关于KZL4-13型锅筒特大鼓包事故分析

关于ＫＺＬ４－１　３型锅筒特大鼓包事故分析　关键词：锅炉；鼓包；事故。　刁红才郑培生　（曲靖市质量技术监督综合检测中心）　

１．前言　锅炉是国家纳入监察范围的危险性较大的　特种设备，是企业的心脏设备之一，运行好坏　直接影响到生产能否正常运行，关系到企业经　济效益。本台锅炉就是因管理不善造成事故，　导致锅炉报废，直接经济损失１０多万元，间　接经济损失无法估计。本文旨在分析事故原　因，找出存在问题，提醒大家将特种设备的安　全管理提到议事日程上去。　２．基本情况　２．１型号ＫＺＬ４－１３制造时间：２００１年　ｌ０月锅筒材质２０ｇ　投用时间：２００２年８月　运行压力：１．２７Ｍｐａ　鼓包发现时间：２００８年７月　２．２鼓包检验情况简介　（１）鼓包位置编号如图１所示。鼓包变　形尺寸（长×宽Ｘ高ｍｍ）及宏观检验情况　如下：　１＃９５０　Ｘ　９２０　Ｘ　４５表面无裂纹，过烧呈　暗红色　

２＃１８０×３００×３５有放射状裂纹，过烧呈　暗红色　３＃１５０　Ｍ　３００×６表面无裂纹　

前　４＃２８０×２８０×１ｌ表面无裂纹　３７００　１１Ｏ　１Ｏ　

ｆ厂　．　一　．　

Ｉ一　一　

．　墨　．　

图１　图１鼓包位置及编号　（２）元素分析：取样位置２号鼓包顶部，　结果如下：　Ｃ：０．１８　Ｍｎ：０．４９　Ｓｉ：０．２５　Ｓ：０．０２７　Ｐ：０．０２６　（３）壁厚检测见表１　

表１壁厚检测　鼓包　鼓包尺寸　壁厚测量及走势　壁厚测量及走势　长　宽　高　编号　包顶部　非包部位　走向　包顶部　非包部位　走向　（ｍｍ）　

ｌ＃　９５０×９２０×４５　１５．２　１６．０　２９１　ｌ９０　向顶部逐　２＃　ｌ８０×３００×３５　１４．９　１６．０　向顶部　４０２　ｌ８Ｏ～２００　渐减薄　逐渐减　３＃　１５０　Ｘ　３００　Ｘ　６　无明显减薄　薄　未测量　

４＃　２８０　Ｘ　２８０×１１　无明显减薄　未测量　

泥垢。　（４）打开人孔检查锅筒底部积有３４０ｍｍ　一２９—　３．事故原因分析　３．１鼓包位置分析　

对　㈧　图２为炉膛烟气走向图。从图中知炉膛是　燃烧区，锅筒底部是热量最集中的地方，是温　度最高的部位；另外锅筒内底部积有３４０ｒａｍ　的泥垢使锅筒底部金属得不到冷却，金属壁温　几乎与炉膛温度相等，因此，鼓包必然在底部。　同理，后烟室因烟气从两侧走，鼓包在两侧也　就理所应当。　３．２锅筒底部壁温计算及分析　锅筒底部传热是一个平板导热过程，简化　如图３所示。设：烟垢导热热阻为Ｒ１，锅筒　壁厚热阻为Ｒ２，泥垢热阻为Ｒ３，用热流图表　示如下：　

