關于燃氣鍋爐爐膛爆炸事故案例的探討

董建都

(福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院南平分院，福建 南平 353000)

鍋爐屬于特種設備之一，在化工、食品、造紙、木竹加工、醫療及冬季供曖等行業應用廣泛，亦在工農業生產及民生領域中發揮重要作用，隨著國民經濟的飛速發展，鍋爐數量也在以每年7%左右的速度不斷增加。隨著藍天碧水保衛戰的推進，“綠水青山就是金山銀山”的理念不斷深入人心，以及天然氣這一清潔能源的進一步普及使用，燃煤鍋爐改燃氣鍋爐的數量與日俱增。但與此同時，由鍋爐引發的各類事故也在增多，其中，由于燃氣鍋爐的爐膛爆炸事故占比較高，為保證燃氣鍋爐安全、穩定、節能、高效運行，文中對燃氣鍋爐的爐膛爆炸事故案例進行探討研究。

1 爐膛爆炸事故案例概述

福建省南平市某外資中型化工企業一臺有機熱載體燃氣液相爐，于2018年8月14日在全廠例行年度設備停機檢修結束后，點火試運行時發生爐膛爆炸，造成一人重傷的事故。經現場監控錄像回放及現場人員介紹，事故發生在上午10點30分，伴隨一聲巨響，一股煙霧騰空而起，鍋爐爐膛發生爆炸，燃燒室端蓋及燃燒器與鍋爐本體脫離，飛出近三米遠，當場將調試人員撞飛三米后被水泥砌筑的水池墻擋住落下（如圖1）。而另一個調試員被爆炸產生的氣浪掀倒。因爆炸造成鍋爐最后一排內外層爐管和中層爐管變形移位，最大移位量約120mm，有三個拉撐管件斷裂（如圖2）。事故現場一片狼藉，其中被撞飛受傷的人員當場倒地不醒人事，第一時間送到醫院，雖然搶救及時脫離危險，但造成腰肢等重大傷殘，目前還在醫院康復治療，造成直接經濟損失約60萬元，因鍋爐停廠而造成的間接經濟損失約200萬元。

圖1 事故現場

圖2 爐管變形移位圖

2 案例分析探討

從該起事故來看，事故原因比較清晰，事故發生后企業全力救治傷員，妥善處理善后工作，吸取教訓。下面對這起事故案例進行分析探討。

2.1 鍋爐基本情況

該鍋爐型號：YY(Q)W-2400Q，屬燃氣有機熱載體液相爐，2004年4月由江蘇省某鍋爐有限公司制造出廠；額定熱功率：2.4MW；額定壓力：0.7MPa；額定工作溫度：340℃；使用壓力：0.7MPa；實際工作溫度：280℃。

該鍋爐分別于2017年3月及2017年5月進行內部檢驗和外部檢驗，檢驗結論分別為允許運行和整改后運行（要求整改的內容主要是壓力表和溫度計未校驗及運行記錄不規范不完整）。

2.2 爐膛爆炸機理

爐膛爆炸是由于可燃氣體漏入并與空氣混合形成爆炸性混合物，這種混合物處在爆炸極限范圍時一接觸到適當的點火源就會發生爆炸事故。伴隨著化學變化，爐內氣體壓力瞬時劇增，所產生的爆炸力超過結構強度而造成向外釋放爆炸能量，由于在極短時間內大量能量在有限體積內積聚，造成鍋爐爐膛處于非尋常的高壓或高溫狀態，使周圍介質發生震動或鄰近的物質遭到破壞。

2.3 燃氣鍋爐點火程序控制與熄火保護裝置具體規定

根據TSG G0001-2012《鍋爐安全技術監察規程》[1]相關規定，鍋殼式（室燃）燃氣鍋爐應當裝設點火程序控制裝置和熄火保護裝置，并滿足以下要求：（1）在點火程序控制中，點火前的總通風量應當不小于3倍的從爐膛到煙囪進口煙道總容積；通風時間至少持續20s；（2）單位時間通風量一般保持額定負荷下的總燃燒空氣量；（3）熄火保護裝置動作時，應當保證自動切斷燃氣供給；（4）燃燒器點火、熄火安全時間（即燃燒器啟動時，從燃料進入爐膛點火失敗到燃料快速切斷裝置開始動作的時間稱為點火安全時間；燃燒器運行時，從火焰熄滅到快速切斷裝置開始動作的時間稱為熄火安全時間，具體見表1）。

表1 燃氣燃燒器安全時間要求

2.4 鍋爐燃氣系統組成及放散閥工作原理分析

燃氣系統：由氣源、輸配系統（包括承壓燃氣管道系統和調壓系統等）和用戶三部分組成，三者缺一不可。

供氣主管路：如圖3所示，鍋爐房主管路為入室母管和干管，支管為單一終端設備管路。

燃氣鍋爐系統管路上要設置放散閥[2]，放散閥是一種當某種暫時原因使控制點的壓力超過設定值時，即排放一定量的氣體的閥。燃氣安全放散閥用于監視整體設備各級調壓器的出口壓力，當超壓時可自動開啟，釋放超壓燃氣，達到保護下游設備的作用，保證用戶安全用氣。放散閥主要實現三個作用：（1）超壓泄放（超壓放散）；（2）管路吹掃置換（吹掃放散）；（3）管路內泄漏泄放（泄漏放散）。泄放出的氣體均通過泄放管排到安全區域。

