关于燃气锅炉炉膛爆炸事故案例的探讨

董建都

(福建省锅炉压力容器检验研究院南平分院，福建 南平 353000)

锅炉属于特种设备之一，在化工、食品、造纸、木竹加工、医疗及冬季供暧等行业应用广泛，亦在工农业生产及民生领域中发挥重要作用，随着国民经济的飞速发展，锅炉数量也在以每年7%左右的速度不断增加。随着蓝天碧水保卫战的推进，“绿水青山就是金山银山”的理念不断深入人心，以及天然气这一清洁能源的进一步普及使用，燃煤锅炉改燃气锅炉的数量与日俱增。但与此同时，由锅炉引发的各类事故也在增多，其中，由于燃气锅炉的炉膛爆炸事故占比较高，为保证燃气锅炉安全、稳定、节能、高效运行，文中对燃气锅炉的炉膛爆炸事故案例进行探讨研究。

福建省南平市某外资中型化工企业一台有机热载体燃气液相炉，于2018年8月14日在全厂例行年度设备停机检修结束后，点火试运行时发生炉膛爆炸，造成一人重伤的事故。经现场监控录像回放及现场人员介绍，事故发生在上午10点30分，伴随一声巨响，一股烟雾腾空而起，锅炉炉膛发生爆炸，燃烧室端盖及燃烧器与锅炉本体脱离，飞出近三米远，当场将调试人员撞飞三米后被水泥砌筑的水池墙挡住落下（如图1）。而另一个调试员被爆炸产生的气浪掀倒。因爆炸造成锅炉最后一排内外层炉管和中层炉管变形移位，最大移位量约120mm，有三个拉撑管件断裂（如图2）。事故现场一片狼藉，其中被撞飞受伤的人员当场倒地不醒人事，第一时间送到医院，虽然抢救及时脱离危险，但造成腰肢等重大伤残，目前还在医院康复治疗，造成直接经济损失约60万元，因锅炉停厂而造成的间接经济损失约200万元。

图1 事故现场

图2 炉管变形移位图

从该起事故来看，事故原因比较清晰，事故发生后企业全力救治伤员，妥善处理善后工作，吸取教训。下面对这起事故案例进行分析探讨。

2.1 锅炉基本情况

该锅炉型号：YY(Q)W-2400Q，属燃气有机热载体液相炉，2004年4月由江苏省某锅炉有限公司制造出厂；
额定热功率：2.4MW；
额定压力：0.7MPa；
额定工作温度：340℃；
使用压力：0.7MPa；
实际工作温度：280℃。

该锅炉分别于2017年3月及2017年5月进行内部检验和外部检验，检验结论分别为允许运行和整改后运行（要求整改的内容主要是压力表和温度计未校验及运行记录不规范不完整）。

2.2 炉膛爆炸机理

炉膛爆炸是由于可燃气体漏入并与空气混合形成爆炸性混合物，这种混合物处在爆炸极限范围时一接触到适当的点火源就会发生爆炸事故。伴随着化学变化，炉内气体压力瞬时剧增，所产生的爆炸力超过结构强度而造成向外释放爆炸能量，由于在极短时间内大量能量在有限体积内积聚，造成锅炉炉膛处于非寻常的高压或高温状态，使周围介质发生震动或邻近的物质遭到破坏。

2.3 燃气锅炉点火程序控制与熄火保护装置具体规定

根据TSG G0001-2012《锅炉安全技术监察规程》[1]相关规定，锅壳式（室燃）燃气锅炉应当装设点火程序控制装置和熄火保护装置，并满足以下要求：（1）在点火程序控制中，点火前的总通风量应当不小于3倍的从炉膛到烟囱进口烟道总容积；
通风时间至少持续20s；
（2）单位时间通风量一般保持额定负荷下的总燃烧空气量；
（3）熄火保护装置动作时，应当保证自动切断燃气供给；
（4）燃烧器点火、熄火安全时间（即燃烧器启动时，从燃料进入炉膛点火失败到燃料快速切断装置开始动作的时间称为点火安全时间；
燃烧器运行时，从火焰熄灭到快速切断装置开始动作的时间称为熄火安全时间，具体见表1）。

表1 燃气燃烧器安全时间要求

2.4 锅炉燃气系统组成及放散阀工作原理分析

燃气系统：由气源、输配系统（包括承压燃气管道系统和调压系统等）和用户三部分组成，三者缺一不可。

供气主管路：如图3所示，锅炉房主管路为入室母管和干管，支管为单一终端设备管路。

燃气锅炉系统管路上要设置放散阀[2]，放散阀是一种当某种暂时原因使控制点的压力超过设定值时，即排放一定量的气体的阀。燃气安全放散阀用于监视整体设备各级调压器的出口压力，当超压时可自动开启，释放超压燃气，达到保护下游设备的作用，保证用户安全用气。放散阀主要实现三个作用：（1）超压泄放（超压放散）；
（2）管路吹扫置换（吹扫放散）；
（3）管路内泄漏泄放（泄漏放散）。泄放出的气体均通过泄放管排到安全区域。

