摘要：通过分析一起燃氢锅炉缺水事故原因和潜在的安全隐患，根据氢气燃料的特殊性，对燃氢锅炉的制造、燃烧器功能的配制、锅炉安装地点的选址、锅炉位置的布置、锅炉运行数据分析等提出合理化建议，减少或避免燃氢锅炉爆炸及爆炸后引起的次生事故。
关键词：燃氢锅炉；氢气燃料特殊性；事故分析；次生事故；预防措施
随着化工企业氯碱项目的新建和扩建，其副产品氢气的有效利用成为企业开源节流首要考虑的问题。对于暂时没有氢气下游产品或氢气过剩的氯碱企业，安装投运燃氢锅炉无疑是最理想的选择。氢气燃烧性能良好，氢氧焰可达到3400℃的高温，燃烧产物只有水，不污染环境，被称之为“清洁的氢能”，但其常温常压下爆炸极限宽达4.1%～77.4%，随着压力和温度的升高，下限降低，上限提高，爆炸极限范围更宽，与常规气体燃料如天然气、液化石油气等相比，易燃易爆是其最大的特点。
笔者根据某公司一台燃氢锅炉发生的严重缺水进水爆炸事故进行原因分析和发生事故后现场潜在的重大安全隐患发生的可能性，对燃氢锅炉的制造、燃烧器功能的配制、锅炉安装地点的选址、锅炉位置的布置、锅炉运行数据分析等提出合理化建议，减少或避免燃氢锅炉爆炸及爆炸后引起的次生事故。
1、事故基本情况
1.1事故锅炉基本情况
该公司于2013年5月安装了两台双锅筒纵置式D型结构的燃氢水管锅炉，锅炉型号为：SZS10-1.25-Q，西边为1号炉，东边为2号炉，两台锅炉同一轴线布置，于2012年10月投入运行。水汽流程为：软水箱→除氧泵→除氧器→锅炉给水泵→锅炉→蒸汽管网。软水箱软水来源为蒸发段蒸汽冷凝水和全厂纯水系统补水。
1.2事故过程
操作工21点多因外出巡检，将软水箱进水阀门由自动改为手动（因软水箱自动上水装置曾发生过失灵现象），锅炉电脑运行记录显示21：29：07锅炉软水箱水位开始持续下降，据分析造成此结果的原因为操作工改为手动时未点击开启阀门动作，此时刻软水箱进水电动阀关闭（调查组翻阅了纯水站纯水管网运行记录及询问了值班人员未发现事故当天纯水管网有异常情况），22：09：21除氧器水位开始持续下降，说明软水箱水位已降至出水口即处于无水状态，除氧水泵此后处于空转状态无法将软水箱中的水抽至除氧器，此时由于蒸发段蒸汽冷凝水处于常流状态开始向软水箱供水；22：38：38锅炉水位开始持续下降，此时刻除氧器水位已降至出水口，此时运行记录显示2号炉1#水位显示控制装置显示为307.97mm，2#为227.51mm，22：41：59 1#中控显示219.87mm，2#中控显示降到145mm以下为141.45mm（锅炉联锁停炉水位设置为145mm），但因2#炉示控装置放在1#水位示控装置上，锅炉未停炉，此时燃氢1号炉水位指示正确紧急停炉，氢气压力升高，操作工接到中控室通知氢气压力发生异常情况，赶到操作室发现软水箱水位正常，除氧器水位极低便开启备用除氧泵（因增开的除氧水泵管道满水，泵正常工作）。23：09：57除氧器水位达到524.88mm，此后保持此值不变，此时刻视为除氧器开始向锅炉进水。23：10：01，锅炉中控所有数据保持不变。此时刻锅炉发生爆炸。
1.3事故现场情况堪察
1.3.1锅炉上锅筒底部爆破，对流管束大量变形、部分断裂；
1.3.2锅炉本体整体顺时针方向偏转40度左右；
1.3.3炉膛内右侧对流管屏整体向南凸出，中间段管屏表面呈青蓝色，有明显过烧脱碳痕迹；
1.3.4锅炉防爆门全部打开，锅炉至省煤器烟道爆破；
1.3.5燃烧器将卧倒放至炉前的直径约1.5m，长约20m的压力容器冲移至马路上，南端距原位置10.984m，北端距原位置2.941m；
1.3.6燃烧器冲撞压力容器后落至锅炉前方22.012m处氯碱车间立柱下。
1.4事故现场示意图
.png)
2、事故原因分析
2.1软水箱进水阀门没有正确操作，致使软水箱缺水，导致除氧器缺水，进而导致锅炉缺水；
2.2 1#水位计（炉前侧）远传显示不准，零点飘移至161.18mm，2#水位计（炉后侧）远传显示不准，零点飘移至33.1mm，两只水位计均不能真实反映水位状况；