圖3 鍋爐供氣主管路示意圖

2.4.1 超壓放散原理與作用

（1）在燃氣主管道上，按照城市燃氣設計規劃及鍋爐房設計規范均要設置放散[2]，這種放散具有安全作用。在燃氣主管道上，燃氣調壓站出口管路上必須設置自動安全放散閥[2]。因為燃燒器配套的安全切斷閥及二級調壓閥一般均為低壓閥，需要保護，如果超壓導致安全閥及二級調壓閥失靈，則有極大的安全隱患。另外，在運行中，如果燃氣調壓站超壓，就會導致燃燒器運行不穩定，甚至出現不安全事故。因此，自動放散閥對管路和設備具有高壓自動保護功能。當壓力高于設定值時，放散閥自動開啟，氣體泄放到放散管排出泄壓。當壓力低于設定值時，放散閥關閉。

（2）在進燃燒器前的各分支路上，燃燒器主燃氣控制閥系統上游至少設置一只壓力控制裝置，且該壓力控制裝置聯鎖燃氣控制閥[2]。該要求實現了對設備（燃燒器）的超壓保護（支管管路超壓由主管超壓泄放保護系統進行保護）。

2.4.2 吹掃放散和泄漏放散作用

吹掃放散目的是在檢修和點火前將管道內的空氣/燃氣混合物吹掃干凈。

一般在管道的盲端設置放散管，在放散管根部設置手動切斷閥[2]，用于在吹掃過程中，實現放散管的關閉和打開。

泄漏放散是為了預防管道內泄露，保護下游設備而采取的措施，一般在被保護設備安全切斷閥上游管段設置自動放散閥，自動放散閥與安全切斷閥形成互鎖方式使用[2]。燃氣控制閥系統需帶放散閥，其排空管出口必須直接通向室外，且高于建筑物2m。

在投產、停爐、檢修時要對管道進行試壓，吹掃，氣體置換等作業。

2.5 爆炸事故原因分析

根據對設備的基本情況及事故經過的調查，包括調取監控錄像并勘察事故現場，查閱燃燒器的使用說明書等相關資料，對燃燒機進行全面系統的檢查研究，從以下五個方面對事故原因進行剖析。

（1）特種設備安全管理（包括人員持證上崗、規章制度及技術操作規程落實情況）。雖然鍋爐房管理制度及技術操作規程均有掛上墻，但鍋爐各項運行記錄不完整、不規范，據司爐工等相關人員介紹，燃燒機早就有故障，點火啟動時好時壞，存在異常，屬帶病運行。爐膛爆炸前自動控制系統和聯鎖裝置（即點火程序控制裝置和熄火保護裝置）已經失效，但在運行記錄和維修記錄上均未查詢到，設備故障亦未反饋到相關責任人，鍋爐房安全管理存在嚴重問題。企業安全管理責任人對特種設備安全管理，特別是對燃氣鍋爐的安全管理不夠重視，規章制度和技術操作規程形同虛設，持證司爐人員操作責任心不強，技術水平有限，對故障的分析與判斷水平不足。

經過對事故現場錄像的比對及相關責任人員證實，受重傷的是該企業一位聘用電工，只持有電工證，未持有燃氣（油）鍋爐司爐操作證，知道燃燒器的一些電路原理，但對燃燒機系統的具體結構及工作原理并不了解，屬違規操作。事故發生時，另一名持證司爐操作人員雖在場，但由于責任心不強，加上對燃燒機故障的分析與判斷能力不足，沒有及時阻止該電工在燃燒機有故障的情況下點火操作。經核實，特種設備管理人員未經培訓持證上崗?？梢娫撈髽I對特種設備等安全管理不重視，存在嚴重安全隱患問題。

（2）燃燒機的制造資質及型式試驗情況。據企業相關人員介紹，該燃燒機于2003年由廈門一家國內代理商進口零配件并自行組裝，負責售后維修保養等服務。銘牌上標識該燃燒機系外國進口的某品牌，于2003年制造，只見到一本使用說明書，未見到海關商檢報告和型式試驗合格報告。[3]

（3）對燃燒機系統的全面檢查。事故發生后的次日，該設備代理商派出維保人員在現場配合事故調查組對燃燒機系統進行拆解并做全面的檢查、調試（測試），其中包括對點火棒（點火電極包括高壓線接頭及電極間距）、點火電纜和變壓器、燃氣過濾器清潔情況、燃燒器閥組、燃燒機電機（含軸承）、燃燒器電源指示、燃燒器風門、火焰盤、溫控儀、調壓閥（含調壓閥閥位指示彈簧硬度）、火焰轉換開關及空氣壓力開關等燃燒機系統的全面檢查。在逐項檢查過程中發現點火棒間隙夾有碳渣，接觸不正常；自動控制系統和聯鎖裝置（即點火程序控制裝置和熄火保護裝置）已經失效；自動超壓放散閥不能正常開啟。