炉膛　／　后烟室　————————　●●　＼　

图２烟气走向示意图　

ｔｌ—ｔ２一ｔ３一ｔ４　÷Ｒ１　Ｒ２　Ｒ３　９５０℃Ｌ—　Ｌ——　Ｌ　１９４℃　

（１）热阻计算　灰垢热阻　

Ｒｌ＝　０．１１６　

锅筒壁厚热阻　

ｔ１　ｔ２　ｔ３　ｔ４　烟　锅　泥　筒　△　立　

属　

壁　垢　Ｉ曰　垢　）Ｆ－　

１６　３４０　

图３锅筒底部传热　一２．５６＊１０　Ｗ／ｍ　（３）锅筒壁温计算　

＝１．７２×ｌ。　ｍ　℃／ｗ　×１。３

锅ｘ筒１．７外

２　ｘ壁１０温３度＝９４ｔ５２＝．６ｔ

￣卜ｑ×Ｒ１＝９５。一２・５６　

Ｒ２　鱼　Ｑ二：：０．３４５×ｌ０—３ｍ２Ｅ／Ｗ　

４６．４　

水垢热阻　

Ｒ３：　！　二！：２９３．１×ｌ０—３ｍ２￣Ｃ／ｗ　

１．１６　

（２）传热量计算　

：　！！二　：　二　ＲＩ＋Ｒ２＋Ｒ３　ｆ１．７２＋０．３４５＋２９３．１）＊１０—３　锅筒内壁温度ｔ３＝ｔ２－ｑ×Ｒ２＝９４５．６－２．５６　Ｘ　１０３　ｘ　０．３４５×１０～＝９４４．７Ｃ　锅筒平均壁厚ｔ：（ｔ２＋ｔ３）／２＝９４５℃　计算结果显示，由于泥垢的导热热阻非常　大，热流量几乎为零。致使锅筒底部长期处于　高温过热状态，金属呈红色与宏观检查结果是　一致的。　３．３硬度分析　在２号鼓包顶部ＨＢ值达４０２，超过正常　

一３０—　图４马氏体含碳量与硬度关系　（２）锅筒底部金属在运行时是松弛的，　当停运时受自然冷却收缩，硬度也会增加。　３．４　２号鼓包裂纹分析　（１）在泥垢较松疏处，渗进到锅筒底的　水立即变成水蒸汽，由于不断浸入的水不断产　生水蒸气，压力不断增加鼓包一天天长大。与　此同时水蒸气与锅筒内表面发生下列反应：　高温高压　３Ｆｅ＋４Ｈ２０　＂．．．．．　：Ｆｅ３０４＋８［Ｈ】　Ｆｅ３０４呈褐色与实际相吻合，８［Ｈ］则产　生氢脆。　（２）根据Ｎｅｌｓｏｎ试验，钢在氢气中的反　应有两种情况，一种是温度在５６５℃以上，压　力小于１．３７ＭＰａ发生表面脱碳反应：　２Ｈ２＋Ｆｅ３Ｃ＝＝＝３Ｆｅ＋ＣＨ４　２Ｈ２＋Ｃ一：ＣＨ４　表面脱碳后呈铁素体组织，使强度下降塑　性提高，脱碳层向钢中扩展。另一种是温度超　过２２１　ｏＣ，压力超过１．３７ＭＰａ，［Ｈ】向钢中渗　透在晶界处形成甲烷使钢脱碳，既氢腐蚀。反　应式如下：　４Ｈ＋Ｃ—ＣＨｄ　甲烷存在晶界脱碳间隙中，随着时问推移　甲烷不断积聚压力升高，局部形成高压，造成　应力集中，晶界变宽形成裂纹。其特征是碳钢　呈放射龟背裂纹。　基于上述分析，由此可见，本台锅炉多部　位鼓包正是由于上述原因造成的。　４．管理不善是事故产生的根源　４．１租令承包，问题不少。　该厂因经营管理不善连年亏损，为搞活企　业请来外地“能人”，承包人每年负责交纳承　包费。承包人在承包期问，为了经济效益，锅　炉压力容器等特种设备到期不检，锅炉２００４　年３月到期，多次联系并下达监察意见通知书，　但承包人员以种种理由为借口——化肥企业连　续生产运行，停不下来检验；当大检修时，又　以时间短为理由，拒不检验。如此带病运行，　拼设备，则事故发生只是时间早晚而已。　４．２水处理设备失修，被迫停运　本厂用水是地表水——河水，雨季河水固　体悬浮物达３０００－－４０００ｍｇ／１。现行我国所配　４ｔ／ｈ以下锅炉的水处理设备，对悬浮物这样高　的水进行水质处理，达到国家标准的要求是无　能为力的，加之平时对设备保养维修不力，设　备长期处于停运状态，到了雨季为了生产，为　了经济利益，用这样的河水直接送进锅炉来运　行，事故发生是必然的。　４．３违章化学清洗　锅炉因结垢产汽量下降需化学清洗。根据　原劳动部颁发的　低压锅炉化学清洗规则　的　规定，锅炉化学清洗应由具有省级以上劳动部　门颁发的　锅炉化学清洗许可证　的专业单位　方可清洗，但是工厂擅自化学清洗，清洗后脱　落的水垢沉积在锅筒底部，用水根本不可能冲　出大块水垢。而事后又未按化学清洗工艺要求　打开人孔清理检查就投入运行，运行期间恰逢　雨季，浑水进入锅筒最后导致泥垢沉积物达　３４０ｍｍ之多。　５．结语　根据以上分析，这次事故之所以发生，是　因为有以下两点：　（下转第２８页）　

