一起水冷壁管爆管事故原因分析及预防措施

来爱平

一起水冷壁管爆管事故原因分析及预防措施

来爱平

通过对锅炉损坏特征和现场调查情况综合分析，阐明锅炉在水冷壁管壁厚减薄的前提下，发生缺水情况，短时（瞬时）高温过热导致事故发生的原因，同时提出事故预防措施和对检验工作的思考建议。

水冷壁管；缺水；高温过热；爆管；事故预防

1 事故概况

2009年6月2日早上6时左右，某公司一台SZL4-13-W蒸汽锅炉水冷壁管发生爆管事故，造成锅炉停用待修。据现场人员叙述，当班两人值班，事故发生前，锅炉在正常工况状态下运行，突然司炉人员听到炉膛内有爆破声，随即水位报警器报警，炉内水位快速下降，补水泵自动运行。在液位显示仍不见水位情况下，当班司炉工又启动补水泵手动”按钮补水。后来发现炉门冒出大量气水混合物，即停炉处理。在转动炉排退火至后拱处，因大量塌陷物堆积无法运转，自然冷却停炉。

2 事故现场调查情况

事故发生后，笔者参与了事故现场调查工作，情况如下：

（1）该炉1990年投用，使用压力0.5 MPa，1999年大修，更换过水冷壁管。该炉手续齐全，有历年检验报告，2008年检验报告中注明运行记录不健全，且应做水压试验。事故当班两人均持有效证件。

（2）该炉左侧水冷壁管从前向后第1根发生爆管，爆破位置为管的向火面，破口为纵向开裂，呈尖锐的喇叭形，边缘很锋利。破口轴向长185 mm，径向宽152 mm，边缘厚度约1.2 mm，靠近破口处的管壁有严重塑性变形（原周长为170mm，现周长为230 mm）。破口管内表面光滑，外表面呈蓝黑色，有轻微结焦。该炉右侧水冷壁管严重变形，棚管段向炉排方向弯曲变形，最大变形量390 mm，立管段向后拱方向弯曲变形，最大变形量93 mm。两侧水冷壁管均无氧化皮脱层现象。

（3）炉膛前顶棚（以后拱管上集箱为界）塌陷，面积大约1 500 mm×1 200 mm。后顶棚浇注物有轻微松散现象。

（4）上锅筒内表面水冷壁管胀管区域有过热发黑现象，其他部位未见异常。下锅筒未见异常。锅筒、管子内部均无结垢、腐蚀。

（5）水冷壁管管材为20锅炉管，规格为φ51×3.5 mm。经随机抽查测量，两侧水冷壁管壁厚最大值2.5 mm，最小值2.2 mm。

（6）锅炉液位计、压力表、安全阀等安全附件外观检查完好。

3 事故原因分析

通过对锅炉损坏特征和现场调查情况综合分析，本次事故属典型的水冷壁管受磨损壁厚减薄，在缺水状态下短时（瞬时）过热导致爆管的损坏事故。锅炉在运行过程中，水冷壁管直接受炉膛火焰高温辐射，当锅炉水位偏低时，在下降管处产生外气穴，将气空间的蒸气吸入下降管，使水循环受阻，冷却条件恶化，壁温在很短时间内迅速上升，致使管材在高温下发生过热现象，强度急剧下降。此时，右侧水冷壁管由于受顶棚耐火砖和浇注物重力作用首先发生弯曲变形，同时由于两侧水冷壁管长期受烟气冲刷、磨损及腐蚀，管壁减薄量最大。管壁最薄的管子强度最差，在介质压力作用下，管壁向火侧最薄处鼓包，进而剪切断裂，发生爆破。

从该炉右侧水冷壁管变形损坏程度以及上锅筒内过热发黑现象分析，事故发生时由于锅炉缺水导致过热损坏的概率更大。缺水时，上锅筒受辐射热和水冷壁管传热作用，产生过热发黑现象。同时，水冷壁管内发生急剧气化，导致变形损坏或爆管发生的时间更短，破坏程度也更大。从管子外壁没有氧化皮脱层现象可以更加证明这一判断。因为在缺水状态下，高温运行时间极短就可能造成破坏，在外壁来不及形成氧化皮层。

4 结论及预防措施

综上所述，本次事故是一起因操作方面原因导致的安全事故，直接原因是锅炉运行中水位偏低或缺水。使用单位应认真总结经验和教训，查出造成水位偏低或缺水的原因，在安全管理方面做好预防措施，从而确实保障承压类特种设备——锅炉的安全运行。

（1）使用单位应进一步加强对特种设备的安全管理工作，从思想上予以高度重视，认真执行国家有关特种设备法律法规和安全技术规范，加强锅炉等特种设备的规范化操作和维护保养监督检查。

（2）认真对待安全管理部门和检验检测单位提出的整改意见，对锅炉定期检验中提出的问题及时进行整改。

（3）加强对司炉人员的培训及应急演练，避免类似事故发生。如听到炉膛内有异常声响，在还不确定锅炉究竟发生了什么问题情况下，盲目补水操作，有可能使事故扩大，甚至发生爆炸，直接危及生命财产安全。

（4）锅炉的修复应严格执行国家有关规范和技术标准。对上锅筒应运用硬度测试、金相分析等多种检测方法，确定其是否需要进行挖补或者更换。

（5）应对类似工况的其他几台锅炉进行停炉检验，对自动控制系统和安全附件进行全面检查和校验，确认其处于完好状态。

5 对检验工作的思考和建议

检验工作质量的好坏直接关系到特种设备是否能安全运行。本次事故调查的初步结论是锅炉运行中操作方面的原因导致，通过事故分析，对检验工作中存在的一些问题提出以下建议：

（1）检验报告中应对锅炉检验状态进行完整说明。该炉2007年、2008年进行的均是内检，连续两年内检，对该炉而言只有属于《锅炉定期检验规则》第6条第5种情况“根据上次内部检验结果和锅炉运行情况，对设备安全可靠性有怀疑时”才进行，因此检验报告中应予以说明，并详细记录对怀疑项目的检验检测内容。

（2）检验检测项目应覆盖全面。从截取的爆管断面看，管壁沿背火面至向火面有均匀减薄现象，符合长期冲刷自然减薄特征。随机抽查测量的结果也表明，壁厚确实有一定程度减薄。从使用年限分析，该炉1986年制造，1990年投用，使用年限较长，1999年更换水冷壁管至今也已10年，因此检验中对冲刷减薄部位应该有所预见。对于该炉情况，内检时应当考虑对受热管进行壁厚测定，必要时还需根据实测最小值进行强度校核。

（3）全面分析受检锅炉状况，对事故发生进行预测判断，提高受检设备的安全性。该炉2007年11月内检报告中，水冷壁管测厚最小值3.03 mm，最大值3.18 mm，说明从1999年~2007年，8年最大减薄量不足0.5 mm，而与事故后测量结果比照，2007年11月至事故发生，两年时间减薄量平均值超过0.5 mm，属于非线性关系，不符合自然减薄规律。应当查明是否由于燃料种类改变或其他原因导致冲刷磨损加剧，对有可能发生的事故进行预测判断，从而提出改进措施，避免事故发生，做到防患于未然。

TK229

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2010－06－29

来爱平，现就职于晋城市特种设备监督检验所.