（4）對供氣管路系統進行全面檢查。經查在供應母管上主控制閥前，在安全并且便于操作的地方裝設手動切斷閥和自動超壓放散閥，但未裝設手動吹掃放散閥；自動超壓放散閥無法自動打開。

（5）人員操作情況分析。維修調試人員是廠內維修電工，沒有燃油（燃氣）燃氣鍋爐的司爐操作證就上崗檢查調試并啟動燃燒機點火，經若干次點火啟動未成功。由于爐膛內聚積可燃氣體，未能進行自動吹掃清除，當可燃氣體濃度達到爆炸極限時，此時啟動燃燒機點火棒剛好點出火花，產生爆炸。由于吹掃系統存在故障（正常的燃氣鍋爐在點火啟動前燃燒機一定會先吹掃爐膛20秒鐘，目的是將爐膛內可燃的殘余氣體吹掃干凈，以免造成爐膛爆炸）。該維修電工未掌握相關操作技術原理，所以釀成爆炸傷人的慘痛教訓。

3 事故結論

根據上文技術分析，得出如下結論：

（1）事故直接原因：特種設備存在嚴重的安全隱患，即：點火棒間隙夾有碳渣，接觸不正常；自動控制系統和聯鎖裝置（即點火程序控制裝置和熄火保護裝置）已經失效；自動超壓放散閥不能正常開啟。由于可燃氣體漏入爐膛并與空氣混合形成爆炸性混合物，未能得到有效吹掃清除，這種混合物處在爆炸極限范圍時一接觸到適當的點火源就發生爆炸事故。

（2）事故間接原因：特種設備的現場調試操作人員未持有司爐工操作證，站在場邊的持證司爐人員由于責任心不強，對故障的技術分析與判斷水平欠佳，未及時阻止無證人員在鍋爐燃燒機有故障的情況下點火操作。

4 整改措施與建議

請有資質單位進行檢修，檢修合格后由持燃氣（油）鍋爐司爐操作證的司爐工點火調試，并嚴格按照技術操作規程操作，檢修結束后要由有資質的相關檢驗機構驗收合格后才能使用。

5 預防措施

為防止此類事故發生，應采取以下措施：

（1）吸取本事故教訓，加強對鍋爐的安全管理工作，提高企業的安全管理意識，組織有關人員學習相關的業務知識，對在用的燃氣鍋爐要認真做好鍋爐安全運行管理和維護保養工作，如存在隱患，應及時采取措施予以消除，不帶病運行。維修保養不合格或年檢不合格的鍋爐禁止投入使用；嚴防僥幸和冒險行為，真正落實“安全第一”和“預防為主”的方針。

（2）嚴格按照技術操作規程進行司爐操作，并做好運行記錄和維護保養記錄，發現問題要在運行記錄上體現，并及時向相關安全管理責任人匯報反映，燃燒機有故障要果斷采取停爐處理。出現故障后應請有資質或有經驗的維保人員進行維修，保證安全和維修質量，維修合格后要有檢驗機構的驗收合格報告等相關證明文件；啟動點火調試程序必須由持證的燃氣（油）司爐工操作，并嚴格遵照技術操作規程，確保鍋爐啟動點火前要對爐膛進行有效吹掃。

（3）鍋爐的安裝、使用、操作及維修應按照《特種設備安全法》[4]《特種設備安全監察條例》（國務院令第549號）及《鍋爐安全技術監察規程》[1]等相關技術標準要求，由持有相對應上崗證的人員進行。

6 結語

為保證燃氣鍋爐安全、穩定、節能、高效運行，使用單位在重視鍋爐設備的安全管理、維護保養工作的同時也要重視鍋爐操作人員的技能培訓及持證上崗安全教育。燃氣鍋爐自動化程度與技術含量較高，特別是燃燒機系統，所以對司爐工的文化素質及責任心等綜合要求也相對較高，建議要有高中或中專以上學歷。由于在2008年《燃油（氣）燃燒器安全技術規則》（TSG ZB01-2008）出臺前的燃燒機基本上都沒有做型式試驗，有的代理商從國外進口零配件后自行組裝調試，沒有嚴格按照標準規范要求進行安裝驗收，檢驗機構在鍋爐年檢時應重點對此進行全面徹底檢驗。在對燃燒機系統進行功能性點火啟動和熄火試驗（調度）時，應當注意風險問題，要在確認設備正常情況下由持證司爐工進行操作。對沒有達到圖3標準要求的要進行整改，沒有進行型式試驗[3]的燃燒機一律不得繼續使用[5]，避免類似事故再發生。