一３１—　表２卧式内燃锅炉Ｔ形接头的无损检测方法及比例　设备分类　Ｂ级　Ｃ级　检测部位　检测方法及比例　管板与锅壳的Ｔ形接头　ｌ００％超声检测　管板与炉胆、回燃室的Ｔ形接头　５０％超声检测　

从表２可以看出，（（锅炉安全技术监察规　程　对回燃室与检查门圈的Ｔ形接头没有超声　检测要求，查验该锅炉的无损检测报告发现，　此部位的连接焊缝确实未进行超声检测，在此　情况下，焊缝根部的未焊透当然就不能被发　现。　４．３停炉前对锅炉燃烧情况进行检查，发　现该锅炉燃烧器喷射火焰行程很长，火焰直接　喷在回燃室与检查门圈的连接焊缝处。在此情　况下，受火焰直喷部位的工作温度会较火焰调　节正常时有明显增高，过高的工作温度会引起　材料强度降低、温差应力增大等诸多不利影　响。　综上所述，此次贯穿性裂纹产生的主要原　因如下：　ａ）图纸要求的Ｔ形接头对接焊缝，在坡　口被修磨改变的情况下，部分位置存在未焊　透，受力情况及强度均遭到恶化，且为裂纹源　的萌生创造了有利条件；　ｂ）　锅炉安全技术监察规程　对回燃室与　检查门圈相连接的Ｔ形接头没有超声检测要　求，且制造厂自身也未对此部位增加超声检　测，造成焊缝根部未焊透未被发现；　ｃ）锅炉使用过程中，在根部未焊透部位首　先萌生裂纹源，裂纹源在工作应力的作用下逐　步扩展，而燃烧器的直喷火焰加速了裂纹的扩　展，最终锅炉在投入运行７天后，就出现贯穿　性裂纹。　５．预防措施　５．１制造厂应提高加工精度，减少不能顺　利装配的情况。当确需对坡口进行修磨才能顺　利装配时，应保证不能改变图纸要求的焊接接　头形式。　５．２（《锅炉安全技术监察规程　虽然对此　连接焊缝没有超声检测要求，制造厂应根据自　身情况，对此焊缝进行一定比例的超声检测抽　查，防止锅炉“带病”出厂，并加强对操作人　员的思想教育，提高质量意识，保证那些法规　未提出无损检测要求的焊缝质量，不得投机取　巧。　５．３监督检验机构应加强类似结构的装配　及焊接质量抽查，督促制造厂加强装配及焊接　过程的控制。　５．４使用单位应妥善调节燃烧器的燃烧工　况，防止火焰行程过长，避免火焰对此部位的　直接冲刷。　

（上接第３１页）　５．１使用单位违章化学清洗，事后不清除　脱落水垢，运行期间又适逢雨季，浑水进入锅　筒，在锅筒底部沉积３４０ｍｍ的泥垢，造成传　热恶化，锅筒底部金属长期过热，是事故发生　的直接原因。　５．２搞活国营企业是国家的经济方针，租　赁承包是经营搞活企业的方式之一，承包者在　国家政策允许范围内赚取更多的经济利益是应　该的。但忽视安全生产方针，疏于安全管理，　只以经济效益为目的，用拼设备、牺牲设备寿　命来换取经济效益，是国家政策不允许的，这　是事故发生的间接原因。　综上所述，该事故反应出的问题远远超过　事故本身的意义，任何承包者应为企业的后劲　着想，不应做短期行为，正确处理当前利益与　企业后劲的矛盾，同时树立生产必须安全，安　全促进生产的正确观念。建议有关部门制订出　相应的配套政策措施加以约束，保证在承包过　程中，既要保护合法承包人的利益，更要保护　好国家财产；既要明确承包人的责任和义务，　更要明确监护人的职责，把“安全第一，预防　为主”的安全生产方针落到实处。同时每个职　工应增强法制观念，发挥群众监督作用，使“国　家监察、行政管理、企业负责、群众监督”的　安全管理体制得以认真贯彻执行。　

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