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2019年安全工程师《生产技术》考点:锅炉压力容器常见事故及预防

来源:本站原创 发布时间:2019-10-02

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  锅炉中容纳水及水蒸气较多的大型部件,如锅筒及水冷壁集箱等,在正常工作时,或者处于水、汽两相共存的饱和状态,或者是充满了饱和水,容器内的压力则等于或接近锅炉的工作压力,水的温度则是该压力对应的饱和温度。一旦该容器破裂,容器内液面上的压力瞬即下降为大气压力,与大气压力相对应的水的饱和温度是100℃。原工作压力下高于100℃的饱和水此时成了极不稳定、在大气压力下难于存在的“过饱和水”,其中的一部分即瞬时汽化,体积骤然膨胀许多倍,在容器周围空间形成爆炸。

  指由于安全阀、压力表不齐全、损坏或装设错误,操作人员擅离岗位或放弃监视责任,关闭或关小出汽通道,无承压能力的生活锅炉改作承压蒸气锅炉等原因,致使锅炉主要承压部件筒体、封头、管板、炉胆等承受的压力超过其承载能力而造成的锅炉爆炸。

  超压爆炸是小型锅炉最常见的爆炸情况之一。预防这类爆炸的主要措施是加强运行管理。

  缺陷导致爆炸是指锅炉承受的压力并未超过额定压力,但因锅炉主要承压部件出现裂纹、严重变形、腐蚀、组织变化等情况,导致主要承压部件丧失承载能力,突然大面积破裂爆炸。

  缺陷导致的爆炸也是锅炉常见的爆炸情况之一。预防这类爆炸,除加强锅炉的设计、制造、安装、运行中的质量控制和安全监察外,还应加强锅炉检验,发现锅炉缺陷及时处理,避免锅炉主要承压部件带缺陷运行。

  锅炉的主要承压部件如锅筒、封头、管板、炉胆等,不少是直接受火焰加热的。锅炉一旦严重缺水,上述主要受压部件得不到正常冷却,甚至被烧,金属温度急剧上升甚至被烧红。在这样的缺水情况下是严禁加水的,应立即停炉。如给严重缺水的锅炉上水,往往酿成爆炸事故。长时间缺水干烧的锅炉也会爆炸。

  (1)、锅炉缺水的后果。当锅炉水位低于水位表最低安全水位刻度线时,即形成了锅炉缺水事故。锅炉缺水时,水位表内往往看不到水位,表内发白发亮;低水位警报器动作并发出警报;过热蒸汽温度升高;给水流量不正常地小于蒸汽流量。锅炉缺水是锅炉运行中最常见的事故之一,常常造成严重后果。严重缺水会使锅炉蒸发受热面管子过热变形甚至烧塌,胀口渗漏,胀管脱落,受热面钢材过热或过烧,降低或丧失承载能力,管子爆破,炉墙损坏。锅炉缺水万一处理不当,甚至导致锅炉爆炸事故。

  ①运行人员疏忽大意,对水位监视不严;或者运行人员擅离职守,放弃了对水位及其他仪表的监视;

  ②水位表故障造成假水位而运行人员未及时发现; ③水位报警器或给水自动调节器失灵而又未及时发现;

  (3)、锅炉缺水的处理。发现锅炉缺水时,应首先判断是轻微缺水还是严重缺水,然后酌情予以不同的处理。通常判断缺的方法是“叫水”。管,关闭水“叫水”的操作方法是:打开水位表的放水旋塞冲洗汽连管及水连位表的汽连接管旋塞,关闭放水旋塞。如果此时水位表中有水位出现,则为轻微缺水。如果通过叫水”水位表内仍无水位出现,说明水位已降到水连管以下甚至更严重,属于严重缺水。

  轻微缺水时,可以立即向锅炉上水,使水位恢复正常。如果上水后水位仍不能恢复正常,即应立即停炉检查。严重缺水时,必须紧急停炉。在未判定缺水程度或者已判定属于严重缺水的情况下,严禁给锅炉上水,以免造成锅炉爆炸事故。

