摘要：作为实际运行过程中重要的承压设备，承压蒸汽锅炉容易受到工作环境以及工作负荷的影响，形成事故隐患。文章结合施工实际，主要针对承压蒸汽锅炉常见的事故以及相应预防措施进行简单的探讨分析，旨在促进锅炉的安全运行。
关键词：锅炉；事故分析；预防措施
锅炉压力容器在工业发展中发挥着十分重要的作用，是承压设备的一种，由于长时间运行受到持续较大负荷，存在安全隐患。锅炉安全事故对于人体和周围环境都会产生严重的影响。因此，对锅炉常见的安全事故进行详细的分析和预防，对于保证锅运行使用的安全性有着重要意义。
1.承压蒸汽锅炉事故
从技术角度按照设备的损坏程度，承压蒸汽锅炉可分为三种类型：
（1）普通事故，是指没有导致锅炉重大损坏的事故，如发生爆管，或者其他承压部件泄漏等影响锅炉安全运行，但未造成其他伤害；
（2）较严重事故，是指造成锅炉受损严重，必须停炉大修的事故，如锅炉筒体、封头、管板、炉胆、炉胆顶、下脚圈、集箱等主要承压部件严重变形或者泄漏，炉膛爆炸导致炉墙倒塌或者钢架严重变形等；
（3）失效事故，是指承压蒸汽锅炉的关键部位在受压状态下瞬间严重开裂，使炉内压力急剧下降到大气压，在失效的瞬间，从裂口处喷出的高温高压的汽水降至大气压时迅速汽化导致体积急剧膨胀，能量快速释放，绝大部份能量只能作用于锅炉，在喷射的反作用力下造成锅炉位移，对于立式锅炉，一般会造成锅炉本体腾空而起，高度几米至十几米，距离十几米至几十米，对于卧式锅炉一般会造成严重位移，位移距离往往几十米甚至上百米，并且此类事故在发生的瞬间造成汽浪冲击，该类事故能够摧毁和震坏建筑物造成严重破坏和伤亡。
2.普通事故的预防和处理措施
当水硬度高时，若水处理设备不完善，容易导致锅炉内部结垢严重，受热面传热恶化，锅炉换热频繁部位容易过烧、变形、泄漏，如水冷壁管、对流管、立式锅炉横水管、炉排管等。此类管道由于长期受热，水垢产生后附着于管子内壁，导致传热恶化，导致管子外壁长期超温，在高温和应力的作用下，金属内部晶界处产生珠光体碳化物球化并增大，产生二次再结晶的粗大晶粒，同时发生蠕变，在晶界处先产生微裂纹，当壁温达到了金属抗氧化临界温度以上，管子内壁保护膜被高温汽水混合物氧化产生一层较厚氧化铁，由于金属跟氧化铁热膨胀量不一致，氧化铁层受应力作用，并在高温汽水混合物的作用下，氧化铁层最终会出现裂纹，裂纹出现后，新的金属没有保护膜，在金属拉应力和内壁汽水混合物的作用下发生腐蚀，加快裂纹的深度发展，造成沿晶界的应力腐蚀裂纹，最终导致事故发生。或者水垢生成速率太快，在内壁附着超过3 mm，外壁温度迅速升高，这种情况下金属蠕变速率持续增加，直至破裂[1]。
使用单位应建立健全安全管理制度，完善管理操作规程及应急预案，完善水处理设备，加强司炉人员及水处理人员的培训，要求司炉人员严格按照相关规定使用，在有条件的情况下，定期进行水质化验，能很好地防止此类事故发生。
3.较严重事故的预防和处理措施
锅炉筒体、封头、管板、炉胆、炉胆顶、下脚圈、集箱等主要承压部件并不属于换热频繁部位，在发生普通事故时，这些部件往往从外部还无法观察到异常，但其实已经有水垢堆积，使用单位若不进行清理，同时也未加强水质管理，这些地方水垢堆积量继续增加，到无法换热后过烧、变形甚至泄漏，如某单位立式锅炉下脚圈变形后打开检验，发现水垢由下脚圈堆积至筒体，水垢堆积厚度达380 mm，此时水垢堆积部位换热能力基本失效，长期累积导致事故发生；又如某企业卧式锅壳锅炉锅筒底部鼓包，停炉检验发现锅筒底部鼓包位置水垢堆积严重，该炉火焰经过该处时换热不及时，长期运行导致过烧、变形[2]。此种情况金属失效过程较为缓慢，主要由高温蠕变引起，金属高温蠕变应力主要来源于晶粒内的位错滑移和晶粒间的运动，蠕变过程缓慢而不可逆，在蠕变开始时，晶粒因为位错滑移产生变形，此时晶粒与晶界、晶粒相互干涉导致应力集中，同时，通过局部晶粒产生变形带或扭折带导致松弛，这一阶段金属内部硬化大于松弛，蠕变速率下降。当晶粒被变形带或者扭着带分割，通过刃型位错的攀移-多边化过程产生亚结构，这种亚结构的大小随温度增加而增加，此时运行锅炉加快了蠕变速率，当蠕变进行到一定时候，将导致晶界运动。晶界有两种运动方式：晶界滑移，即晶界在切应力作用下，在晶界面上相互移动，晶界迁动，即晶界在垂直于晶界方向上的运动。在一般情况下晶界滑移与晶界迁动不可能单独进行，晶界滑移所产生的应力要由晶界迁动来消除后才能继续进行，但受热应力影响，晶界迁动不能及时进行，导致晶界交点处应力集中，当应力超过晶界结合力时，出现晶间裂纹，随着时间累积，裂纹不断扩张和出现新裂纹，直至金属失效或者破裂。
