一起鍋爐自控裝置失靈事故的分析與警示

孟慶樂

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院新鄉(xiāng)分院 新鄉(xiāng) 453003）

新鄉(xiāng)市某制板廠于2016年9月新安裝一臺(tái)WNS1-1．0-Q（Y）型鍋爐，經(jīng)驗(yàn)收合格，開始投入運(yùn)行。2017年9月初經(jīng)內(nèi)部檢驗(yàn)，結(jié)論為“符合要求”。但是，9月底筆者準(zhǔn)備去進(jìn)行外部檢驗(yàn)時(shí)，提前接到該廠負(fù)責(zé)人電話，告知該鍋爐燒干了，隨即赴現(xiàn)場(chǎng)查看。

1 事故經(jīng)過

該制板廠主要是依靠蒸汽加熱壓制膠合板的。據(jù)該廠老板介紹，此前鍋爐一直運(yùn)行正常，當(dāng)天上午10點(diǎn)，操作人員還現(xiàn)場(chǎng)觀察鍋爐水位、燃燒器運(yùn)行等一切正常，隨后離開。到了下午13：20左右，負(fù)責(zé)人發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)車間管道送出的蒸汽溫度高，顏色不正常，趕忙去鍋爐房查看，發(fā)現(xiàn)鍋爐上主汽閥門的閥桿處冒煙，人孔圈開始冒煙，分汽缸上的閥門保溫處也開始冒煙，再加之觀察不到水位，于是緊急停爐。

2 事故現(xiàn)場(chǎng)情況

事故現(xiàn)場(chǎng)照片見圖1、圖2、圖3。從鍋爐尾部打開的煙箱看，煙管內(nèi)還有燃燒未盡的火星，地上都是散落的黑色粉末。分汽缸上管道保溫有明顯過熱燒痕。

去掉管道局部保溫層，打開鍋爐上的人孔、煙箱、前保溫層等，可以明顯看到鍋爐上主汽閥門、分汽缸上的閥門外部油漆顏色變得發(fā)白（見圖4、圖5）。打開鍋爐前保溫面板，波形爐膽內(nèi)有大塊脫落的耐火材料，波形爐膽下半部呈明顯黑色，延長至前管板，界限分明，但是爐膽未見明顯變形（見圖6、圖7）。

圖1 分汽缸上閥門保溫

圖2 鍋爐后煙箱

圖3 散落的黑色粉末

圖4 分汽缸上變色的閥門

圖5 鍋爐上變色的主汽閥

圖6 鍋爐前管板

圖7 波形爐膽內(nèi)

3 鍋爐簡介

WNS1-1．0-Q（Y）型鍋爐是全自動(dòng)燃?xì)忮仩t，主要受熱面由鍋殼、管板、波形爐膽、煙管等組成，裝設(shè)有多項(xiàng)安全聯(lián)鎖保護(hù)裝置。按照《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[1]（以下簡稱“鍋規(guī)”）的要求，該類鍋爐都采用了全自動(dòng)控制系統(tǒng)，即根據(jù)生產(chǎn)需要設(shè)定技術(shù)參數(shù)。鍋爐開啟后自動(dòng)運(yùn)行，無須人工進(jìn)行操作。鍋爐啟動(dòng)后，產(chǎn)生蒸汽的壓力達(dá)到所設(shè)定的生產(chǎn)所需壓力的最高值時(shí)燃燒器自動(dòng)停止運(yùn)行，而低于設(shè)定的最低壓力參數(shù)時(shí)，燃燒器又重新自動(dòng)啟動(dòng)；同樣，當(dāng)鍋爐內(nèi)水位低于所設(shè)定的最低水位時(shí)，給水泵自動(dòng)給水；高于設(shè)定的最高水位上限時(shí)，停止給水。若自動(dòng)給水裝置失靈，則還有高、低水位報(bào)警和低水位聯(lián)鎖保護(hù)裝置，也就是說，若是給水系統(tǒng)出現(xiàn)故障，無法向鍋爐內(nèi)進(jìn)水時(shí)，則在水位低于最低安全水位時(shí)燃燒器會(huì)自動(dòng)熄火，這樣不至于因鍋爐缺水造成事故。

4 事故分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況初步判定，該事故是由于鍋爐短時(shí)間內(nèi)缺水造成的。由于該廠負(fù)責(zé)人處理得當(dāng)，及時(shí)停爐，避免了事故擴(kuò)大。

