大型火力發(fā)電廠鍋爐事故的預(yù)防措施

王喜軍

(北方聯(lián)合電力有限責(zé)任公司包頭第三熱電廠，內(nèi)蒙古 包頭 014060)

0 引言

火力發(fā)電廠的工作原理是利用燃料(如石油、煤、天然氣等)生產(chǎn)電能。其具體的工作過程是將所用的燃料投入鍋爐，通過燃燒加熱生成水蒸氣，蒸汽產(chǎn)生的壓力進(jìn)一步推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，完成發(fā)電，即化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，熱能再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，機(jī)械能最終轉(zhuǎn)化為電能。因此，鍋爐是火電廠實(shí)施生產(chǎn)的核心設(shè)備，也是火電廠安全作業(yè)的關(guān)鍵。積極開展鍋爐事故風(fēng)險(xiǎn)的防范有著重要意義，本文將結(jié)合典型的鍋爐事故進(jìn)行分析并提出具體的預(yù)防措施。

1 大型火力發(fā)電廠運(yùn)行的基本原理

大型火電廠主要由汽水系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)組成。汽水系統(tǒng)由鍋爐、汽輪機(jī)、高低壓加熱器、凝汽器、凝結(jié)水泵以及給水泵等設(shè)備構(gòu)成。鍋爐燃燒加熱產(chǎn)生水蒸氣后，水蒸氣進(jìn)入汽輪機(jī)，由汽輪機(jī)推動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。燃燒系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)將燃料輸送至鍋爐。燃燒系統(tǒng)還包括磨粉、除塵、脫硫等流程。煤場提供的煤料由皮帶輸送到碎煤機(jī)打碎進(jìn)入煤斗，然后由磨煤機(jī)進(jìn)行磨粉，加工后的煤粉送至鍋爐進(jìn)行燃燒，煙氣經(jīng)靜電除塵器除塵后還需進(jìn)入脫硫裝置。發(fā)電系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)、主勵(lì)磁機(jī)、副勵(lì)磁機(jī)、勵(lì)磁盤、變壓器、升壓站、高壓斷路器、配電裝置等構(gòu)成。輸出的強(qiáng)大電流一路送至廠用電變壓器，另一路送至電網(wǎng)。在生產(chǎn)熱能和電能過程中，以上系統(tǒng)和裝置必須實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)動(dòng)作，才能使各項(xiàng)生產(chǎn)流程順利實(shí)施，維護(hù)火電廠正常運(yùn)行。

2 大型火力發(fā)電廠典型鍋爐事故分析

大型火力發(fā)電廠鍋爐效率高，燃料消耗量大，發(fā)電量大，因而鍋爐的安全性必須獲得有效的保障。一旦發(fā)生鍋爐事故，將會(huì)造成人員傷亡和設(shè)備損壞，給企業(yè)帶來嚴(yán)重?fù)p失。在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，常見的典型鍋爐事故包括鍋爐“四管”爆漏、鍋爐爐膛爆燃、空氣預(yù)熱器變形以及清焦作業(yè)人員傷亡等。

2.1 鍋爐“四管”爆漏

從大型火電廠的生產(chǎn)實(shí)踐來看，鍋爐“四管”爆漏的原因主要來自拉裂、過熱和焊接。首先，拉裂是事故發(fā)生的首要原因。鍋爐本身的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)不合理以及鍋爐安裝等因素，都有可能引發(fā)膨脹受阻，造成拉裂。如國產(chǎn)330 MW機(jī)組鍋爐，其水冷壁管因拉裂原因出現(xiàn)爆漏的現(xiàn)象尤其具有代表性。水冷壁管本身內(nèi)徑較小，鍋爐內(nèi)的熱負(fù)荷偏差明顯，剛性梁結(jié)構(gòu)不合理，會(huì)導(dǎo)致屏間、管間的鰭片拉裂管子。在啟動(dòng)和停止過程中，升降負(fù)荷速度過快，會(huì)進(jìn)一步造成拉裂。此外，側(cè)包覆過熱器在與側(cè)墻水冷壁鰭片焊縫和聯(lián)箱短管角焊縫也容易出現(xiàn)拉裂。所以，拉裂多發(fā)生于焊縫及相互連接的部位。