  “叫水操作一般只适用于相对容水量较大的小型锅炉,不适用于相对容水量很小的电站锅炉或其他锅炉。对相对容水量小的电站锅炉或其他锅炉,对最高火界在水连管以上的锅壳锅炉,一旦发现缺水即应紧急停炉。

  (1)、锅炉满水的后果。锅炉水位高于水位表最高安全水位刻度线的现象,称为锅炉满水。锅炉满水时,水位表内也往往看不到水位,但表内发暗,这是满水与缺水的重要区别。满水发生后,高水位报警器动作并发出警报,过热蒸汽温度降低,给水流量不正常地大于蒸汽流量。严重满水时,锅水可进入蒸汽管道和过热器,造成水击及过热器结垢。因而满水的主要危害是降低蒸汽品质,损害以致破坏过热器。

  ①运行人员疏忽大意,对水位监视不严,或者运行人员擅离职守,放弃了对水位及其他仪表的监视;

  (3)、锅炉满水的处理。发现锅炉满水后,应冲洗水位表,香港挂牌网站!检查水位表有无故障;一旦确认满水,应立即关闭给水阀停止向锅炉上水,启用省煤器再循环管路,减弱燃烧,开启排污阀及过热器、蒸汽管道上的疏水阀;待水位恢复正常后,关闭排污阀及各疏水阀;查清事故原因并予以消除,恢复正常运行。如果满水时出现水击,则在恢复正常水位后,还须检查蒸汽管道、附件、支架等,确定无异常情况,才可恢复正常运行。

  (1)、汽水共腾的后果。锅炉蒸发表面(水面)、汽水共同升起,产生大量泡沫并上下波动翻腾的现象,叫汽水共腾。发生汽水共腾时,水位表内也出现泡沫,水位急剧波动,汽水界线难以分清;过热蒸汽温度急剧下降;严重时,蒸汽管道内发生水冲击。汽水共腾与满水一样,会使蒸汽带水,降低蒸汽品质,造成过热器结垢及水击振动,损坏过热器或影响用气设备的安全运行。

  (2)、形成汽水共腾原因。形成汽水共腾有两个方面的原因。一是锅水品质太差。由于给水品质差、排污不当等原因,造成锅水中悬浮物或含盐量太高,碱度过高。由于汽水分离,锅水表面层附近含盐浓度更高,锅水粘度很大,气泡上升阻力增大。在负荷增加、汽化加剧时,大量气泡被粘阻在锅水表面层附近来不及分离出去,形成大量泡沫,使锅水表面上下翻腾。二是负荷增加和压力降低过快。当水位高、负荷增加过快、压力降低过速时,会使水面汽化加剧,造成水面波动及蒸汽带水。

  (3)、汽水共腾的处理。发现汽水共腾时,应减弱燃烧,降低负荷,四海图库总站护民图库他坚定响应党主席吴敦义号召,,关小主汽阀;加强蒸汽管道和过热器的疏水;全开连续排污阎,并打开定期排污阀放水,同时上水,以改善锅水品质;待水质改善、水位清晰时,可逐渐恢复正常运行。

  (1)、爆管后果。炉管爆破指锅炉蒸发受热面管子在运行中爆破,包括水冷壁、对流管柬管子爆破及烟管爆破。炉管爆破时,往往能听到爆破声,随之水位降低,蒸汽及给水压力下降,炉膛或烟道中有汽水喷出的声响,负压减小,燃烧不稳定,给水流量明显地大于蒸汽流量,有时还有其他比较明显的症状。

  (3)、爆管处理。炉管爆破时,通常必须紧急停炉修理。由于导致炉管爆破的原因很多,有时往往是几方面的因素共同影响而造成事故,因而防止炉管爆破也必须从搞好锅炉设计、制造、安装、运行管理、检验等各个环节入手。

  (1)、省煤器损坏后果。省煤器损坏指由于省煤器管子破裂或省煤器其他零件损坏所造成的事故。省煤器损坏时,给水流量不正常地大于蒸汽流量;严重时,锅炉水位下降,过热蒸汽温度上升;省煤器烟道内有异常声响,烟道潮湿或漏水,排烟温度下降,烟气阻力增大,引风机电流增大。