該廠生產(chǎn)是用蒸汽來加熱膠水壓制膠合板，不需要過高溫度，超過100℃就達(dá)到工藝要求，因此，正常工作壓力在0．2MPa～0．45MPa之間。據(jù)負(fù)責(zé)人講“當(dāng)時(shí)在生產(chǎn)車間發(fā)現(xiàn)管道傳送的蒸汽顏色發(fā)白，溫度明顯過高，所以趕緊去鍋爐房查看”。這說明此時(shí)鍋爐處于嚴(yán)重缺水狀態(tài)。

該鍋爐屬于回燃式燃?xì)忮仩t，火焰在爐膽內(nèi)燃燒，燃燒后的高溫?zé)煔庀蚯胺祷?，?jīng)煙管向后達(dá)尾部煙箱，然后通過煙囪排向大氣。那么，當(dāng)鍋殼內(nèi)水位低于爐膽頂部或者再向下時(shí)，爐膽上部和部分煙管由于無法受到水的冷卻，溫度升高，會(huì)將鍋殼內(nèi)的飽和蒸汽進(jìn)一步加熱，使得經(jīng)主汽閥排出的蒸汽為過熱蒸汽，溫度可達(dá)400℃以上，甚至更高。因此，主汽閥、分汽缸上閥門的油漆因?yàn)檫^熱，顏色變白；而人孔圈和各閥門閥桿處冒煙，則是由于人孔密封墊圈、閥桿處的填料函被高溫蒸汽加熱引起的。可以想象，因?yàn)槿細(xì)忮仩t熱效率高，升溫、升壓迅速，才會(huì)導(dǎo)致該鍋爐短時(shí)間內(nèi)將這些部件燒壞。而那些黑色粉末是由于天然氣內(nèi)雜質(zhì)燃燒不完全產(chǎn)生的，也有部分是木材廠的細(xì)小木屑進(jìn)入燃燒器空氣進(jìn)風(fēng)口參與燃燒，隨著煙氣留置在后煙箱內(nèi)，沒有水的冷卻，在煙箱內(nèi)仍呈現(xiàn)“星星之火”狀態(tài)。

一般情況下，當(dāng)鍋爐缺水時(shí)，波形爐膽得不到有效冷卻，導(dǎo)致溫度過高，強(qiáng)度和塑性下降。由于波形爐膽承受外壓，因此，在鍋殼內(nèi)有壓力的情況下會(huì)被壓扁（見圖8）。但是，經(jīng)檢查該鍋爐的波形爐膽未見明顯變形，原因是，由于車間用汽量大，用汽壓力卻不高，所產(chǎn)生的蒸汽不足以達(dá)到一定的壓力就被輸送到生產(chǎn)線上，屬于超負(fù)荷運(yùn)行，因此，鍋殼內(nèi)幾乎沒有什么壓力，這才未導(dǎo)致波形爐膽被壓扁。另外，煙管也未見明顯變形。

圖8 壓變形的波形爐膽

該鍋爐是采用電接點(diǎn)式水位儀表來測(cè)量和傳送水位信號(hào)的，主要由電極測(cè)量筒和電子電路兩部分組成。它是利用鍋爐汽包內(nèi)的水與蒸汽導(dǎo)電率性能差異極大的原理，將水位的變化通過電極轉(zhuǎn)換成電阻的變化，而將水位信號(hào)傳送至控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)測(cè)量和控制功能的。通過系統(tǒng)控制，還兼有給水泵的自動(dòng)啟?？刂?、高低水位報(bào)警及低水位聯(lián)鎖保護(hù)功能。

事故發(fā)生后，筆者也對(duì)電極測(cè)量筒（也稱水位報(bào)警傳感器）進(jìn)行了解列，未發(fā)現(xiàn)電極棒上有嚴(yán)重結(jié)垢現(xiàn)象（見圖9）。因?yàn)殡姌O棒一旦有污垢，會(huì)影響電子信號(hào)的探測(cè)靈敏度，易造成控制系統(tǒng)的誤操作。

圖9 水位報(bào)警傳感器內(nèi)的電極棒

由于事故現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)破壞，事故鑒定人員無法直接去驗(yàn)證分析產(chǎn)生事故的具體原因，但是據(jù)事故情況看，可能存在以下幾種問題：

