锅炉压力容器是电力生产中广泛使用的具有爆炸危险的承压设备,锅炉事故约占火电机组全部事故的60%。在电力生产中应严格执行锅炉压力容器安装、运行、检修、检验等规程,以减少锅炉频发性的泄漏事故,杜绝锅炉压力容器爆炸事故,提高机组的可用率。本节阐述锅炉常见事故和比较重大事故如锅炉“四管”爆漏、锅炉灭火放炮、制粉系统爆炸和煤尘爆炸、压力容器爆破事故的防止和反事故措施。
一、锅炉“四管”爆漏及其反事故措施
锅炉水冷壁、过热器、再热器和省煤器(简称锅炉“四管”)爆漏约占全部锅炉设备事故的40%~60%,甚至70%。因此,减少锅炉“四管”爆漏次数,降低锅炉强迫停运时间,是提高锅炉运行可靠性和经济性的关键因素。引起锅炉“四管”爆漏的原因较多,其中磨损、腐蚀、过热、焊接质量差是导致四管爆漏的主要原因。减少锅炉“四管”爆漏要坚持“预防为主、质量第一”的方针,要从管理和技术两方面入手,加强检修、运行、金属、化学、热工、燃料和安全监察各个环节的质量意识。
(一)锅炉“四管”爆漏的原因原因分析
1.磨损
煤粉锅炉受热面飞灰磨损和机械磨损,是影响锅炉长期安全运行的主要原因。飞灰磨损的机理是携带有灰粒和未完全燃烧燃料颗料的高速烟气通过受热面时,粒子对受热面的每次撞击都会肃离掉极微量的金属,从而逐渐使受热面管壁变薄、烟速越高,灰粒对管壁的撞击力就越大;烟气携带的灰粒越多(飞灰浓度越大),撞击的次数就越多,其结果都将加速受热面的磨损。长时间受磨损而变薄的管壁,由于强度降低造成管子泄漏。受热面飞灰磨损泄漏、爆管有明显的宏观特征,管壁减薄,外表光滑。运行中发生严重泄漏时,可发现两侧烟温偏差,不及时停炉处理,往往会加大泄漏范围,并殃及其他受热面的安全。
造成严重飞灰磨损的原因是结构因素,设计、安装与检修的不足都可能导致磨损加剧。位于烟气走廊的省煤器、再热器的弯头,过热器下弯头及管卡附近的边排管和穿墙管部位是飞灰磨损较为严重的部位,特别在省煤器区,烟气温度已较低,灰粒变硬,磨损更为突出。喷燃器、吹灰器和三次风喷嘴附近水冷壁等处也是煤粉磨损较为严重的部位。在安装、运行和检修过程中,如果受热而管子未固定牢或管卡受热变形,管排就会发生振动并与管卡发生碰撞磨损,造成机械磨损而漏泄。
飞灰磨损速度取决于灰粒成份(主要是SiO2)、灰量、灰粒的动能及飞灰浓度。金属磨损量与烟气流速的三次方成正比。因此,尾部烟道中设计烟速的大小对飞灰磨损率有决定性的影响,要选取合理的烟速。同时应尽量减小速度分布不均匀,避免在省煤器边排管与炉墙之间、省煤器弯头与炉墙之间、再热器与两侧墙之间,存在一个烟气走廊。这个区域由于烟气流动阻力小,局部烟速可增大到平均烟速的两倍,甚至更大,造成这些和所管子磨损严重。
如某电厂,发现2号炉(670t/h)乙侧高温省煤器泄漏,停炉检查,高温段省煤器前22排上数第2根管因烟气长期冲刷管子磨薄泄漏,泄漏越来越大,又冲破21排上数第1根、22排上数第1根、23排上数第1和第2根管。这次事故造成少发电量1690万kWh。
2.腐蚀
锅炉“四管”受热面的腐蚀主要是管外的腐蚀和水品质不合格引起的管内化学腐蚀。当腐蚀严重时,可导致腐蚀爆管事故发生。
水冷壁上如果产生结渣,在周围处于一定温度和还原性气体条件下,会产生较为严重的水冷壁管外腐蚀。水冷壁的高温腐蚀和还原性气体的存在有着密切的关系,CO浓度大的地方腐蚀就大。管壁温度对腐蚀的影响也很大,在300~500℃范围内,管壁外表面温度每升高50℃,腐蚀程度则增加一倍。水冷壁高温腐蚀部位多在热负荷较高、管壁温度较高的区域,如燃烧器附近。过热器、再热器区还原性气体比炉内低,腐蚀速度一般比水冷壁小。但是大容量锅炉的过热器、再热器的壁温较高,尤其是左右两侧烟温相差较大时,腐蚀现象也相当严重。在腐蚀温度范围内,除选用耐腐蚀的合金钢和奥氏体钢外,应控制炉膛出口烟温的升高和烟温偏差等因素,以免引起局部过高的壁温而使腐蚀速度增大。