2.3 2号炉当时低水位联锁保护触点置于1#水位计内，原始设定低水位联锁保护水位点145mm。由于1#水位计显示失灵，零点飘移至161.18mm，所以低水位联锁保护不能触发动作，导致锅炉严重缺水时无法报警和联锁；
2.4司炉人员在发现1号炉已跳停，除氧器液位极低，2号炉水位示控显示较低水位时，没有采取相关验证手段确认锅炉实际水位，盲目对除氧器进水，除氧器达到一定水位后在锅炉给水泵工作下向锅炉进水导致爆炸。
3、现场安全隐患
3.1 两台锅炉同一轴线布置，如1号炉发生爆炸，燃烧器会撞击2号炉，可能会引起2号炉爆炸事故；
3.2 如果没有放置2号炉前的压力容器对震飞的燃烧器有效的缓冲，燃烧器飞至氯碱车间，会引发正在运行的压力容器或输送的氯气管道的次生事故，造成氯气泄漏等情况，后果不堪设想。
4、引发的思考
虽然这是一次因水位示控装置失灵和司炉工经验不足操作错误引起的事故，但因燃氢锅炉大都是用于氯碱企业，如因锅炉爆炸事故引发对氯碱车间压力容器和氯气管道二次事故，后果会更严重。根据燃氢锅炉工作场所和氢气燃料的特点，笔者从以下几个方面提出预防措施，减少或避免燃氢锅炉缺水爆炸或炉膛爆炸以及爆炸后引起的次生事故：
4.1 锅炉设计制造方面
4.1.1烟气通道设计应充分考虑降低烟气阻力，烟气排放畅通，不留死角，避免未完全燃烧氢气在炉膛内聚集，引起炉膛爆炸；
4.1.2燃氢锅炉燃烧室和对流室的防爆门及防爆面积与其它燃气燃油锅炉要大，安全泄放排放量满足安全要求。
4.2氢气燃烧器的要求
4.2.1氢气燃烧器应符合TSG ZB001-2008《燃油（气）燃烧器安全技术规则》和TSG ZB002-2008《燃油（气）燃烧器型式试验规则》的要求；
4.2.2应采用紫外线火焰检测器。一般氢气火焰中红外线较少，主要是紫外线，采用紫外线火焰检测器能完全真实十分灵敏的判断火焰状况；
4.2.3尽量采用氢气和空气阀门同时比例调节装置，如无此功能则要有压力偏高、偏低联锁保护开关。压力非正常升高会在同等助燃空气量的情况下增加氢气量，不完全燃烧氢气在高温下会超成炉膛爆炸。当氢气压力非正常降低时，会相应减少氢气量，同时造成助燃空气量过剩，会造成火焰温度降低，引起失火和回火；
4.2.4应装设氢气检漏保护开关。通过氢气检漏保护开关可以检测氢气阀门是否正常工作，以及切断后有无泄漏，防止阀门关闭不严，氢气泄漏至炉膛，造成氢气浓度超标；
4.2.5设置氢气检测装置。在充分吹扫点火前对炉膛氢气含量进行检测，检测符合点火条件后方可点火。
4.3锅炉房及锅炉位置布置
4.3.1锅炉房选址尽可能远离氯碱装置；
4.3.2锅炉房顶部应采用不封闭结构或在最高处设置氢气检测装置，防止管道、阀门泄漏，氢气在锅炉房顶部聚集；
4.3.3两台及以上锅炉应并列布置，如现场不具备条件，锅炉方位应使燃烧器相反方向布置并有一定的安全距离；
4.3.4燃烧器方向应背向氯碱装置并有一定的安全距离，如不具备条件，中间应以防爆墙隔开。
4.4锅炉运行中的监控
4.4.1定期冲洗水位表及示控装置，确保水位远程示控装置接触良好；
4.4.2定期冲洗压力表及示控装置，确保压力远程示控装置接触良好；
4.4.3水位表和压力表处装设摄像装置，影像传输至锅炉控制室，以便操作工及时核对二次仪表显示是否准确；
4.4.4定期对二次仪表进行维护保养，核对误差，当误差超出范围时，及时调整；
4.4.5定期核查示控装置零位漂移值，及时对压力变送器归零校验，如无法归零，则应立即更换压力膜或整体更换；
4.4.6加强操作人员操作技能培训和事故演练。
5、结束语
燃油燃气锅炉特别是燃氢锅炉使用单位切不可认为锅炉全自动运行让操作人员身兼多职，使锅炉处于无人监管状态，更应对其自动控制装置定期维护保养，误差分析，确保自动控制装置灵敏可靠，避免发生锅炉事故。
参考文献：
[1]孔贤德《氢气锅炉在氯碱生产的运用》氯氢处理、氯氢液化及包装工艺、设备交流会论文集.
[2]王少武《氯碱厂燃氢锅炉的设计和运行总结》中国氯碱2011年4月第四期.
论文作者:张海燕
论文发表刊物:《防护工程》2019年18期
论文发表时间:2020/1/13
标签：锅炉论文; 氢气论文; 水位论文; 软水论文; 装置论文; 事故论文; 炉膛论文; 《防护工程》2019年18期论文;