锅炉事故案例分析与检验对策

锅炉事故案例分析与检验对策.1特种设备事故的定义按照《特种设备事故报告和调查处理规定》（总局第115号令），特种设备事故是指因特种设备的不安全状态或者相关人员的不安全行为，在特种设备制造、安装、改造、维修、使用（含移动式压力容器、气瓶充装）、检验检测活动中造成的人员伤亡、财产损失、特种设备严重损坏或者中断运行、人员滞留、人员转移等突发事件。特种设备事故的分类根据《特种设备安全监察条例》的规定，特种设备事故按照直接经济损失、人员伤亡和社会影响、设备损坏形式等因素将特种设备事故分为特别重大事故、重大事故、较大事故和一般事故。其中突出列入锅炉爆炸和因安全故障中断运行的突发事件；一、锅炉事故特征锅炉常见事故种类锅炉事故有水蒸气爆炸、超压、满水、缺水、汽水共腾、炉管爆破、炉膛爆炸、烟道爆炸、二次燃烧、锅炉结渣等事故种类。1、锅炉爆炸事故1)水蒸气爆炸。锅炉中锅筒、集箱和管束在正常工作时，处于水、汽两相共存的饱和状态，或者是充满了饱和水，其压力等于或接近锅炉的工作压力，水的温度则是该压力对应的饱和温度。一旦破裂，容器内液面上的压力瞬即下降为大气压力，一部分瞬时汽化，体积骤然膨胀许多倍，在周围空间形成爆炸。2)超压爆炸。由于安全阀、压力表不齐全、损坏或装设错误，操作人员擅离岗位或放弃监视责任，关闭或关小出汽通道，无承压能力的生活锅炉改作承压蒸气锅炉等原因，致使锅炉主要承压部件筒体、封头、管板、炉胆等承受的压力超过其承载能力而造成的锅炉爆炸。4一、锅炉事故特征3)缺陷爆炸。锅炉承受的压力并未超过额定压力，但因锅炉主要承压部件出现裂纹、严重变形、腐蚀、组织变化等情况，导致主要承压部件丧失承载能力，突然大面积破裂爆炸。4)严重缺水爆炸。直接受火焰加热的锅筒、封头、管板、炉胆等部件，一旦严重缺水，上述主要受压部件得不到正常冷却，甚至被烧，金属温度急剧上升甚至被烧红，长时间缺水干烧的锅炉会爆炸。如果给严重缺水的锅炉上水，往往酿成爆炸事故。2．锅炉运行事故1)缺水事故。当锅炉水位低于水位表最低安全水位刻度线时，水位表内往往看不到水位，表内发白发亮；低水位警报器动作并发出警报；过热蒸汽温度升高；给水流量不正常地小于蒸汽流量，形成了锅炉缺水事故。2)满水事故。锅炉水位高于水位表最高安全水位刻度线，水位表内看不到水位，但表内发暗，高水位报警器动作并发出警报，过热蒸汽温度降低，给水流量不正常地大于蒸汽流量。严重满水时，锅水可进入蒸汽管道和过热器，造成水击及过热器结垢。5一、锅炉事故特征3)汽水共腾。锅炉蒸发表面(水面)汽水共同升起，产生大量泡沫并上下波动翻腾，水位表内也出现泡沫，水位急剧波动，汽水界线难以分清；过热蒸汽温度急剧下降；严重时，蒸汽管道内发生水冲击，使蒸汽带水，降低蒸汽品质，造成过热器结垢及水击振动，损坏过热器或影响用气设备的安全运行。4)锅炉爆管。锅炉蒸发受热面管子在运行中爆破，包括水冷壁、对流管束管子爆破及烟管爆破。炉管爆破时，往往能听到爆破声，随之水位降低，蒸汽及给水压力下降，炉膛或烟道中有汽水喷出的声响，负压减小，燃烧不稳定，给水流量明显地大于蒸汽流量，有时还有其他比较明显的症状。5)省煤器损坏。由于省煤器管子破裂或省煤器其他零件损坏，给水流量不正常地大于蒸汽流量；严重时，锅炉水位下降，过热蒸汽温度上升；省煤器烟道内有异常声响，烟道潮湿或漏水，排烟温度下降，烟气阻力增大，引风机电流增大。省煤器损坏会造成锅炉缺水而被迫停炉。6一、锅炉事故特征6)过热器损坏。过热器爆管后，蒸汽流量明显下降，且不正常地小于给水流量；过热蒸汽温度上升压力下降；过热器附近有明显声响，炉膛负压减小，过热器后的烟气温度降低。7)水击事故。水在管道中流动时，因给水管道和省煤器管道的阀门启闭过于频繁，上锅筒内水位低于给水管出口而给水温度又较低时，大量低温进水造成蒸汽凝结等原因，速度突然变化导致压力突然变化，形成压力波并在管道中传播，管道承受的压力骤然升高，发生猛烈振动并发出巨大声响，常常造成管道、法兰、阀门等的损坏。