一起有機(jī)熱載體燃油鍋爐爆燃事故原因分析

吳兵兵

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院南通分院，江蘇南通226400）

一起有機(jī)熱載體燃油鍋爐爆燃事故原因分析

吳兵兵

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院南通分院，江蘇南通226400）

針對(duì)一起有機(jī)熱載體燃油鍋爐爐膛爆燃事故，通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)計(jì)算，分析了事故的成因，對(duì)使用單位和鍋爐檢驗(yàn)人員今后的工作提出了警示。

爐膛爆燃；燃燒器；計(jì)算；事故分析

燃油有機(jī)熱載體鍋爐能在較低的運(yùn)行壓力下，獲得較高的工作溫度，可進(jìn)行穩(wěn)定的加熱和精確的溫度供給，同時(shí)具有完備的運(yùn)行控制和安全監(jiān)測(cè)裝置。其自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)得到廣大企業(yè)的一致認(rèn)可，也正是由于其易操作，往往使用單位容易放松對(duì)此類鍋爐的管理和維護(hù)，導(dǎo)致事故的發(fā)生。本文通過(guò)對(duì)一起臥室燃油有機(jī)熱載體爐爐膛爆燃事故，進(jìn)行了原因分析。

1 事故概況

2016年3月的一天凌晨，某公司的一臺(tái)有機(jī)熱載體燃油鍋爐發(fā)生爐膛爆燃事故。鍋爐型號(hào)為YY（Q）W-1800Y（Q），工作壓力0.7 MPa.該鍋爐屬C級(jí)全自動(dòng)鍋爐，2011年9月投入使用。鍋爐用燃燒器為臺(tái)灣吾豐機(jī)電廠有限公司生產(chǎn)的HM-250型，燃料為柴油，輔助點(diǎn)火裝置燃料為液化石油氣。

事故導(dǎo)致鍋爐前蓋被燃爆氣流安全沖開(kāi)，燃燒器與燃燒筒分離掉落在地，燃燒器風(fēng)機(jī)葉輪和外殼被炸壞。由于前蓋打開(kāi)使與燃燒器連接的油路和點(diǎn)火氣路全部折斷，爆燃?xì)饬鳠龎腻仩t左側(cè)的控制柜面板和操作按鈕，控制柜內(nèi)部基本完好。鍋爐受壓部件未見(jiàn)任何變形。事故現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖1、2.

圖1 爆燃后的鍋爐

圖2 炸毀的燃燒器

2 原因分析

事故現(xiàn)場(chǎng)鍋爐本體承壓部件完好，未見(jiàn)變形、腐蝕、滲漏等缺陷，初步判斷由于燃燒器故障導(dǎo)致鍋爐發(fā)生內(nèi)部空間爆燃導(dǎo)致，下面對(duì)其進(jìn)行了深入的分析。

2.1 燃燒器工作原理

開(kāi)啟鍋爐運(yùn)行鍵后，程序控制器開(kāi)始工作，自動(dòng)啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，燃燒器風(fēng)門(mén)開(kāi)到最大開(kāi)始進(jìn)行爐膛吹掃，吹掃25～30 s后風(fēng)門(mén)開(kāi)始關(guān)閉到點(diǎn)火風(fēng)門(mén)位置；點(diǎn)火變壓器得電，點(diǎn)火電極產(chǎn)生高壓電火花，此時(shí)液化石油氣（以下簡(jiǎn)稱燃?xì)猓┕苈飞系狞c(diǎn)火電磁閥自動(dòng)打開(kāi)噴出燃?xì)?，電火花點(diǎn)著燃?xì)獠⑷紵纬牲c(diǎn)火火焰；3 s后火焰檢測(cè)器開(kāi)始工作，如果檢測(cè)到點(diǎn)火火焰已正常建立，則燃油管路中的電磁閥自動(dòng)打開(kāi)噴出燃油，點(diǎn)火火焰點(diǎn)著噴出的燃油形成小火，小火正常后，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉燃?xì)夤苈飞系狞c(diǎn)火電磁閥，切斷燃?xì)?，點(diǎn)火火焰熄滅；然后轉(zhuǎn)為正常燃燒階段；燃燒過(guò)程中燃油火焰對(duì)鍋爐中的油介質(zhì)進(jìn)行加熱，當(dāng)油介質(zhì)溫度達(dá)到設(shè)置的最高溫度時(shí)，控制系統(tǒng)則自動(dòng)切斷燃油管路上的電磁閥，停止噴油，燃燒火焰熄滅，停止對(duì)鍋爐中的油介質(zhì)的加熱，運(yùn)行風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行，程序控制器回到初始位置。當(dāng)鍋爐中的油介質(zhì)溫度降至設(shè)置的最低溫度時(shí)，程序控制器則重新啟動(dòng)，點(diǎn)火過(guò)程再度開(kāi)始，鍋爐重新運(yùn)行。