  (3)、省煤器损坏处理。省煤器损坏时,如能经直接上水管给锅炉上水,并使烟气经旁通烟道流出,则可不停炉进行省煤器修理,否则必须停炉进行修理。

  过热器损坏主要指过热器爆管。这种事故发生后,蒸汽流量明显下降,且不正常地小于给水流量;过热蒸汽温度上升压力下降;过热器附近有明显声响,炉膛负压减小,过热器后的烟气温度降低。过热器损坏的原因是:

  (1)、锅炉满水、汽水共腾或汽水分离效果差而造成过热器内进水结垢,导致过热爆管;

  (4)、工况变动(负荷变化、给水温度变化、燃料变化等)、使过热蒸汽温度上升,造成金属超温爆管;

  (5)、材质缺陷或材质错用(如在需要用合金钢的过热器上错用了碳素钢)、;

  由于在锅炉受热面中过热器的使用温度最高,致使过热蒸汽温度变化的因素很多,相应地造成过热器超温的因素也很多。因此过热器损坏的原因比较复杂,往往和温度工况有关,在分析问题时需要综合各方面的因素考虑。

  水在管道中流动时,因速度突然变化导致压力突然变化,形成压力波并在管道中传播的现象,叫水击。发生水击时管道承受的压力骤然升高,发生猛烈振动并发出巨大声响,常常造成管道、法兰、阀门等的损坏。

  锅炉中易于产生水击的部位有:给水管道、省煤器、过热器等。给水管道的水击常常是由于管道阀门关闭或开启过快造成的。比如阀门突然关闭,高速流动的水突然受阻,其动压在瞬时间转变为静压,造成对内门、管道的强烈冲击。

  省煤器管道的水击分两种情况:一种是省煤器内部分水变成了蒸汽,蒸汽与温度较低的(未饱和)、水相遇时,水将蒸汽冷凝,原蒸汽区压力降低,使水速突然发生变化并造成水击;另一种则和给水管道的水击相同,是由阀门的突然启闭所造成的。

  过热器管道的水击常发生在满水或汽水共腾事故中,在暖管时也可能出现。造成水击的原因是蒸汽管道中出现了水,水使部分蒸汽降温甚至冷凝,形成压力降低区,蒸汽携水向压力降低区流动,使水速突然变化而产生水击。

  锅筒的水击也有两种情况:一是上锅筒内水位低于给水管出口而给水温度又较低时,大量低温进水造成蒸汽凝结,使压力降低而导致水击;二是下锅筒内采用蒸汽加热时,进汽速度太快,蒸汽迅速冷凝形成低压区,造成水击。

  为了预防水击事故,给水管道和省煤器管道的阀门启闭不应过于频繁,启闭速度要缓慢;对可分式省煤器的出口水温要严格控制,使之低于同压力下的饱和温度40℃;防止满水和汽水共腾事故,暖管之前应彻底疏水;上锅筒进水速度应缓慢,下锅筒进汽速度也应缓慢。

  发生水击时,除立即采取措施使之消除外,还应认真检查管道、阀门、法兰、支撑等,如无异常情况,才能使锅炉继续运行。

  炉膛爆炸是指炉膛内积存的可燃性混合物瞬间同时爆燃,从而使炉膛烟气侧压力突然升高,超过了设计结构的允许值而造成水冷壁、刚性梁及炉顶、炉墙破坏的现象,即正压爆炸。此外还有负压爆炸,即在送风机突然停转时,引风机继续运转,烟气侧压力急降,造成炉膛、刚性梁及炉墙破坏的现象。本节中着重讨论正压爆炸。

  炉膛爆炸(外爆)、要有3个条件:一是燃料必须是以气态积存在炉膛中,二是燃料和空气的混合物达到爆燃的浓度,三是有足够的点火能源,三者缺一不可。炉膛爆炸常发生在燃油、燃气、燃煤粉的锅炉上。不同的可燃物的爆炸极限和爆炸范围各不相同。