1）水位傳感器上部的電線虛接，水位信號(hào)未能傳遞到控制柜；

2）控制柜上的控制開關(guān)由自動(dòng)改為手動(dòng)；

3）控制系統(tǒng)故障：水位傳感器沒問題，控制信號(hào)未能傳遞給給水泵；極低水位時(shí)，也未能傳遞給燃燒器使其熄火；

4）燃燒器故障。

5 事故的反思

該類全自動(dòng)鍋爐的控制系統(tǒng)具備有點(diǎn)火程序裝置、熄火保護(hù)裝置、超壓連鎖保護(hù)功能、自動(dòng)給水功能、高、低水位報(bào)警及低水位聯(lián)鎖保護(hù)功能等。

這起事故的發(fā)生，說明當(dāng)時(shí)這臺(tái)鍋爐的全自動(dòng)控制系統(tǒng)的某個(gè)環(huán)節(jié)或者全部聯(lián)鎖裝置失靈。即鍋爐水位低了，無法啟動(dòng)水泵自動(dòng)上水，而水位低于最低安全水位時(shí)，又沒有實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖停爐，這才導(dǎo)致鍋爐的嚴(yán)重缺水事故。

隨著科技的高速發(fā)展，現(xiàn)在鍋爐制造廠生產(chǎn)的燃?xì)猓ㄓ停╁仩t大都采用了全自動(dòng)控制系統(tǒng)，即根據(jù)生產(chǎn)需要設(shè)定技術(shù)參數(shù)，鍋爐開啟后自動(dòng)運(yùn)行，對(duì)外宣稱為“全自動(dòng)鍋爐”，無須人工進(jìn)行操作。《鍋爐使用管理規(guī)則》(TSG G5004—2014)第十八條也明確規(guī)定了“．．．B級(jí)以下（含B級(jí)）全自動(dòng)鍋爐可以不設(shè)跟班鍋爐作業(yè)人員，但是應(yīng)當(dāng)建立定期巡回檢查制度?！钡?，實(shí)際上大部分鍋爐遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到能全自動(dòng)運(yùn)行的狀況，比如水質(zhì)化驗(yàn)、排污等，都需要人工進(jìn)行。盡管個(gè)別鍋爐生產(chǎn)企業(yè)在鍋爐本體上設(shè)置有壁溫監(jiān)控、自動(dòng)排污、遠(yuǎn)程攝像監(jiān)控等，但是，也僅限于部分容積較小的貫流鍋爐的使用，更不能說明就無須人工操作及監(jiān)控了。

另外，由于各個(gè)使用單位管理水平不同，特別是司爐操作人員能力不同，尤其是對(duì)這種新的涉及自動(dòng)控制設(shè)定的鍋爐是否能熟練操作都存在問題。大部分司爐操作人員過去并未參加過此類操作培訓(xùn)，加上個(gè)別鍋爐制造單位擔(dān)心司爐操作人員誤操作，根部就不給用戶控制系統(tǒng)密碼，因此，司爐人員除了會(huì)按“啟動(dòng)”、“停止”按鈕，其余一無所知。這就為此類全自動(dòng)燃?xì)猓ㄓ停╁仩t的安全運(yùn)行埋下了事故隱患。

6 市場(chǎng)情況調(diào)研

據(jù)調(diào)查，目前國內(nèi)與鍋爐配套的燃燒器、水位計(jì)、水位傳感器、控制柜等種類繁多，而國家并無相關(guān)配套要求。在鍋爐的實(shí)際購買和安裝過程中，鍋爐本體、水位傳感器、控制柜、燃燒器等絕大部分都采購自不同的生產(chǎn)廠家，因此，很難相互配套。

國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)由于發(fā)布和執(zhí)行的時(shí)間存在較大差異，也存在許多矛盾之處。如GB/T 13638—2008《工業(yè)鍋爐水位控制報(bào)警裝置》[3]，里面規(guī)定的水位報(bào)警位置設(shè)定就和JB/T 9245—1999《鍋爐用玻璃板水位計(jì)》[4]無法很好的銜接，也不符合“鍋規(guī)”的基本規(guī)定。這樣，在鍋爐調(diào)試、驗(yàn)收環(huán)節(jié)，自動(dòng)上水和低水位聯(lián)鎖保護(hù)功能無法準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)，有些鍋爐水位甚至低于水位計(jì)下部可見邊緣也未實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖，不符合“鍋規(guī)”的要求，很容易出現(xiàn)缺水事故。像上述電接點(diǎn)式水位報(bào)警傳感器，就需要現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)情況截掉一截電極棒才能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖功能。