正常运行情况下,锅炉并不会引起管内腐蚀与结垢。品质良好的给水中带有少量杂质,通过炉水处理成为水渣或胶状物质,溶解在水中通过排污排出。当给水品质不良时,炉水中的Fe、Cu、Ca、Mg、SiO2等杂质在蒸发受热面内被浓缩,并从锅水中游离出来附着在管内表面,形成水垢,水垢的传热系数只有钢管的1/200,影响传热,并使壁温上升,导致管壁过热鼓包或破裂。破口部分多呈刀刃状,破口附近由于汽水冲刷,几乎没有水垢。喷水减温水质不良,锅炉内分离装置损坏或其他原因和蒸汽品质恶化时,过热器、再热器管可能发生结垢爆管、管子胀粗。如某台Π-K10型锅炉水冷壁发生爆漏,裂口50mm×75mm,割开附近未破的水冷壁管发现垢厚2mm,水垢成分为Fe2O346.6%、P2O526%、CaO5.2%、SiO24.8%。原因是给水含铁量超标,磷酸根含量过大。
锅炉受热面在停用时与不合格水或湿空气接触,受空气中O2、CO2和SO2的影响会产生管内化学腐蚀。在给水含氧超标时,道德使省煤器内壁产生点状氧腐蚀。
通常锅炉受热面内表面有一层几微米厚的磁性氧化膜(Fe3O4),这层薄膜可以阻止水与膜下的金属接触,使反应停止。如果运行中磁性氧化膜保持完好,或者局部损坏后能自行恢复,就不受腐蚀。当保护性氧化膜与水、空气接触时,Fe3O4转为Fe2O3,失去保护作用,这一反应在运行中和停用中都会发生。在pH值为9~11时腐蚀不大,当pH值小于5或用于13时,保护性氧化膜是可溶的。一般运行情况下,锅水平均pH值为9~11,然而,在锅炉沉积物下,锅水可能浓缩,在破坏保护膜以后,腐蚀也就不再被抑制。当锅水中有游离的NaOH时,在多孔性的沉积物下造成不规则的损坏,当管壁减薄到一定程度后穿孔,但管子韧性和金相结构都无改变,也无鼓包,即所谓垢下腐蚀。在以海水为循环水的凝汽器泄漏时,一方面在管内有盐类沉积,另一方面循环水中的MgCl、NaCl使锅炉pH值降低,在致密沉积物下面由于酸的存在加速了腐蚀。在腐蚀过程中引起局部氢分压的增大,氢将渗入钢中并与钢中碳化物发生反应而生成甲烷,并沿晶界发生裂纹。被脱碳的钢沿管壁厚度发生脆化,并导致爆管,即所谓氢脆。氢脆的物理特征是:有无数的细小裂纹,并在裂纹部位有部分或明显的脱碳现象,在氢脆的管子上通常有硬而脆的覆盖物。
如某台前苏联产EΠ670/140型锅炉,在相隔8天发生两次水冷壁爆管事故,发现水冷壁管溃疡性大面积腐蚀。事故的主要原因是垢下腐蚀,在该炉安装期间,自酸洗第一次点火试运至停运,直到正式运行,在长达10个月时间里,对锅炉未进行防腐处理工作,除氧器因制造质量不良,给水溶解氧一直不合格,再加上联氨加药系统因基建未装完,没有投入运行,给水长期未加联氨,以致氧腐蚀也很严重,大量腐蚀产物在锅内沉积,为垢下腐蚀创造了条件,特别是在热负荷较大的区域,这种垢下腐蚀更为严重。
再如某一电厂一台670t/h锅炉水冷壁腐蚀爆管,后墙第四回路检查结果:腐蚀15根,发生鼓包11根,计26个包(不含爆破管),爆破管1根,泄漏1根。沉积物成份为Fe2O369.5%、CaO10.96%、CuO8.20%、P2O57.4%、SiO24.56%;腐蚀产物用水萃取后,水溶液pH值为8.3。向火侧沉积物量为148.12g/m2,背火侧为75.37g/m2,爆破口金相分析发现没有相变温度的重结晶,无过热金相组织。其原因是:①凝汽器铜管内因应力腐蚀大量断裂,冷却水大量泄漏进入系统,在水冷壁热负荷高处结垢;②在凝汽器泄漏期间,锅内加强磷酸三钠处理,由于磷酸三钠纯度不高,含有18.55%的碳酸钠,致使锅水游离碱过高,发生垢下碱性腐蚀;③炉膛火焰中心偏移,局部过热。
