐膽或集箱的縱縫和環(huán)縫，封頭、管板或下腳圈的拼接焊縫等）應(yīng)采用全焊透性焊縫”的要求。

根據(jù)委托人提供的調(diào)查筆錄截圖可知，涉案鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中存在過(guò)燒的可能，由“2.6涉案鍋爐橫水管檢查”可知橫水管金相局部存在魏氏組織和晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象，此現(xiàn)象與橫水管受到異常高溫有關(guān)。

4 結(jié)語(yǔ)

涉案鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中，因操作原因?qū)е律姘稿仩t壓力升高，涉案鍋爐的安全閥超期未檢并失效，存在涉案鍋爐爆炸的安全隱患；導(dǎo)致涉案鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中超過(guò)涉案鍋爐的額定蒸汽壓力（0.4Mpa）時(shí)，安全閥不能泄壓；同時(shí)，涉案鍋爐在投煤門圈與爐膽和鍋殼焊接處存在嚴(yán)重未焊透的現(xiàn)象，造成涉案鍋爐焊縫性能降低，導(dǎo)致涉案鍋爐壓力從焊接薄弱處釋放導(dǎo)致爆炸事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]奚士光，吳味隆，蔣君衍.鍋爐及鍋爐房設(shè)備（第三版）[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1995.

[2]牛國(guó)慶，徐志勝，徐彧，崔輝，王海娟.鍋爐爆炸原因分析與事故后果模擬[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005，（6）：909-912.

[3]GB/T 4336-2002.碳素鋼和中低合金鋼 多元素含量的測(cè)定火花放電原子發(fā)射光譜法（常規(guī)法）[S].

[4]GB/T 6417.1-2005.金屬熔化焊接頭缺欠分類及說(shuō)明[S].

[5]JB/T 1613-1993.鍋爐受壓元件焊接技術(shù)條件[S].

[6]GB/T 13298-2015.金屬顯微組織檢驗(yàn)方法[S].