锅炉中易于产生水击的部位有：给水管道、省煤器、过热器等。8)炉膛爆炸。因为设计上缺乏可靠的点火装臵及可靠的熄火保护装臵及联锁、报警和跳闸系统，炉膛及刚性梁结构抗爆能力差，制粉系统及燃油雾化系统有缺陷。或在运行过程中操作人员误判断、误操作，导致炉膛内积存的可燃性混合物瞬间同时爆燃，从而使炉膛烟气侧压力突然升高，超过了设计结构的允许值而造成水冷壁、刚性梁及炉顶、炉墙破坏的现象，即正压爆炸。此外还有负压爆炸，即在送风机突然停转时，引风机继续运转，烟气侧压力急降，造成炉膛、刚性梁及炉墙破坏的现象。7一、锅炉事故特征9)尾部烟道二次燃烧。当燃油锅炉上运行中燃烧不完全时，部分可燃物随着烟气进入尾部烟道，积存于烟道内或粘附在尾部受热面上，在达到一定的温度及有一定量的空气的条件下，这些可燃物自行着火燃烧，尾部烟道二次燃烧常将空气预热器、省煤器破坏。10)锅炉结渣。由于煤的灰渣熔点低，燃烧设备设计不合理，运行操作不当等原因，灰渣在高温下粘结于受热面、炉墙、炉排之上，并越积越多的现象。燃煤层燃炉、沸腾炉、煤粉炉都有可能结渣。结渣使受热面吸热能力减弱，降低锅炉的出力和效率；局部水冷壁管结渣会影响和破坏水循环，甚至造成水循环故障；结渣会造成过热蒸汽温度的变化，使过热器金属超温；严重的结渣会妨碍燃烧设备的正常运行，甚至造成被迫停炉。8一、锅炉事故特征3)锅炉事故的危害性由于锅炉正常运行时，锅筒内充满了高温、高压的水蒸气或汽水混合物，炉内承受着高达1000℃左右的高温、腐蚀性、氧化性的火焰或烟气的直接辐射及液态融渣的腐蚀，系统中储存着大量的热能，因超温、超压、腐蚀和应力变化产生交变热应力、弹性变形过大，结构失稳，蠕变疲劳、苛性脆化等原因极易引发事故；另外锅炉因操作人员的失误和仪表的失灵而造成超载，倘若安全装臵有故障或失效，也经常酿成事故。一旦发生锅炉爆炸事故，由于受压元件的某些部位超过了材料的极限强度，薄弱处发生断裂，储存在锅炉中的饱和水蒸汽立即从破口处冲出来，瞬间锅内压力降至外界大气压力，高温的饱和水靠自身的潜热气化使锅内一部分饱和水剧烈汽化、膨胀，造成压力再次升高，裂口进一步扩大，气体急剧膨胀，使体积在瞬间膨胀几百倍，形成强大的冲击波，对周围的人和物造成严重的破坏和伤亡，并造成重大经济损失和较大社会影响的严重后果。9二.锅炉主要失效模式和机理（一）锅炉主要的失效模式承压设备的失效是指承压设备在规定的使用环境和时间内，由于载荷或温度过高导致尺寸、形状或者材料性能变化，从而危及安全或者丧失正常工作功能的现象。锅炉的失效分类较多，一般可分为过量变形、疲劳、腐蚀、蠕变、磨损、脆性断裂和塑性断裂等，均可归纳为强度失效、刚度失效、失稳失效和泄漏失效四大类。失效的最终表现形式均为过度变形、断裂和泄漏。10二.锅炉主要失效模式和机理1、过量变形失效。部件工作过程中承受载荷增大到一定程度，变形超过设计极限，使部件失去原有功能而失效。常见的有扭曲、拉长、高低温下的蠕变、弹性元件永久变形等；2、疲劳失效。部件工作过程中承受交变载荷和循环载荷的作用，应力水平低于材料的抗拉强度而发生的断裂。主要有高周疲劳断裂、低周疲劳断裂、腐蚀疲劳断裂、高温疲劳断裂、热疲劳断裂等形式；3、腐蚀失效。金属材料受周围环境介质的化学与电化学作用而引起损坏。常见的主要类型有：高温氧化、高温腐蚀、烟气腐蚀、应力腐蚀、电腐蚀、晶间腐蚀、氧的浓度差腐蚀、垢下腐蚀、氢腐蚀等。4、蠕变失效。材料在恒温恒应力的长期作用下发生缓慢塑性变形的现象称为金属蠕变。由金属蠕变而导致材料的开裂称为蠕变开裂失效。二.锅炉主要失效模式和机理5、磨损失效。磨损指由于机械摩擦作用造成表面材料逐渐损耗。由于材料磨损引起的产品丧失应有的功能称为磨损失效。通常，按照磨损机理和磨损系统中材料与磨料、材料与材料之间的作用方式划分，磨损的主要类型可分为磨料磨损、粘着磨损、冲蚀磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损等类型。