3.过热
过热器和再热器是锅炉承压受热面中工质温度和金属温度最高的部件,而汽侧换热效果又相对较差,所以过热现象多出现在这两个受热面中。受热面过热后,管材金属温度超过允许使用的极限温度,发生内部组织变化,降低了许用应力,管子在内压力下产生塑性变形,使用寿命明显减少,最后导致超温爆破。因此,超温意味着降低安全系数或减少使用寿命,应严格控制蒸汽温度的上限。
如果存在炉膛高度设计偏低,火 中心偏后、受热面偏大、受热面选材裕度不够或错用材料、不动力工况差、蒸汽质量流速偏低和受热面结构不合理等因素,都会造成受热面超温或存在较大的热偏差及局部超温;在制造、安装和检修中,如果出现管内异物堵塞而造成工质流动不畅、断路、短路等情况,会导致受热面的超温;运行中如果出现燃烧控制不当、火焰后移、炉膛出口烟温高或炉内热负荷偏差大,燃烧不完全引起烟道二次燃烧,减温水投停不当、管内结垢等情况,也会造成受热面过热。
如某电厂1号机组电负荷150MW(满负荷200MW)锅炉燃烧稳定,但炉膛压力突然由-20Pa增大至150Pa,主汽压由13.5MPa降至13.1MPa,蒸汽流量略有下降,给水流量略有增大,司炉及时调整燃烧,维护炉膛压力在0~-20Pa。助手检查炉本体,发现对流过热器有明显响声,确证过热器泄漏,作停炉处理少发电量1240万kWh。经查是右边第31排最外圈,距下端约半米处爆管,裂口95mm临时切掉加堵。该炉过热器上次爆管时管子全部有过烧现象,加之燃煤按发份低(10%),含碳量高,燃烧时间长,火焰中心上移;1号炉负荷低,蒸汽流量只有400多吨,对管子冷却效果不好。综上所述过热器因过热爆管。
4.焊接质量
锅炉本体是由焊接组装起来的,每个受热面的每一根管子都有多个焊口,一台大型锅炉整个受热面焊口数量多的达几万个。而受热面又是承受高温高压的设备,焊接缺陷主要有裂纹、未焊透、未熔合、咬边、夹渣、气孔等,这些缺陷存在于受热面金属基体中,使基体被割裂,产生应力集中现象。在介质内压作用下微裂纹的尖端、未焊透、未熔合、咬边、夹渣、气孔等缺陷处的高应力逐渐使基杆开裂并发展成宏观裂纹,最终贯穿受热面管壁导致爆漏事故。因此,焊接质量的好坏对锅炉安全经济运行有着重大的影响。焊接缺陷的产生原因很多,它与结构应力、坡口形式、母材、焊接材料、焊接参数、热处理工艺和焊工技术水平等有关。
(二)防止“四管”爆漏的管理和技术措施
为减少和防止锅炉“四管”爆漏,应坚持设备的全过程管理,在锅炉类型、设计、制造、安装、运行和检修等各方面加强质量控制。根据锅炉实际的煤质情况对锅炉进行选型,设计中应选择合理的烟速和受热面结构,避免结渣积灰、形成烟气走廊和水动力偏差较大等不合理工况,选择合适的炉膛热负荷和炉膛高度,这样可以使锅炉运行后磨损、过热和腐蚀情况较轻,为运行中避免锅炉“四管”爆漏创造良好的条件。在运行和检修过程中,要从管理和技术两方面抓好以下几项工作。
1.加强制度管理
为了使锅炉“四管”爆漏次数减少,电厂应建立健全锅炉防磨防爆制度。加强对锅炉压力容器安全检察、金属监督、化学监督、热工监督管理方面的工作,把部、网局和省局制定的一系列导则、规程、制度和管理办法,真正落实到设备管理的实处,有效地开展锅炉“四管”爆漏预防工作,使爆漏故障切实得以减少。
