煤氣發(fā)生爐爆炸事故原因分析與思考

黃元科 劉兆明 崔 萍

攀枝花市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所

2014年10月20日凌晨2:40左右，攀枝花市某化工有限公司3號煤氣發(fā)生爐正在加水過程中發(fā)生爆炸，爆炸造成該車間的上部局部被摧毀，3號煤氣發(fā)生爐爐體被炸飛約70m遠(yuǎn)，倒立落在一臺容量為3000t硫酸罐旁的空地上，爐體外壁有多處向內(nèi)凹陷，爐體的夾套內(nèi)壁約有三分之一被撕開并向爐體中心呈褶皺狀變形嚴(yán)重；爐頂蓋飛出，落在硫酸罐的頂部并造成硫酸罐頂蓋及人梯局部變形。3號爐體落地點(diǎn)附近，硫酸罐體中部有被擦掛的痕跡，廠區(qū)一段堡坎被砸塌，有數(shù)條管道被砸變形。該事故造成兩人死亡，兩人重傷；共造成直接經(jīng)濟(jì)損失445.6萬元。

1 事故設(shè)備情況

發(fā)生事故的特種設(shè)備為一臺Ф3.0m煤氣發(fā)生爐爐體，企業(yè)自編號為：3號煤氣發(fā)生爐；產(chǎn)品型號：Ф3000/3400×20/12×4220；出廠編號：11086；容器容積：6.2m3；容器內(nèi)徑：3000mm；容器高度（長）：4220mm；設(shè)計(jì)壓力：殼程0.02MPa、夾套0.25MPa；設(shè)計(jì)溫度：殼程250℃、夾套138℃；容器鋼板材質(zhì)為Q245R（GB 713),厚度為20mm，夾套鋼板為Q235B(GB/T 3274),厚度為12mm。2012年07月09日安裝完畢后投入使用，有特種設(shè)備使用登記證。

2014年5月28日，攀枝花市某化工有限公司3號煤氣發(fā)生爐因灰盤座圈軌道開裂，停爐檢修 。2014年10月17日，設(shè)備檢修工作完成。2014年10月19日晚，3號煤氣發(fā)生爐重新點(diǎn)火投入運(yùn)行。

2 檢測試驗(yàn)

2.1 斷口宏觀形貌分析

爐體容器鋼板在爐底附近沿底板角焊縫的熱影響區(qū)斷裂，容器內(nèi)壁撕裂開并向爐體中心呈褶皺狀變形，撕裂長度3.9m。圖1為容器鋼板斷口區(qū)的外貌，圖中ab段，cd段斷口表面與拉應(yīng)力方向成45度[1]，具有韌性斷裂的明顯特征；圖中bc段，斷口表面形貌較為平整，具有脆性性斷裂的明顯特征。圖2容器鋼板斷裂源區(qū)（標(biāo)識A）和距源區(qū)一定距離的（標(biāo)識B）的斷口外貌，斷口起源點(diǎn)同樣具有脆性斷裂的明顯特征。

圖1 容器鋼板斷口區(qū)的外貌

圖2 容器鋼板斷裂起源

2.2 金相檢驗(yàn)

在斷裂源區(qū)的一段斷口上，隨機(jī)切取的橫斷面試驗(yàn)，在斷口邊緣，有一薄層部分相變區(qū)，其組織為鐵素體+馬氏體。

2.3 掃描電鏡（SEM）斷口觀察

斷口面經(jīng)清洗后，幾個斷裂起源點(diǎn)經(jīng)SEM觀察，顯示斷口面大部分面積顯示解理斷口[1]。

2.4 夾套鋼板的化學(xué)成分分析和力學(xué)性能試驗(yàn)

（1）對夾套鋼板取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，其結(jié)果見表1，其值符合GB 713-2008 《鍋爐和壓力容器用鋼板》中規(guī)定的Q245R鋼材的要求。

表1 夾套鋼板的化學(xué)成分（%）

（2）在斷裂起源位置附近和遠(yuǎn)離斷裂源的區(qū)域制備的縱向和橫向拉伸試樣，測定了容器鋼板的力學(xué)性能，其結(jié)果見表2，其值符合GB 713-2008中規(guī)定的Q245R鋼材的要求。