使用单位应定期进行内部检查，发现水垢应及时清理，尤其是发生普通事故时，应对锅炉进行全面清理，能很好地防止此类事故发生[3]。
4.失效事故的预防和处理措施
锅炉失效有两种情况，一是超过锅炉设计压力导致锅炉失效，导致锅炉超过设计压力的原因可能有：（1）安全阀、压力表全部失灵；（2）操作人员擅离职守或玩忽职守，安全阀失灵；（3）锅炉设计或制造有最大缺陷。二是正常压力下锅炉失效，导致正常压力下的原因可能有：（1）锅炉缺水，承压部件过热后进水，导致锅炉失效；此次失效事故就属于这种情况；（2）改造不当，造成改造后结构不符合要求；（3）修理质量过差，导致锅炉承压能力下降；（4）制造缺陷在运行过程中发展到不能承受正常运行压力；（5）锅炉承压部件严重腐蚀减薄，无法承受正常工作压力；（6）苛性脆化导致承压部件强度降低；（7）承压部件扳边圆弧处裂纹扩展，导致应力集中使部件突然破裂。
锅炉缺水或承压部件过热后进水导致锅炉失效是非常严重的锅炉失效事故，由于承压部件过热后强度降低，进水后压力急剧升高，此时炉内压力可能瞬间超过设计压力，此次事故因为事故发生地没有监控，无法准确判断，但经后续调查和分析，事故发生时，安全阀处于开启状态，经检验机构拆卸后描述为“反冲盘导向套与反冲盘，有过热迹象且严重粘死，密封面有轻微锈蚀”。锅炉位移距离达18米，如图1。
图1 事故现场位置示意图
具体事故分析如下。
（1）炉胆封头、冲天管受炉膛火焰及高温烟气最强烈的冲刷部位，炉胆封头及炉胆水垢较厚造成金属传热效果差，缺水后造成冲天管、炉胆封头、炉胆过热。
图2 锅炉受损示意图
（2）操作人员违规操作，未按《锅炉安全技术监察规程》第8.1.7（1）锅炉水位低于水位表最低可见边缘时，应当立即停炉。锅炉进水后造锅内的水瞬间汽化，压力急剧增高。
（3）安全阀委托鉴定报告可以得出安全阀在事故发生时是处于开启状态。
（4）过热后的冲天管、炉胆、炉胆封头钢材的强度急剧下降，造成冲天管、炉胆封头、炉胆变形，炉胆封头撕裂（锅炉炉胆封头是锅炉应力集中及强度薄弱区域）。从裂口处喷出的高温高压的汽水降至大气压时迅速汽化导致体积急剧膨胀，能量快速释放，冲天管受压变形后，绝大部份能量只能作用于锅炉底座，巨大蒸汽能量喷射于锅炉底座，在喷射的反作用力下造成锅炉位移。
（5）现场未悬挂粘贴相关操作规程和安全警示，未严格按安全操作规程操作可认为是此次事故发生的直接原因。
事故导致锅炉严重受损，如图2所示。为有效防止锅炉失效事故发生，给出以下建议：（1）加强对操作人员的培训，建立完善的使用管理制度；（2）应使用符合规程的安全附件；（3）现场应悬挂粘贴必要的操作规程和安全警示标志；（4）购买锅炉时应购买符合国家相关规程规范的合格产品；（5）锅炉安装、修理及改造应委托具有相应资质的单位严格按照相关规定进行，杜绝私自修理；（6）应注意锅炉维护保养，尤其是停炉或长期停炉的保养；（7）使用过程中若发现问题无法判定时，应向当地检验检测机构申请校验；（8）属于《中华人民共和国特种设备安全法》目录范围内的锅炉，应当按照法律法规的规定注册登记和检验[4]。
5.结束语
总之，锅炉在运转过程中需要承受巨大的热量和压力，其安全问题是锅炉安全运行的关键。为了避免发生安全事故，带来经济损失，必须要做好锅炉安全事故的预防工作。本研究对相关工作具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]张远，刘智伟.锅炉压力容器常见事故分析与预防措施[J].文摘版：工程技术，2015（23）：176-176.
[2]刘晨阳，汤杰.锅炉压力容器检验工作中的事故预防策略分析[J].科技展望，2015（10）：157-157.
[3]金鑫.锅炉压力容器事故与预防措施[J].商品与质量，2015（30）.
[4]郭晓磊，丁鹏飞.探讨锅炉压力容器常见事故与相应安全检验[J].工程技术：引文版，2016（10）：00001-00001.
论文作者:黄启亮,吴家骅,左嘉琦
论文发表刊物:《基层建设》2018年第27期
论文发表时间:2018/10/17
标签：锅炉论文; 事故论文; 应力论文; 水垢论文; 晶粒论文; 发生论文; 裂纹论文; 《基层建设》2018年第27期论文;