  由于爆炸过程中火焰传播速度非常快,每秒达数百米甚至数千米,火焰激波以球面向各方传播,近于燃料,同时被点燃,烟气容积突然增大,因来不及泄压而使炉膛内压力陡增而发生爆炸。

  一是在设计上缺乏可靠的点火装置及可靠的熄火保护装置及联锁、报警和跳闸系统,炉膛及刚性梁结构抗爆能力差,制粉系统及燃油雾化系统有缺陷;

  二是在运行过程中操作人员误判断、误操作,此类事故占炉膛爆炸事故总数的90%以上。有时因采用“爆燃法”点火而发生爆炸。此外还有因烟道闸板关闭而发生炉膛爆炸事故。

  为防止炉膛爆炸事故的发生,应根据锅炉的容量和大小,装设可靠的炉膛安全保护装置,如:防爆门、炉膛火焰和压力检测装置,连锁、报警、跳闸系统及点火程序、熄火程序控制系统。同时,尽量提高炉膛及刚性梁的抗爆能力。此外,应加强使用管理,提高司炉工人技术水平。在启动锅炉点火时要认真按操作规程进行点火,严禁采用“爆燃法”,点火失败后先通风吹扫5~10min后才能重新点火;在燃烧不稳,炉膛负压波动较大时,如除大灰、燃料变更、制粉系统及雾化系统发生故障、低负荷运行时,应精心控制燃烧,严格控制负压。

  尾部烟道二次燃烧主要发生在燃油锅炉上。当锅炉运行中燃烧不完全时,部分可燃物随着烟气进入尾部烟道,积存于烟道内或粘附在尾部受热面上,在一定条件下这些可燃物自行着火燃烧,尾部烟道二次燃烧常将空气预热器、省煤器破坏。引起尾部烟道二次燃烧的条件是,在锅炉尾部烟道上有可燃物堆积下来,并达到一定的温度及有一定量的空气可供燃烧。这3个条件同时满足时,可燃物就有可能自燃或被引燃着火。

  可燃物在尾部烟道积存的条件:锅炉启动或停炉时燃烧不稳定,不完全,可燃物随烟气进入尾部烟道,积存在尾部烟道;燃油雾化不良,来不及在炉膛完全燃烧而随烟气进入尾部烟道;鼓风机停转后炉膛内负压过大,引风机有可能将尚未燃烧的可燃物吸引到尾部烟道上。

  可燃物着火的温度条件:刚停炉时尾部烟道上尚有烟气存在,烟气流速很低甚至不流动,受热面上积有可燃物,传热系数差难以向周围散热;在较高温度下,可燃物自氧化加剧放出一定能量,从而使温度更进一步上升。

  保持一定空气量的条件:尾部烟道门孔和挡板关闭不严密;空气预热器密封不严,空气泄漏。

  要防止产生尾部二次燃烧,就要组织好燃烧,提高燃烧效率,尽可能减少不完全燃烧损失,减少锅炉的启停次数;加强尾部受热面的吹灰:保证烟道各种门孔及烟风挡板的密封良好;在燃油锅炉的尾部烟道上应装设灭火装置。

  锅炉结渣,指灰渣在高温下粘结于受热面、炉墙、炉排之上,并越积越多的现象。燃煤锅炉结渣是个普遍性的问题,层燃炉、沸腾炉、煤粉炉都有可能结渣。由于煤粉炉炉膛温度较高,煤粉燃烧后的细灰呈飞腾状态,因而更易在受热面上结渣。

  结渣使受热面吸热能力减弱,降低锅炉的出力和效率;局部水冷壁管结渣会影响和破坏水循环,甚至造成水循环故障;结渣会造成过热蒸汽温度的变化,使过热器金属超温;严重的结渣会妨碍燃烧设备的正常运行,甚至造成被迫停炉。结渣对锅炉的经济性、安全性都有不利影响。