表2 拉伸試驗(yàn)結(jié)果

2.5 閥門檢驗(yàn)試驗(yàn)

煤氣發(fā)生爐系統(tǒng)主要由汽包、煤氣發(fā)生爐爐體、安全附件、給水管道、閥門、主蒸汽管道、上升管、下降管等組成，對系統(tǒng)閥門進(jìn)行檢驗(yàn)和試驗(yàn)，檢驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果是給水閥門（手動和電動）組中的一只截止閥方向裝反，未裝止回閥；排污閥密封不嚴(yán)，排污接管出口未接到安全地點(diǎn)，而是直接彎至爐底的水封內(nèi)。

2.6 安全附件檢驗(yàn)試驗(yàn)

（1）汽包安全閥已過校驗(yàn)有效期，經(jīng)檢查安全閥的導(dǎo)向套和緩沖盤有粘連現(xiàn)象。

（2）汽包雙色液位計(jì)，下考克閥關(guān)閉。

（3）遠(yuǎn)程水位計(jì)，在爆炸中損壞嚴(yán)重，連接電線損壞，在點(diǎn)火前使用單位未對其進(jìn)行檢修和與就地水位計(jì)進(jìn)行校正，無法確定其性能的可靠。

2.7 相關(guān)制度、記錄檢查

對使用單位煤氣安全操作工藝規(guī)程、設(shè)備檢修管理標(biāo)準(zhǔn)、特種設(shè)備安全管理制度、巡回檢查制度、交接班制度、檢修記錄等進(jìn)行檢查。

3 事故原因

3.1 直接原因

3#煤氣發(fā)生爐在事故發(fā)生前，煤氣發(fā)生爐夾套內(nèi)已嚴(yán)重缺水，已發(fā)生干燒。當(dāng)現(xiàn)場作業(yè)人員違章作業(yè)盲目向夾套內(nèi)補(bǔ)水時，熾熱的鋼板驟冷開裂，水遇高溫驟然汽化，致使進(jìn)水口近端內(nèi)筒處破裂失穩(wěn)，發(fā)生第一次爆炸（煤氣發(fā)生爐爐體夾套爆炸）。隨后，夾套內(nèi)水和蒸汽進(jìn)入爐內(nèi)，與灼熱炭層接觸，導(dǎo)致煤氣發(fā)生爐爐內(nèi)發(fā)生第二次爆炸。從而直接導(dǎo)致了此次煤氣發(fā)生爐爆炸事故的發(fā)生。導(dǎo)致缺水的主要原因，一是汽包的雙色液位計(jì)下考克閥門關(guān)閉，導(dǎo)致水位指示錯誤（假水位）。3號煤氣發(fā)生爐檢修完成后，向夾套內(nèi)加水到與3號煤氣發(fā)生爐爐體相連的汽包雙色液位計(jì)正常水位后發(fā)現(xiàn)排污閥泄漏，將夾套內(nèi)的水排去，檢修排污閥，由于3號爐汽包的雙色液位計(jì)下考克閥門關(guān)閉，顯示假水位（水位計(jì)指示錯誤），從而導(dǎo)致排污閥檢修完成后加水時，水夾套加水未加到汽包正常水位；二是當(dāng)班人員接班后，未正確檢查水位計(jì)和沖洗水位計(jì)，未在3號爐點(diǎn)火前補(bǔ)足3號煤氣發(fā)生爐爐體夾套的水；三是3號煤氣發(fā)生爐在運(yùn)行的過程中，夾套內(nèi)的水不斷蒸發(fā)，排污閥密封不嚴(yán)，致使夾套內(nèi)水逐漸流失；10月20凌晨1:44并網(wǎng)之后，開始使用3號爐的自產(chǎn)蒸汽，加劇了夾套內(nèi)水的損失。