過熱也是引發(fā)鍋爐“四管”爆漏的重要原因。當(dāng)金屬受熱溫度超過了許用溫度，就會(huì)造成顯微組織的變化(如石墨化、熱脆性問題)。此時(shí)，金屬的許用應(yīng)力顯著降低，再經(jīng)過長期高溫高壓，遂導(dǎo)致爆管(如鍋爐運(yùn)行中燃燒調(diào)整不當(dāng)，爐內(nèi)熱負(fù)荷過高，出口參數(shù)控制不嚴(yán)都會(huì)造成超溫)。鍋爐安裝檢修時(shí)沒有對(duì)內(nèi)部雜物進(jìn)行有效的清理，會(huì)造成管內(nèi)堵塞，流動(dòng)不暢，過熱器管內(nèi)化學(xué)物質(zhì)沉積，使溫度過高，以上都是產(chǎn)生過熱的直接原因。

焊接質(zhì)量不合格也會(huì)造成“四管”爆漏。焊接存在的問題主要有未焊透、氣孔、砂眼、咬邊、裂紋、夾渣等。對(duì)于異種鋼材的焊接，若工藝不良也會(huì)造成安全隱患(比如對(duì)大型鍋爐進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，常發(fā)現(xiàn)咬邊問題)。

除以上主要原因外，材質(zhì)、腐蝕、磨損、吹損也有可能造成鍋爐“四管”爆漏，如母材本身的缺陷，選材不當(dāng)，給水含氧超標(biāo)，機(jī)械磨損等。

2.2 鍋爐爐膛爆燃

當(dāng)鍋爐內(nèi)可燃物不斷積存后，爐膛內(nèi)的壓力持續(xù)升高，當(dāng)壓力超過爐膛所能承受的范圍時(shí)，就會(huì)造成爐膛爆燃事故，輕者設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞，重者還會(huì)涉及人員傷亡。例如，鍋爐內(nèi)含有爆炸混合物、鍋爐運(yùn)行的監(jiān)控措施不完善、爐膛溫度低、燃燒工況破壞、風(fēng)系統(tǒng)破壞等都是造成鍋爐爐膛爆燃的原因。某火電廠就曾因鍋爐爐膛溫度低，鍋爐內(nèi)的煤粉沒有完全燃燒，達(dá)到爆燃的極限，引發(fā)嚴(yán)重事故［1］。此外，試運(yùn)行人員強(qiáng)制煤火檢、鍋爐燃燒工況差也是事故發(fā)生的重要原因。

2.3 空氣預(yù)熱器變形

空氣預(yù)熱器超過一定溫度會(huì)發(fā)生變形，且以爐膛尾部發(fā)生二次燃燒為主。爐膛發(fā)生二次燃燒的原因，包括沉積的可燃物會(huì)使溫度再次升高、煙道中仍有燃料積存以及可燃物沉積位置氧氣增多，都會(huì)增加二次燃燒的風(fēng)險(xiǎn)。另外，空氣預(yù)熱器運(yùn)行不當(dāng)、紅外探測系統(tǒng)故障都有可能引發(fā)空氣預(yù)熱器變形。

2.4 清焦作業(yè)人員傷亡

火電廠清焦作業(yè)是鍋爐正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要保障，但作業(yè)人員在清焦過程中容易發(fā)生燙傷、高空墜落、中毒和碰傷等事故，其中燙傷和墜落事故尤為常見。在鍋爐熄滅后，盡管溫度逐漸下降，但在清焦時(shí)如未能冷卻到40℃，尚有大塊結(jié)焦，仍有可能引發(fā)大焦塊跌落燙傷事故;作業(yè)人員因安全防護(hù)不到位、安全帶出現(xiàn)問題或作業(yè)人員未全程佩戴安全帶，腳手架負(fù)荷過重或松動(dòng)，操作平臺(tái)面積小等，都有可能造成作業(yè)人員高空墜落，鍋爐通風(fēng)不力會(huì)造成人員窒息等，不再一一枚舉。

3 大型火力發(fā)電廠鍋爐事故的預(yù)防

為防范鍋爐事故發(fā)生，保護(hù)作業(yè)人員安全，降低企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失，積極開展事故風(fēng)險(xiǎn)防范是大型火電廠的重要任務(wù)。