  产生结渣的原因主要是:煤的灰渣熔点低,燃烧设备设计不合理,运行操作不当等。

  ①在设计上要控制炉膛燃烧热负荷,在炉膛中布置足够的受热面,控制炉膛出口温度,使之不超过灰渣变形温度;合理设计炉膛形状,正确设置燃烧器,在燃烧器结构性能设计中充分考虑结渣问题;控制水冷壁间距不要太大。要把炉膛出口处受热面管间距拉开;炉排两侧装设防焦集箱等。

  ②在运行上要避免超负荷运行;控制火焰中心位置,避免火焰偏斜和火焰冲墙;合理控制过量空气系数和减少漏风。

  ④发现锅炉结渣要及时清除。清渣应在负荷较低、燃烧稳定时进行,操作人员应注意防护和安全。

  冲击波超压大于0.10 MPa时,在其直接冲击下大部分人员会死亡:0.05~0 .10MPa的超压可严重损伤人的内脏或引起死亡;0. 030.05 MPa的超压会损伤人的听觉器官或产生骨折;超压0 .02~0.03 MPa也可使人体受到轻微伤害。

  锅炉压力容器因严重超压而爆炸时,其爆炸能量远大于按工作压力估算的爆炸能量,破坏和伤害情况也严重得多。

  锅炉压力容器破裂爆炸时,高速喷出的气流可将壳体反向推出,有些壳体破裂成块或片向四周飞散。这些具有较高速度或较大质量的碎片,在飞出过程中具有较大的动能,也可以造成较大的危害。

  碎片对人的伤害程度取决于其动能,碎片的动能正比于其质量及速度的平方。碎片在脱离壳体时常具有80120 m/s的初速度,即使飞离爆炸中心较远时也常有20~30 m/s的速度。在此速度下,质量为1 kg的碎片动能即可达200~450 J,足可致人重伤或死亡。

  在压力容器所盛装的液化气体中有很多是毒性介质,如液氨、液氯、二氧化硫、二氧化氮、氢氰酸等。盛装这些介质的容器破裂时,大量液体瞬间气化并向周围大气中扩散,会造成大面积的毒害,不但造成人员中毒,致死致病,也严重破坏生态环境,危及中毒区的动植物。

  有毒介质由容器泄放气化后,体积约增大100~250倍。所形成毒害区的大小及毒害程度,取决于容器内有毒介质的质量,容器破裂前的介质温度、压力及介质毒性。

  锅炉爆炸释放的高温汽水混合物,会使爆炸中心附近的人员烫伤。其他高温介质泄放气化也会灼烫伤害现场人员。

  当容器所盛装的介质为可燃液化气体时,容器破裂爆炸在现场形成大量可燃蒸气,并迅即与空气混合形成可爆性混合气,在扩散中遇明火即形成二次爆炸。

  (1)、在设计上,应采用合理的结构,如采用全焊透结构,能自由膨胀等,避免应力集中、几何突变;针对设备使用工况,选用塑性、韧性较好的材料;强度计算及安全阀排量计算符合标准。

  (2)、制造,修理、安装、改造时,加强焊接管理,提高焊接质量并按规范要求进行热处理和探伤;加强材料管理,避免采用有缺陷的材料或用错钢材、焊接材料。

  (3)、在锅炉使用过程中,加强锅炉运行管理,保证安全附件和保护装置灵活,齐全:加强水质管理,防止产生腐蚀,结垢,相对碱度过高;提高司炉工人素质,防止产生缺水,误判、误操作等现象。

  (4)、在压力容器使用中,加强使用管理,避免操作失误,超温、超压、超负荷运行,失检、失修、安全装置失灵等。

  2.《锅炉压力容器压力管道特种设备事故处理规定》(国家质量监督检验检疫总局第2号)、

  9.《压力管道安全管理与监察规定》(1996年4月23日,劳动部劳部发[1996]140号)、

  11.《特种设备质量监督与安全监察规定》(国家质量技术监督局第113号令)、

  12.《特种设备注册登记与使用管理规则》(质技监局锅发[2001]57号)、

  14.《游乐园管理规定》(中华人民共和国建设部令国家质量技术监督局第85号)、


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