3.2 間接原因

煤氣爐工藝操作規(guī)程不完善，巡回檢查制度、交接班制度等制度執(zhí)行不到位；管理人員、檢修人員、操作人員未履行職責(zé)。

4 整改措施

（1）將煤氣發(fā)生爐的使用管理納入鍋爐的使用管理。前文所述幾起和本起煤氣發(fā)生爐爆炸事故的直接原因均是缺水干燒，煤氣發(fā)生爐使用單位已采取許多積極預(yù)防事故發(fā)生的措施，但都沒有從根本上杜絕缺水干燒的直接原因，導(dǎo)致煤氣發(fā)生爐發(fā)生爆炸事故。

將壓力容器的使用管理納入鍋爐管理，國家已有先例，2005年國家質(zhì)檢總局發(fā)文（質(zhì)檢特函[2005]20號），要求將電熱蒸汽發(fā)生器的使用按鍋爐進(jìn)行管理，在有效杜絕電熱蒸汽發(fā)生器發(fā)生事故方面起到了較大的作用。

煤氣發(fā)生爐由汽包、上升管、下降管、受熱面、安全保護(hù)裝置和儀表等組成，與鍋爐本體[2]的組成相似，操作上存在上水、排污、定期沖洗水位表、手動安全閥等也與鍋爐的操作相似，建議參照鍋爐使用管理模式管理煤氣發(fā)生爐。這樣有利于使用單位在操作規(guī)程、制度建立完善方面更具體可行；在操作人員技能培訓(xùn)方面更符合實(shí)際的需要,能有效提高操作人員的技術(shù)水平和企業(yè)的管理水平；便于監(jiān)察、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的監(jiān)督和檢查。

根據(jù)鍋爐使用管理要求建立和完善煤氣發(fā)生爐使用管理8項(xiàng)制度[3]，即崗位責(zé)任制、操作規(guī)程、巡回檢查制度、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)制度、交接班制度、水質(zhì)管理制度、清潔衛(wèi)生制度、安全管理制度。在操作規(guī)程中規(guī)定正確沖洗汽包水位表的操作方法和步驟，規(guī)定如何判別假水位，規(guī)定汽包遠(yuǎn)程水位計(jì)與就地水位計(jì)進(jìn)行檢修與校對以及校對的方法，規(guī)定在煤氣發(fā)生爐運(yùn)行中以就地水位計(jì)指示的水位值為準(zhǔn)。促使操作人員在操作中正確沖洗水位表，能正確判定煤氣發(fā)生爐缺水事故和采取正確的緊急措施。

（2）投入足夠的專項(xiàng)資金，用于特種設(shè)備作業(yè)人員的安全教育培訓(xùn)，設(shè)備日常維護(hù)保養(yǎng)、維修、設(shè)備更新、安全附件的更換與校驗(yàn)。

（3）將特種設(shè)備作業(yè)人員的教育作為企業(yè)的一項(xiàng)重要管理制度，列入日常管理工作。重點(diǎn)是參照鍋爐司爐工培訓(xùn)內(nèi)容對煤氣發(fā)生爐操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，特別是新入職員工和持證人員。全面熟悉掌握各項(xiàng)操作，提高煤氣發(fā)生爐操作人員的操作技能水平及安全主體責(zé)任意識，樹立企業(yè)特種設(shè)備安全文化。

（4）加強(qiáng)監(jiān)督檢查各項(xiàng)制度落實(shí)和執(zhí)行情況，特別是安全隱患問題的整改落實(shí)，各項(xiàng)記錄的真實(shí)性，保證各項(xiàng)制度落實(shí)到位，消除安全隱患。

5 結(jié)束語

將煤氣發(fā)生爐參照鍋爐使用管理，建立和完善各項(xiàng)安全管理制度，加強(qiáng)監(jiān)督檢查各項(xiàng)制度的落實(shí)和執(zhí)行情況。提高操作人員技術(shù)水平和企業(yè)管理水平，能有效防止煤氣發(fā)生爐發(fā)生缺水干燒導(dǎo)致的爆炸事故。

[1]吳連生.失效分析技術(shù)及其應(yīng)用—第五講 斷裂分類及韌、脆性斷裂的轉(zhuǎn)變[J].理化檢驗(yàn):物理分冊,1995,31（5）:59-61

[2]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.TSG G0001-2012 鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].北京:新華出版社,2012

[3]鹿道智.工業(yè)鍋爐司爐教程（第二版）[M].北京:航空工業(yè)出版社,2005