图3 锅炉供气主管路示意图

2.4.1 超压放散原理与作用

（1）在燃气主管道上，按照城市燃气设计规划及锅炉房设计规范均要设置放散[2]，这种放散具有安全作用。在燃气主管道上，燃气调压站出口管路上必须设置自动安全放散阀[2]。因为燃烧器配套的安全切断阀及二级调压阀一般均为低压阀，需要保护，如果超压导致安全阀及二级调压阀失灵，则有极大的安全隐患。另外，在运行中，如果燃气调压站超压，就会导致燃烧器运行不稳定，甚至出现不安全事故。因此，自动放散阀对管路和设备具有高压自动保护功能。当压力高于设定值时，放散阀自动开启，气体泄放到放散管排出泄压。当压力低于设定值时，放散阀关闭。

（2）在进燃烧器前的各分支路上，燃烧器主燃气控制阀系统上游至少设置一只压力控制装置，且该压力控制装置联锁燃气控制阀[2]。该要求实现了对设备（燃烧器）的超压保护（支管管路超压由主管超压泄放保护系统进行保护）。

2.4.2 吹扫放散和泄漏放散作用

吹扫放散目的是在检修和点火前将管道内的空气/燃气混合物吹扫干净。

一般在管道的盲端设置放散管，在放散管根部设置手动切断阀[2]，用于在吹扫过程中，实现放散管的关闭和打开。

泄漏放散是为了预防管道内泄露，保护下游设备而采取的措施，一般在被保护设备安全切断阀上游管段设置自动放散阀，自动放散阀与安全切断阀形成互锁方式使用[2]。燃气控制阀系统需带放散阀，其排空管出口必须直接通向室外，且高于建筑物2m。

在投产、停炉、检修时要对管道进行试压，吹扫，气体置换等作业。

2.5 爆炸事故原因分析

根据对设备的基本情况及事故经过的调查，包括调取监控录像并勘察事故现场，查阅燃烧器的使用说明书等相关资料，对燃烧机进行全面系统的检查研究，从以下五个方面对事故原因进行剖析。

（1）特种设备安全管理（包括人员持证上岗、规章制度及技术操作规程落实情况）。虽然锅炉房管理制度及技术操作规程均有挂上墙，但锅炉各项运行记录不完整、不规范，据司炉工等相关人员介绍，燃烧机早就有故障，点火启动时好时坏，存在异常，属带病运行。炉膛爆炸前自动控制系统和联锁装置（即点火程序控制装置和熄火保护装置）已经失效，但在运行记录和维修记录上均未查询到，设备故障亦未反馈到相关责任人，锅炉房安全管理存在严重问题。企业安全管理责任人对特种设备安全管理，特别是对燃气锅炉的安全管理不够重视，规章制度和技术操作规程形同虚设，持证司炉人员操作责任心不强，技术水平有限，对故障的分析与判断水平不足。

经过对事故现场录像的比对及相关责任人员证实，受重伤的是该企业一位聘用电工，只持有电工证，未持有燃气（油）锅炉司炉操作证，知道燃烧器的一些电路原理，但对燃烧机系统的具体结构及工作原理并不了解，属违规操作。事故发生时，另一名持证司炉操作人员虽在场，但由于责任心不强，加上对燃烧机故障的分析与判断能力不足，没有及时阻止该电工在燃烧机有故障的情况下点火操作。经核实，特种设备管理人员未经培训持证上岗。可见该企业对特种设备等安全管理不重视，存在严重安全隐患问题。

（2）燃烧机的制造资质及型式试验情况。据企业相关人员介绍，该燃烧机于2003年由厦门一家国内代理商进口零配件并自行组装，负责售后维修保养等服务。铭牌上标识该燃烧机系外国进口的某品牌，于2003年制造，只见到一本使用说明书，未见到海关商检报告和型式试验合格报告。[3]

