从蒸汽加热器爆炸事故分析有关标准的合理性

陈义华

（桂林三金药业股份有限公司)

0 引言

长期以来，空调等大量使用的蒸汽加热器其设计、制造均遵守GB/T 14296—2008《空气冷却器与空气加热器》标准，且GB150—2011《压力容器》也明确空气加热器不属于压力容器的管理范畴。最近某食品厂原料车间在设备清洁验证过程中，发生了蒸汽加热器爆炸事故。事故现场蒸汽加热器的一侧保温外壳飞到门边，第一列（共并列四列）蒸汽加热器内壳被炸开，旁边的彩钢板墙倒塌，玻璃碎了一地，墙上沾满了保温材料，可见其危险性还是相当大的，若不是无操作人员在现场，恐怕会发生人员伤亡事故。因此对此类设备事故绝不能掉以轻心。本文从事故现场分析入手，查找造成事故的原因并提出解决办法，以避免类似事故再次发生。

1 事故调查和原因分析

事故蒸汽加热器有四列并列腔体，每个腔体中有13根不锈钢列管，管径为Ø16 mm，蒸汽走管程，空气走壳程，两端用方形非成型封头焊接，总容积约为0.036 m3，彩钢板墙距离事故加热器约2 m。

容器的爆破能量主要是以冲击波能量表现出来的。多数情况下，冲击波的伤害、破坏作用是由冲击波超压引起的。冲击波超压即冲击波波阵面与大气之间的压差，用Δp表示。冲击波超压的大小与产生冲击波的能量有关，也与距离爆炸中心的远近有关，其关系式为：

式中 Δp——冲击波波阵面上的超压，MPa；

R——距爆炸中心的距离，m；

n——衰减系数。

衰减系数n在空气中随着超压的大小而变化，在爆炸中心附近n=2.5～3，当超压在数个大气压以内时n=2，当超压小于1个大气压时n=1.5。冲击波超压造成的破坏见表1。

表1 冲击波超压的破坏作用

由表1的数据可知，本次蒸汽加热器爆破产生的冲击波超压约为0.02 MPa。

那么，本次爆破的原因在哪里？对此需要从人员操作、设备安装、设备制造缺陷、外部锅炉供汽情况、同一台设备的不同部位结构等方面进行综合分析。

经查看和计算可知，当天锅炉的出口压力为0.38 MPa，蒸汽加热器的压力不超过0.16 MPa。经询问操作工操作情况并从现场调查确认，蒸汽阀门处于关闭状态，同时疏水阀和旁通阀也处于关闭状态。因此，使用超压导致设备事故的可能性不大。

设计方面：有一些不合理的结构设计，如封头采用方形非成型封头，封头与筒体的连接采用角焊缝，受压元件强度不够等。

制造方面：对破裂的加热器壳体进行断口分析，该断口属于延性破坏，有塑性断口特征和剪切唇，没有碎片，开裂处主要在焊口热影响区。该加热器的四列腔体中只有一列腔体爆裂，其它三列没有发生塑性变形。爆裂的腔体焊缝存在焊接缺陷，这是导致事故发生的最大因素。

安装方面：管道设计及安装不规范，进汽管大、排汽管小，不符合 《工业金属管道设计规范》要求。没有安装安全阀和压力表等附件。阀门质量差，容易泄漏或关闭不严。

使用方面：蒸汽疏水阀及旁通阀全部处于关闭状态，蒸汽管道在暖管过程中产生的冷凝水无从排出，引起汽水共振。

综上所述，由于设备的制造存在缺陷，进汽阀门质量差，关阀不严，加热器腔体内的压力达到蒸汽管道压力的最高值，同时蒸汽管道在暖管过程中产生的冷凝水无从排出引起汽水共振，这些因素综合作用的结果，使其产生的应力超出了设备材料的设计许用应力，从而引起设备爆破造成事故。

2 建议

《空气冷却器与空气加热器》标准没有对其设备的结构、形式等作出明确的规定，也没有对加热器结构设计进行规范。按 《压力容器设计规范》规定，压力超过0.1 MPa、容积大于0.1 m3的设备属于压力容器，压力超过0.1 MPa、直径大于25 mm的管道属于压力管道。对于 《压力容器设计规范》的这些规定， 《空气冷却器与空气加热器》标准应当予以明确的区分，以免无意中将加热器制成压力容器而又脱离压力容器设计规范监管从而造成事故。

2.1 设计方面

应补充和完善对结构形式、封头、材料、焊接等方面的要求。应明确采用直径小于25 mm的盘管；两端封头与筒体的连接不得采用焊接结构的连接形式，如需要封头，应设计成螺栓连接形式并采用压力容器标准封头。明确外壳、换热管的用材标准，明确焊缝结构形式。

2.2 制造方面

选用合格材料并经过严格检验，采用合适的焊接结构、材料和工艺，确保焊接质量。制造完成后须经无损探伤和严格的压力试验，经检验合格后才能出厂。

2.3 安装方面

要请有资质的施工单位严格按图施工。采购优质阀门和管材，管道安装符合 《工业金属管道工程施工及验收规范》，并且管道上应安装安全阀、压力表等附件。

2.4 使用、维护和管理

在现行标准未修改之前，应按压力容器标准对这类设备的使用和维护加强管理。

（1）设备选型与设计时，考虑蒸汽供汽系统的最高工作压力。同时，在新设备安装时在蒸汽管道上安装与设备设计压力相应等级的安全阀，以确保设备安全运行。

（2）开始工作前要排净加热器内的冷却水和混合气体，预热5～10 min后正式工作，避免因蒸汽突然进入冰冷的加热器而产生大量的冷凝水，冲击设备。加热器工作结束后，要排净其中的冷凝水。

（3）操作工在开启蒸汽加热器前，应彻底检查蒸汽阀门的好坏及开关状况，开启蒸汽加热前要确保疏水器旁通阀开启。

（4）若设备可能长时间不使用，应当检查确认供汽阀门已完全切断，并完全打开排汽阀门，保持旁通阀或疏水阀至少有一组处于开启状态，确保管道畅通不受压力。

3 结论

《空气冷却器与空气加热器》标准存在明显的缺陷和不足。应从本次事故中吸取教训，及时组织相关专家修订该标准，以避免这类设备发生安全生产事故。同时，在该标准未修订之前，应参照压力容器标准提高管理档次，做好在役设备的改造和使用管理，以确保设备的安全运行。

[1]GB/T 14296-2008.空气冷却器与空气加热器 [S].

[2]GB 150.1-150.4-2011.压力容器 [S].

[3]张卫强，焦强，崔锋.压力容器爆炸伤害事故后果分析及评价 [J].科技信息，2009(15)：493-537.

[4]GB 50316-2000.工业金属管道设计规范 [S].

[5]GB 50184-2011.工业金属管道工程施工质量验收规范[S].