NB/T 47051—2016《工業(yè)鍋爐控制裝置技術(shù)條件》[5]規(guī)定了鍋爐控制柜相關(guān)功能，目前有些采取了比較先進(jìn)的PLC可編程控制系統(tǒng)，能根據(jù)鍋爐運(yùn)行的需要對(duì)壓力、水位報(bào)警聯(lián)鎖進(jìn)行設(shè)定，而有些則比較落后，需要在傳感器上進(jìn)行調(diào)整，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不便于操作人員掌握。

鍋爐燃?xì)猓ㄓ停┤紵?，按照“鍋?guī)”規(guī)定，大都通過了型式試驗(yàn)認(rèn)證，但是，仍有部分燃燒器，比如甲醇燃燒器并未通過型式試驗(yàn)認(rèn)證，“質(zhì)檢總局辦公廳關(guān)于燃?xì)忮仩t風(fēng)險(xiǎn)警示的通告(2017年第2號(hào))”對(duì)燃燒器的選配也未杜絕其應(yīng)用，只是提出“在相關(guān)安全技術(shù)規(guī)范未修訂前，推薦相關(guān)單位選用型式試驗(yàn)合格的燃燒器”。而且其中還提出“特殊情況需由鍋爐使用單位選配時(shí)，使用單位應(yīng)當(dāng)確認(rèn)所選配的燃燒器符合鍋爐制造企業(yè)規(guī)定的配置技術(shù)要求?！睋?jù)了解，大部分用戶并不具備選配燃燒器的技術(shù)能力，無法確保選用合格。

筆者曾經(jīng)驗(yàn)收的一臺(tái)燃油鍋殼鍋爐，其燃燒器設(shè)置的吹掃時(shí)間最長只能達(dá)到15s，根本達(dá)不到“鍋規(guī)”第6．6．6條“點(diǎn)火程序控制與熄火保護(hù)”的要求，很容易出現(xiàn)爐膛爆炸事故。

由于國家未對(duì)這些控制系統(tǒng)部件的選配出臺(tái)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，這樣就造成了鍋爐銷售人員、安裝單位、使用單位購買時(shí)存在胡搭亂配現(xiàn)象，而且質(zhì)量也參差不齊，這就難以確保鍋爐的安全運(yùn)行。

7 事故的預(yù)防與建議

1）盡快健全和修訂燃燒器、水位計(jì)、水位傳感器、控制柜等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2）強(qiáng)制規(guī)定未經(jīng)型式試驗(yàn)認(rèn)證的燃燒器不得使用。

3）在鍋爐安裝調(diào)試報(bào)告中應(yīng)附有對(duì)操作人員的專項(xiàng)培訓(xùn)記錄。

4）在鍋爐上增加一套獨(dú)立的低水位聯(lián)鎖保護(hù)裝置。

5）規(guī)定司爐人員定期對(duì)燃燒器、水位傳感器等進(jìn)行維護(hù)，并模擬調(diào)試各項(xiàng)自動(dòng)控制和聯(lián)鎖功能。

6）鍋爐外部檢驗(yàn)一定要落到實(shí)處，切實(shí)按照TSG G7002—2015《鍋爐定期檢驗(yàn)規(guī)則》[6]規(guī)定進(jìn)行。

7）加快宣傳并執(zhí)行TSG 08—2017《特種設(shè)備使用管理規(guī)則》[7]第2．4．4．2條“作業(yè)人員配備特種設(shè)備使用單位應(yīng)當(dāng)根據(jù)本單位特種設(shè)備數(shù)量、特性等配備相應(yīng)持證的特種設(shè)備作業(yè)人員，并且在使用特種設(shè)備時(shí)應(yīng)當(dāng)保證每班至少有一名持證的作業(yè)人員在崗?！?/p>

8 事故的警示

近年來，為了治理霧霾天氣，我國政府下大力氣要求企業(yè)分級(jí)淘汰燃煤鍋爐。目前大部分企業(yè)正在集中更換成燃?xì)饣蛘呷加湾仩t。但是由于各地鍋爐制造單位、使用單位、安裝單位甚至是監(jiān)察、檢驗(yàn)部門對(duì)國家相關(guān)的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)等理解、貫徹不一致，再加上部分規(guī)程、規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)滯后的原因，因此，這種大規(guī)模、全國性的鍋爐集中更新?lián)Q代勢(shì)必會(huì)造成從鍋爐設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用、管理、檢驗(yàn)、監(jiān)管等各個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)這樣那樣的問題，給鍋爐的安全運(yùn)行帶來一定的事故隱患，要引起各方面的高度重視。