（3）对燃烧机系统的全面检查。事故发生后的次日，该设备代理商派出维保人员在现场配合事故调查组对燃烧机系统进行拆解并做全面的检查、调试（测试），其中包括对点火棒（点火电极包括高压线接头及电极间距）、点火电缆和变压器、燃气过滤器清洁情况、燃烧器阀组、燃烧机电机（含轴承）、燃烧器电源指示、燃烧器风门、火焰盘、温控仪、调压阀（含调压阀阀位指示弹簧硬度）、火焰转换开关及空气压力开关等燃烧机系统的全面检查。在逐项检查过程中发现点火棒间隙夹有碳渣，接触不正常；
自动控制系统和联锁装置（即点火程序控制装置和熄火保护装置）已经失效；
自动超压放散阀不能正常开启。

（4）对供气管路系统进行全面检查。经查在供应母管上主控制阀前，在安全并且便于操作的地方装设手动切断阀和自动超压放散阀，但未装设手动吹扫放散阀；
自动超压放散阀无法自动打开。

（5）人员操作情况分析。维修调试人员是厂内维修电工，没有燃油（燃气）燃气锅炉的司炉操作证就上岗检查调试并启动燃烧机点火，经若干次点火启动未成功。由于炉膛内聚积可燃气体，未能进行自动吹扫清除，当可燃气体浓度达到爆炸极限时，此时启动燃烧机点火棒刚好点出火花，产生爆炸。由于吹扫系统存在故障（正常的燃气锅炉在点火启动前燃烧机一定会先吹扫炉膛20秒钟，目的是将炉膛内可燃的残余气体吹扫干净，以免造成炉膛爆炸）。该维修电工未掌握相关操作技术原理，所以酿成爆炸伤人的惨痛教训。

根据上文技术分析，得出如下结论：

（1）事故直接原因：特种设备存在严重的安全隐患，即：点火棒间隙夹有碳渣，接触不正常；
自动控制系统和联锁装置（即点火程序控制装置和熄火保护装置）已经失效；
自动超压放散阀不能正常开启。由于可燃气体漏入炉膛并与空气混合形成爆炸性混合物，未能得到有效吹扫清除，这种混合物处在爆炸极限范围时一接触到适当的点火源就发生爆炸事故。

（2）事故间接原因：特种设备的现场调试操作人员未持有司炉工操作证，站在场边的持证司炉人员由于责任心不强，对故障的技术分析与判断水平欠佳，未及时阻止无证人员在锅炉燃烧机有故障的情况下点火操作。

请有资质单位进行检修，检修合格后由持燃气（油）锅炉司炉操作证的司炉工点火调试，并严格按照技术操作规程操作，检修结束后要由有资质的相关检验机构验收合格后才能使用。

为防止此类事故发生，应采取以下措施：

（1）吸取本事故教训，加强对锅炉的安全管理工作，提高企业的安全管理意识，组织有关人员学习相关的业务知识，对在用的燃气锅炉要认真做好锅炉安全运行管理和维护保养工作，如存在隐患，应及时采取措施予以消除，不带病运行。维修保养不合格或年检不合格的锅炉禁止投入使用；
严防侥幸和冒险行为，真正落实“安全第一”和“预防为主”的方针。

（2）严格按照技术操作规程进行司炉操作，并做好运行记录和维护保养记录，发现问题要在运行记录上体现，并及时向相关安全管理责任人汇报反映，燃烧机有故障要果断采取停炉处理。出现故障后应请有资质或有经验的维保人员进行维修，保证安全和维修质量，维修合格后要有检验机构的验收合格报告等相关证明文件；
启动点火调试程序必须由持证的燃气（油）司炉工操作，并严格遵照技术操作规程，确保锅炉启动点火前要对炉膛进行有效吹扫。

（3）锅炉的安装、使用、操作及维修应按照《特种设备安全法》[4]《特种设备安全监察条例》（国务院令第549号）及《锅炉安全技术监察规程》[1]等相关技术标准要求，由持有相对应上岗证的人员进行。

为保证燃气锅炉安全、稳定、节能、高效运行，使用单位在重视锅炉设备的安全管理、维护保养工作的同时也要重视锅炉操作人员的技能培训及持证上岗安全教育。燃气锅炉自动化程度与技术含量较高，特别是燃烧机系统，所以对司炉工的文化素质及责任心等综合要求也相对较高，建议要有高中或中专以上学历。由于在2008年《燃油（气）燃烧器安全技术规则》（TSG ZB01-2008）出台前的燃烧机基本上都没有做型式试验，有的代理商从国外进口零配件后自行组装调试，没有严格按照标准规范要求进行安装验收，检验机构在锅炉年检时应重点对此进行全面彻底检验。在对燃烧机系统进行功能性点火启动和熄火试验（调度）时，应当注意风险问题，要在确认设备正常情况下由持证司炉工进行操作。对没有达到图3标准要求的要进行整改，没有进行型式试验[3]的燃烧机一律不得继续使用[5]，避免类似事故再发生。