在預(yù)定時(shí)間內(nèi)，如果火焰檢測(cè)器檢測(cè)不到點(diǎn)火火焰或小火火焰，電磁閥將自動(dòng)切斷燃料（燃?xì)饣蛉加停瑘?bào)警，程控器停留在相應(yīng)的故障位置，人工復(fù)位后，程序?qū)⒒謴?fù)到初始位置，點(diǎn)火過(guò)程再度開(kāi)始。

2.2 爆炸的來(lái)源

從該公司提供的鍋爐控制柜圖紙資料，控制系統(tǒng)沒(méi)有任何問(wèn)題，爆燃的瞬間，控制柜處于全自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，燃燒器處于點(diǎn)火狀態(tài)。根據(jù)程控器的狀態(tài)，可以判斷鍋爐爐膛爆燃是在燃燒器經(jīng)過(guò)正常吹掃后點(diǎn)火爆燃的，也就是說(shuō)在鍋爐啟動(dòng)以前及吹掃過(guò)程中爐膛內(nèi)積聚了大量的油氣且超過(guò)了在爆炸極限范圍。

爐膛內(nèi)有爆炸油氣的原因只有兩個(gè)：（1）燃?xì)夤苈分械狞c(diǎn)火電磁閥損壞導(dǎo)致燃?xì)庑孤┲翣t膛；（2）燃油管路中的電磁閥損壞導(dǎo)致燃油泄漏至爐膛。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)爆燃后的痕跡仔細(xì)觀察，未發(fā)現(xiàn)爐膛、燃燒筒周?chē)杏筒煌耆紵暮圹E，一般情況下，燃油的爆炸極限為1.5%～6%，不可能完全燃燒，爆炸空間會(huì)留下不完全燃燒產(chǎn)物；液化石油氣的爆炸極限為1.5%～9.5%，且爆燃后基本沒(méi)有痕跡。所以認(rèn)為燃?xì)庑孤┑目赡苄员容^大。

2.3 爆炸試驗(yàn)與計(jì)算

查看燃燒器系統(tǒng)圖，燃?xì)夤艿烙幸粋€(gè)點(diǎn)火電磁閥用于切斷燃?xì)夤?yīng)，根據(jù)控制線路，燃?xì)恻c(diǎn)火電磁閥只有在點(diǎn)火時(shí)才打開(kāi)，點(diǎn)火成功或失敗都處于關(guān)閉狀態(tài)。點(diǎn)火燃料的壓力為18 kPa.燃?xì)恻c(diǎn)火電磁閥口徑4 mm.現(xiàn)場(chǎng)燃?xì)恻c(diǎn)火閥已炸壞，無(wú)法知道原來(lái)的狀態(tài)，只能通過(guò)理論計(jì)算來(lái)驗(yàn)證。

2.3.1 燃?xì)庑孤读坑?jì)算

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分析，液化氣鋼瓶及管路均完好，僅有點(diǎn)火電磁閥處存在泄露燃?xì)獾目赡?，若將泄漏點(diǎn)看成一個(gè)小孔，那么整個(gè)過(guò)程就可看成一個(gè)小孔泄露模型，考慮孔口流量系數(shù)的影響，可得到泄露量計(jì)算公式[1]：

式中：Q為質(zhì)量流量（kg/s）；

C為孔口流量系數(shù)，對(duì)于Re＞30 000的非臨界流量取0.61，其他情況取1.0；

M為氣體摩爾質(zhì)量（g/mol），民用液化石油氣主要為丙烷和丁烷，M值為29.2；

A為泄露孔口面積（m2）.該孔直徑4 mm；

P為泄露處壓力（MPa）.液化石油氣使用壓力為18 kPa；

Z為壓縮因子，取0.96；

k為氣體絕熱指數(shù)，對(duì)于液化石油取1.15；

R為氣體常數(shù)（j/（mol·k）），為18.5；

T為溫度（K），取凌晨溫度5℃；

Pa為大氣壓力（MPa），取0.1 MPa.

根據(jù)該公司司爐管理人員提供的數(shù)據(jù)，鍋爐一般在自動(dòng)停爐以后20 min會(huì)自己?jiǎn)?dòng)。經(jīng)計(jì)算，得出液化氣每小時(shí)流量為3.51 kg約1.493 m3.從停爐到燃燒器點(diǎn)火約20 min 25 s燃?xì)饬繛?.5 m3.

2.3.2 鼓風(fēng)量計(jì)算

查鍋爐使用說(shuō)明書(shū)得知，該燃燒器的最大燃油量可為260 kg/H，鍋爐最大功率時(shí)燃油量可為186 kg/H，按燃油完全燃燒所需風(fēng)量為其油量的13倍，可以計(jì)算這兩種情況所需風(fēng)量分別為3 380 m3/H和2 418 m3/H.25 s的風(fēng)量則分別約23.5 m3和16.8 m3.