3.1 實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化管理

大型火電廠鍋爐設(shè)備龐大，安全管理工作復(fù)雜，實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化管理能夠使作業(yè)人員有章可依，可避免操作的隨意性，杜絕安全隱患?；痣姀S除按照國家統(tǒng)一的安全法律、法規(guī)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理外，尤其要在鍋爐現(xiàn)場和鍋爐操作方面推行標(biāo)準(zhǔn)化管理，以增強(qiáng)作業(yè)人員的安全意識(shí)，盡可能降低事故風(fēng)險(xiǎn)。

(1)鍋爐現(xiàn)場的標(biāo)準(zhǔn)化管理?；痣姀S應(yīng)針對(duì)鍋爐現(xiàn)場管理制訂嚴(yán)格的規(guī)章制度，并落實(shí)相關(guān)責(zé)任人。首先，鍋爐著色應(yīng)按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)內(nèi)部的管道、閥門、儀器儀表和設(shè)備等進(jìn)行統(tǒng)一著色，流體切斷閥前要有明確的箭頭指向，防止作業(yè)人員辨認(rèn)不清產(chǎn)生操作失誤。其次，鍋爐生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)當(dāng)規(guī)范有序，以營造安全的生產(chǎn)操作環(huán)境(如防毒面具、消防器材裝備)，傳動(dòng)設(shè)備需安裝防護(hù)欄，操作平臺(tái)需安裝欄桿等。最后，鍋爐現(xiàn)場應(yīng)具備全面的安全警示標(biāo)志。操作現(xiàn)場應(yīng)具有明確的操作警鈴、提示警句、危險(xiǎn)閥門標(biāo)志和工藝流向等，以確保安全通道暢通。在涉及危險(xiǎn)作業(yè)區(qū)域，所有危險(xiǎn)材料和設(shè)備等都必須設(shè)立警示標(biāo)志，隨時(shí)給予作業(yè)人員安全提示。

(2)鍋爐操作的標(biāo)準(zhǔn)化管理。上述典型鍋爐事故很多是由于作業(yè)人員未能執(zhí)行科學(xué)操作和忽視危險(xiǎn)等因素等造成的，為避免人為因素影響，嚴(yán)格實(shí)行鍋爐操作的標(biāo)準(zhǔn)化管理，不僅有利于降低事故風(fēng)險(xiǎn)，更是維護(hù)作業(yè)人員生命安全的保證。其標(biāo)準(zhǔn)化管理應(yīng)按照人機(jī)工程學(xué)方法，形成具體的操作規(guī)范、操作流程，盡量消除作業(yè)人員不合規(guī)范操作的因素。例如，作業(yè)人員清焦時(shí)，對(duì)于鍋爐降溫標(biāo)準(zhǔn)、安全帶的全程佩戴、操作臺(tái)面積等規(guī)定都應(yīng)納入標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范當(dāng)中。

3.2 開展作業(yè)人員培訓(xùn)

鍋爐作業(yè)人員身處一線，工作面臨著安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也是人為事故因素產(chǎn)生的根源。因此，大型火電廠應(yīng)開展系統(tǒng)的作業(yè)人員培訓(xùn)，切實(shí)增強(qiáng)作業(yè)人員的安全意識(shí)，提高其安全作業(yè)技能。首先，相關(guān)生產(chǎn)、安全負(fù)責(zé)人應(yīng)努力加深作業(yè)人員對(duì)鍋爐安全問題的認(rèn)知，通過講述火電廠出現(xiàn)的典型鍋爐事故，引起作業(yè)人員的高度注意和警覺，使作業(yè)人員認(rèn)識(shí)到鍋爐安全是與自身的生命安全緊密相連的。其次，培訓(xùn)人員應(yīng)教授作業(yè)人員具體的操作動(dòng)作，了解安全規(guī)范，使作業(yè)人員對(duì)鍋爐輸送的燃料、堆積的可燃物、二次燃燒、溫度過熱、燃燒不充分、爆炸混合物等問題給予高度重視，明確各種風(fēng)險(xiǎn)情況應(yīng)采取的措施并對(duì)作業(yè)規(guī)范熟練掌握，反復(fù)練習(xí)，確保在一線工作時(shí)能夠符合標(biāo)準(zhǔn)化的要求。最后，火電廠應(yīng)定期召開鍋爐安全宣傳大會(huì)及主題活動(dòng)，及時(shí)傳遞安全生產(chǎn)的最新動(dòng)態(tài)及鍋爐事故的防范舉措，不斷推進(jìn)鍋爐安全操作及管理工作。