6、脆性断裂失效。断裂前没有宏观塑性变形或塑性应变很小，即延伸率、断裂应变或断裂功很小，断裂速度快而吸收能量较低的断裂称为脆性断裂。脆性断裂主要有低温断裂、氢致开裂、应力腐蚀开裂、疲劳开裂、蠕变开裂。7、韧性断裂失效。塑性变形失效是零件的实际所受工作应力超过材料的屈服强度，在断裂前有一定程度的塑性变形的失效称为塑性断裂失效。12二.锅炉主要失效模式和机理(二)应力损坏机理1、损坏机理和种类：主要是由于锅炉的结构以及对机组启停过程中的温度与压力变化速率控制不当等原因造成的。对于四角为直角结构的锅炉，由于高温下钢板脱碳产生晶间裂纹会逐渐形成宏观裂纹，这些裂纹发展到鳍片和水冷壁管后所产生环形裂纹将致使水冷壁爆管。对于螺旋管圈水冷壁，由于其墙孔四周水冷壁与水冷套受热不一致而产生的应力常将墙孔附近的水冷壁管拉裂。锅炉水冷壁各种开孔处的曲率半径过小，亦会造成应力集中并最终拉裂管子。锅炉启停过程中，锅炉下部前后拱与两侧墙之间的结合部分也会发生膨胀不畅造成应力集中，使管子拉裂。热膨胀的差异和锅炉部件之间膨胀方向的不同，造成与入口联箱和出口联箱连接的管束、穿过炉墙或炉顶的管束、以及管束附件膨胀受阻，导致局部应力集中，长期作用就极易引发泄漏。13二.锅炉主要失效模式和机理2、主要原因：（1）整体膨胀不均，局部应力超标；（2）炉膛局部灭火；（3）长期运行，在加、减负荷时管壁温度交变应力而造成疲劳损坏；（4）异种钢结构之间的连接存在较大的温差应力；（5）支吊架出现裂痕，管排形成局部应力超标；（6）水冲击产生温度交变应力，如减温水喷射雾化不好，减温器套筒出口部位、盲肠管道与主干管连接部分疏水回流产生温度交变应力；（7）在机组启动或停止过程中，温度变化超过规定值；（8）机械振动形成交变应力，如疏水管道固定在钢结构上时，在集箱随炉体晃动过程中，疏水管根部形成机械交变应力；（9）锅炉蒸发受热面产生脉动。在直流锅炉蒸发受热面中可能产生全炉脉动，管间脉动和管屏间脉动，可产生巨大的应力。14二.锅炉主要失效模式和机理（三）磨损机理燃煤锅炉受热面内部是高温高压、超高压的汽、水在流动，使其承受很大的工作压力和各种温差应力；外部是带有固体颗粒或腐蚀成分的高温烟气在冲刷磨损，从而逐渐使受热面管壁变薄。对各部受热面的内外冲刷必然导致管道的磨损。一般分为飞灰磨损和机械磨损。1、飞灰磨损：机理是携带有灰粒和未完全燃烧燃料颗料的高速烟气通过受热面时，粒子对受热面的每次撞击都会x削离掉极微量的金属，从而逐渐使受热面管壁变薄。主要原因：①煤质变化大，灰分量超过设计值的高限；②烟气短路，局部烟速过高；③受热面积灰，烟气通流面积减少，使得单侧或局部烟气流速高；④炉墙存住漏风、漏灰点；⑤燃烧器开裂，煤粉冲刷附近的管子；⑥在烟道内存较大的转折点或流道面积突然缩小。15二.锅炉主要失效模式和机理2、机械磨损：在安装、运行和检修过程中，如果受热而管子未固定牢或管卡受热变形，管排就会发生振动并与管卡发生碰撞磨损造成机械磨损而漏泄。主要原因：①管排间或管子之间的固定件失效或安装、设计不合理；②吹灰器卡涩，蒸汽长期吹扫，管子表面损伤；③受热面之间热态膨胀后相互接触碰撞；④燃烧器与附件管子之间距离太近，长期振动或调整角度时摩擦碰撞形成损伤；⑤介质管道缩口、扩口区域或转弯较大的区域，介质长期冲刷减薄。16二.锅炉主要失效模式和机理（四）腐蚀机理锅炉受热面的腐蚀主要是烟气侧腐蚀和工质侧腐蚀。1、烟气侧腐蚀：烟气侧腐蚀是指处于高温烟气环境中的炉内水冷壁管在具有高的管壁温度时所发生的锈蚀现象，主要表现为硫腐蚀，其产生于不完全燃烧而生成CO的还原性气体中，主要有硫酸盐型(M2SO4)和硫化物型两种。主要原因:①燃烧器变形、损坏，致使火焰偏斜、扫膛；②负压过大，供氧不足，近水冷壁处产生还原性气体；③配风不当，供粉失调；④管子表面积灰、结焦；⑤停炉冲洗，炉子未及时烘干。17二.锅炉主要失效模式和机理2、工质侧