2.3.3 體積比計(jì)算

拿泄露出的燃?xì)饪傮w積0.5 m3分別比上述兩種完全燃燒情況所需的鼓風(fēng)量，可以計(jì)算出的體積比為2.1%和2.98%，可見(jiàn)明顯都處于爆炸極限（1.5～9.5%）范圍以內(nèi)。

為了進(jìn)一步證明是燃?xì)庑孤┒侨加托孤?，?duì)燃油泄漏的爆炸可能性也進(jìn)行了計(jì)算。按鍋爐最大耗油量來(lái)測(cè)算，25 s的耗油量為1.29 kg，折算體積約1.54 m3，其與16.8 m3鼓風(fēng)量的體積比為9.17%，計(jì)算結(jié)果不在燃油爆炸極限（1.5%～6%）范圍內(nèi)。

3 技術(shù)分析結(jié)論

通過(guò)以上分析和計(jì)算，可以判斷導(dǎo)致這次鍋爐爐膛爆燃的主要原因是燃燒器燃?xì)恻c(diǎn)火電磁閥損壞導(dǎo)致燃?xì)庑孤┲翣t膛所引起的。鍋爐油溫達(dá)到停爐溫度后，燃油噴嘴管路中的電磁閥自動(dòng)切斷油路，燃油噴嘴自動(dòng)熄火，鍋爐停爐；停爐后，由于燃?xì)恻c(diǎn)火電磁閥損壞無(wú)法切斷燃?xì)夤苈?，仍有大量的燃?xì)庑孤┲翣t膛積聚（因?yàn)椴辉谌紵?，無(wú)法消耗燃?xì)猓?；停爐后一段時(shí)間，油溫降至設(shè)置的最低溫度，鍋爐燃燒器系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，先對(duì)爐膛內(nèi)的氣體進(jìn)行吹掃，此時(shí)吹掃進(jìn)入爐膛的空氣與原先泄漏的燃?xì)饣旌锨『眠_(dá)到爆炸極限濃度范圍，此時(shí)按程序點(diǎn)火，混合氣體瞬間發(fā)生爆燃。

4 總結(jié)

4.1 直接原因

鍋爐燃燒器燃?xì)恻c(diǎn)火電磁閥（輔助點(diǎn)火裝置）損壞導(dǎo)致燃?xì)庑孤┲翣t膛積聚，與吹掃進(jìn)入爐膛的空氣混合達(dá)到爆炸極限濃度范圍，鍋爐程序控制器啟動(dòng)點(diǎn)火導(dǎo)致瞬間發(fā)生爆燃。

4.2 間接原因

（1）該公司安全管理不到位，沒(méi)有制定特種設(shè)備安全檢查、維修、培訓(xùn)、獎(jiǎng)懲等制度，安排不熟悉鍋爐業(yè)務(wù)技術(shù)的相關(guān)人員從事鍋爐的巡查和維修工作。

（2）該公司隱患排查不徹底，對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)認(rèn)識(shí)不足。

（3）該公司及相關(guān)人員未能按照燃燒器出廠使用說(shuō)明書(shū)中“建議燃?xì)恻c(diǎn)火電磁閥每年更換一次”的要求及時(shí)更換點(diǎn)火電磁閥，導(dǎo)致原點(diǎn)火電磁閥一直使用多年后損壞。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著燃煤鍋爐逐步淘汰，燃油、燃?xì)忮仩t逐步增多，作為檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的檢驗(yàn)人員一般情況下對(duì)此類鍋爐內(nèi)部檢驗(yàn)以承壓部件檢查為主，外部檢驗(yàn)以安全附件和控制系統(tǒng)檢查為重點(diǎn)，檢查很少涉及出廠說(shuō)明中某些關(guān)鍵或易損部件需定期更換的問(wèn)題，這個(gè)案例對(duì)從事鍋爐檢驗(yàn)工作有一定的警示作用，在今后工作中應(yīng)觸類旁通，引起足夠重視。

[1]嚴(yán)景藝，張禮敬，陶剛.瓶裝液化氣鋼瓶泄露事故[J].安全2016（8）：42-44.

Together in Organic Heat Carrier Boiler Explosion Accident Cause Analysis

WU Bing-bing
（Jiangsu Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute Nantong Branch，Nantong Jiangsu 226011，China）

In view of the organic heat carrier boiler furnace deflagration accident，through theoretical analysis and experimental calculation，analysis the cause of the accident，to use the unit and boiler inspection personnel this warning in the future work.

furnace deflagration；the burner；calculation；accident analysis

TK229

A

1672-545X（2017）03-0230-02

2016-12-10

吳兵兵（1983-），男，江蘇如東人，本科，工程師，主要研究方向：鍋爐、壓力管道檢驗(yàn)檢測(cè)