蒸汽锅炉爆炸原因分析

李淼　周志勇　周升升　邓钦球

摘 要：锅炉是具有高温、高压的热能设备，是特种设备之一，一旦发生事故，涉及公共安全，将会给国家和人民生命财产造成巨大损失。本文对一例蒸汽锅炉爆炸的原因进行分析，通过现场勘验、成分分析、力学性能分析、焊接检查等鉴定分析手段，找出蒸汽锅炉爆炸原因。本文所用的分析方法有助于失效分析人员根据现象分析和判断蒸汽锅炉爆炸的原因。

关键词：蒸汽锅炉；爆炸；焊缝焊接；安全阀；横水管

中图分类号：TK228 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）10-0079-03

锅炉是生产水蒸气和高温水的设备，由于它能提供动力和热能。随着生产的发展，锅炉设备日益广泛地应用于现代工业的各个部门，成为发展国民经济的重要热工设备之一[1]。锅炉既是工业中常见的设备，又是具有潜在爆炸危险的特殊设备。锅炉在正常运行时，系统中储存着大量的热能，它不仅要承受高温高压，还要承受介质侵蚀和飞灰磨损，工作环境比较恶劣。一旦某些原因促使储能意外释放，就会造成财产损失以至人员伤亡。近年来，我国锅炉爆炸的事故屡有发生，给经济建设和社会文明带来了较大影响[2]。本文通过科学客观的检测手段，对爆炸后的蒸汽锅炉进行了全面系统的分析，查找出产生爆炸的根本原因，为今后蒸汽锅炉的失效分析提供技术思路。

1 案情资料

XXXX年XX月XX日，某厂内发生爆炸，爆炸的锅炉造成三个车间坍塌。为查明真相，某地公安局委托我单位对前述事项进行物证鉴定，我单位受理了此鉴定。

2 分析过程

2.1 现场调查

现场调查时，发现涉案锅炉的横水管、炉胆有变形（见图1所示）。现场涉案锅炉的分汽包有4个阀门，进气阀门处于开启状态。

涉案锅炉的安全阀采用弹簧式安全阀，安全阀与锅炉本体连接管道断裂，脱离锅炉本体。涉案锅炉蒸汽阀门與本体断裂分离（见图2所示）。涉案锅炉炉胆变形呈向中心凹陷状态，锅炉本体在投煤门圈（与炉胆、锅壳焊接处）内外两侧处发生开裂，裂纹成环状，外侧长度约20cm，内侧开裂长度约30cm。涉案锅炉底座无固定螺栓。投煤门圈上缺失炉盖。与涉案锅炉连接的蒸汽出口阀、安全阀、进水管排污管、水位计引出管的连接管路均在事故后与涉案锅炉断裂脱离（见图3所示）。

2.2 涉案锅炉成分分析

依据GB/T 4336-2002《碳素钢和中低合金钢多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法（常规法）》[3]对涉案锅炉本体、横水管所用材质进行成分分析，其成分见表1、表2所示：

通过对涉案锅炉本体、横管化学成分分析可知，涉案锅炉本体材料为Q235，横管材料为20#钢，符合图纸技术要求。

2.3 涉案锅炉力学性能检测

对涉案锅炉本体所用材料的力学性能进行检测，结果见表3所示。

2.4 涉案锅炉焊接检查

根据GB/T 6417.1-2005《金属熔化焊接头缺欠分类及说明》[4]中所表述的焊接缺欠分类及说明，发现涉案锅炉投煤门圈与炉胆（板厚10mm）焊接的角焊缝存在未焊透（未焊透深度大于5mm），且焊接位置与图纸要求不符，图纸要求单面开坡口角焊缝焊接，涉案锅炉采用的则是未开坡口双面角焊缝；投煤门圈与锅壳（板厚8mm）焊接的角焊缝存在未焊透现象（无有效熔深）（见图4所示），不符合图纸要求。同时也不符合JB/T 1613-1993《锅炉受压元件焊接技术条件》[5]中5.3条“主要受压元件的主焊缝（锅筒、锅壳、炉胆或集箱的纵缝和环缝，封头、管板或下脚圈的拼接焊缝等）应采用全焊透性焊缝”的要求。

2.5 安全阀检查

将涉案锅炉的安全阀进行拆解检查和观察铭牌，发现该安全阀为弹簧全启式安全阀，且安全封完好（见图5所示），弹簧可动作，安全阀的反冲盘与导向套发生锈蚀，不能相互运动（见图6所示），安全阀失效，不能起到泄压保护作用。

2.6 涉案锅炉横水管检查

对涉案锅炉横水管进行检查，未发现横水管存在水垢等影响热传导的异常现象。依据GB/T 13298-2015《金属显微组织检验方法》[6]对涉案锅炉横水管所用材料进行金相分析，发现横水管的金相组织主要是铁素体+珠光体（见图7所示），局部存在魏氏组织（见图8所示）以及晶粒长大现象（见图9所示）。

3 结果分析

通过对涉案锅炉检查和查阅涉案锅炉的相关资料，涉案锅炉在初始安装时安全阀检验合格，压力表检验合格，涉案锅炉允许运行。但是涉案锅炉运行后安全阀无2010年后的校验记录，不符合《蒸汽锅炉安全技术监察规程》中第146条“在用锅炉的安全阀每年至少应校验一次”的要求。涉案锅炉的安全阀在使用期间未按规定进行校验，安全阀已经失效，失去安全保护作用。

通过“2.4涉案锅炉焊接检查”分析可知，涉案锅炉的投煤门圈与炉胆的角焊缝处和投煤门圈与锅壳之间的角焊缝均存在未焊透现象，不符合图纸要求，同时不符合JB/T1613-1993《锅炉受压元件焊接技术条件》中5.3条“主要受压元件的主焊缝（锅筒、锅壳、炉胆或集箱的纵缝和环缝，封头、管板或下脚圈的拼接焊缝等）应采用全焊透性焊缝”的要求。

根据委托人提供的调查笔录截图可知，涉案锅炉在运行过程中存在过烧的可能，由“2.6涉案锅炉横水管检查”可知横水管金相局部存在魏氏组织和晶粒长大现象，此现象与横水管受到异常高温有关。

4 结语

涉案锅炉在运行过程中，因操作原因导致涉案锅炉压力升高，涉案锅炉的安全阀超期未检并失效，存在涉案锅炉爆炸的安全隐患；导致涉案锅炉在运行过程中超过涉案锅炉的额定蒸汽压力（0.4Mpa）时，安全阀不能泄压；同时，涉案锅炉在投煤门圈与炉胆和锅壳焊接处存在严重未焊透的现象，造成涉案锅炉焊缝性能降低，导致涉案锅炉压力从焊接薄弱处释放导致爆炸事故的发生。

参考文献

[1]奚士光，吴味隆，蒋君衍.锅炉及锅炉房设备（第三版）[M].北京：中国建筑工业出版社，1995.

[2]牛国庆，徐志胜，徐彧，崔辉，王海娟.锅炉爆炸原因分析与事故后果模拟[J].辽宁工程技术大学学报：自然科学版，2005，（6）：909-912.

[3]GB/T 4336-2002.碳素钢和中低合金钢 多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法（常规法）[S].

[4]GB/T 6417.1-2005.金属熔化焊接头缺欠分类及说明[S].

[5]JB/T 1613-1993.锅炉受压元件焊接技术条件[S].

[6]GB/T 13298-2015.金属显微组织检验方法[S].