3.3 加強(qiáng)鍋爐設(shè)備的定期檢查

大型火電廠應(yīng)組織有關(guān)人員加強(qiáng)對(duì)鍋爐設(shè)備的定期檢查，充分發(fā)揮事前防范的作用，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能存在的事故隱患。首先，企業(yè)應(yīng)勤于檢查和分析，定期開展鍋爐設(shè)備防磨防爆、燃燒系統(tǒng)方面的檢查，及時(shí)了解設(shè)備的爆漏特點(diǎn)，燃燒過程是否充分等，檢查后進(jìn)一步開展維修和維護(hù)。其次，火電廠應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)監(jiān)督。技術(shù)監(jiān)督工作是防止鍋爐“四管”泄漏的促進(jìn)和保障，尤其是外部監(jiān)督和檢查，對(duì)具體工作的規(guī)范性、深度和廣度都有指導(dǎo)作用［2］。企業(yè)應(yīng)動(dòng)員各部門協(xié)調(diào)配合，綜合推進(jìn)設(shè)備檢查及技術(shù)監(jiān)督工作。

3.4 改進(jìn)鍋爐設(shè)備的技術(shù)水平

除人為因素的防范以外，大型火電廠應(yīng)重視從技術(shù)角度降低鍋爐事故風(fēng)險(xiǎn)。首先，企業(yè)應(yīng)完善鍋爐設(shè)備的設(shè)計(jì)，從鍋爐爐膛熱強(qiáng)度、受熱面和鋼材等方面進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，增加爐膛高度和提高鋼材等級(jí)等都有助于減少爆漏次數(shù)。其次，企業(yè)應(yīng)提升質(zhì)量檢驗(yàn)水平，對(duì)鍋爐設(shè)備制造存在的品質(zhì)問題要及時(shí)處理，規(guī)避母材缺陷，焊接位置要嚴(yán)格審查，這些舉措都有助于防范事故風(fēng)險(xiǎn)。最后，企業(yè)還應(yīng)從技術(shù)工藝層面進(jìn)行改進(jìn)，調(diào)整制粉系統(tǒng)及燃燒系統(tǒng)，確保煤粉細(xì)度，減少受熱面熱偏差等，可使鍋爐內(nèi)部的燃燒更加穩(wěn)定和充分，降低汽水系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，從而維護(hù)鍋爐及作業(yè)人員安全。

3.5 應(yīng)用信息技術(shù)降低風(fēng)險(xiǎn)

大型火電廠對(duì)鍋爐設(shè)備安全的監(jiān)督、檢查工作非常復(fù)雜，工作量很大，人員手工記錄不僅容易出現(xiàn)偏差，記錄效率低，而且不便于所記錄數(shù)據(jù)的及時(shí)查找和對(duì)比。因此，企業(yè)應(yīng)積極應(yīng)用信息技術(shù)，通過信息化管理，使檢修工作數(shù)字化，防磨防爆分析自動(dòng)化。例如，一個(gè)檢修周期結(jié)束，系統(tǒng)可通過周期內(nèi)發(fā)生的工作內(nèi)容自動(dòng)生成一份分析報(bào)告［3］。這樣，企業(yè)管理人員可以隨時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析，便于遠(yuǎn)程監(jiān)控，從而有效改善純?nèi)斯す芾硇实拖?、容易出錯(cuò)的問題。

4 結(jié)論

通過對(duì)大型火力發(fā)電廠常見的鍋爐事故分析，提出相應(yīng)的預(yù)防措施，從設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行各環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)，全過程進(jìn)行安全(質(zhì)量)管理、監(jiān)督與檢驗(yàn)，嚴(yán)格按相應(yīng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，才能有效防止鍋爐事故的發(fā)生。

［1］張正喜.某火電廠鍋爐爐膛爆燃事故的分析及防范措施［J］.機(jī)電信息，2009(36):187.

［2］郭建.火電廠鍋爐“四管”泄漏的研究與分析［J］.科技世界，2012(29):287.

［3］董禮，魯梁.計(jì)算機(jī)技術(shù)在火電廠鍋爐防磨防爆工作中的應(yīng)用研究［J］.科技風(fēng)，2012(1):117.