要固定锅炉防磨防爆检查人员,在锅炉大修、小修和临修中,负责对受热面磨损、管外腐蚀、胀粗和撕裂等情况做定期、有计划的检查。
化学监督体系应保证减少或减缓管子内部腐蚀、结垢造成的爆漏。严格贯彻执行电力部《电站锅炉水、汽监督规程》,着重保证进入锅炉的给水品质及锅炉运行中汽、水蒸汽品质合格;防止凝汽器铜管腐蚀泄漏,在发生泄漏时应及时查漏、堵漏;水冷壁结垢量超标时,要及时进行锅炉酸洗;对停备用的锅炉设备采取适当的防腐保护等。
金属监督体系在材料、焊口检验等方面开展防磨防爆工作,保证检修过程中不发生错用钢材等问题,对产生胀粗、变形和有可能发生组织变化的管材做出鉴定和处理意见,对爆管管材进行金相检验,掌握锅炉“四管”金属长期运行中的性能规律,发现和消除金属事故的隐患。热工监督体系应定期校验金属,监督相关的热工表计和保护装置,给运行人员提供可靠的监测数据,同时对检修焊口做好无损探伤检验,把好焊接质量控制关。
对锅炉在设计上和运行中存在的技术问题,要组织专门的技术人员攻关来解决,必要时应协同有关的单位开展相应的试验研究工作,充分发挥科技人员的积极性,解决生产中的技术难题。
2.加强运行管理
加强运行人员的培训考核,做到无证不准上岗,200MW及以上机组的机组操作员,须经模拟机培训并考试合格方可上岗。严格按运行规程的规定操作,认真执行有关安全规程和制度。锅炉启动和停运过程中,应严格按启停曲线进行操作,控制锅炉参数和受热面管壁温度在允许范围内,并严密监视及时调整,防止锅炉各参数大起大落或严重超限,同时注意汽包、各联箱和水冷壁膨胀是否正常。运行中应严密监视锅炉蒸汽参数、蒸发量及水位,防止超温超压、满水或缺水事故的发生,确保锅炉正常运行。
燃料部门要确保燃煤质量,尽可能符合锅炉设计煤种,为稳定燃烧提供物质基础。运行人员应了解近锅炉煤质情况,及时做好锅炉燃烧调整,保证较佳的过量空气系数和减少漏风,以防管子磨损;合理配风和防止炉内气流偏斜,注意控制煤粉细度,避免在水冷壁附近形成还原性气体和结渣,造成水冷壁管外腐蚀;控制过量空气系数的升高和炉膛出口烟温的长高,降低炉膛出口扭转残余和烟温偏差,减少热偏差,严格控制过热器和再热器的壁温,以避免过热和再热器的管外腐蚀;防止炉内火焰偏斜、水冷壁结渣、炉膛出口温度偏高、过热器和再热器的积灰,以避免过热器和再热器金属发生过热。
加强吹灰器管理,锅炉结渣时,应及时进行吹灰和清除,防止受热面的结灰结渣,特别要防止形成大渣掉落砸坏冷灰斗水冷壁管。要注意防止吹灰器漏水、漏气和吹坏受热面管子。
运行人员应认真监盘和巡回检查,及时发现受热面的爆漏,并及时采取相关措施,查明爆漏部位,对于可能危及人身安全或将造成其他设备、容器、管道严重损坏的爆漏事故,应实行紧急停护。受热面爆漏发生后,为防止事故扩大,冲刷损坏其他管子造成处理难度增大和留下隐患,电网调度在可能的情况下应尽量让电厂及早停炉处理。锅炉灭火保护装置要投入,当锅炉发生灭火时,严禁用爆燃法恢复燃烧,以免造成炉壁撕裂。
做好锅炉“四管”爆漏事故分析工作,对锅炉“四管”爆漏事故要如实反映爆漏前的运行工况及发生事故时的处置,以便吸取教训,采取相应的改进措施。
目前厂普遍存在煤种偏离设计煤种而且变化较大的情况,燃煤灰分大、石子多、热值低,使受热面磨损等问题加重,这也是造成受热面爆漏次数多的原因之一,电厂管理部门要抓好煤质调配问题。
3.加强检修管理
检修要始终把质量放在第一位,应贯彻执行《发电厂检修规程》、《发电厂金属监督规程》、《锅炉压力容器监察规程》、《锅炉检验规程》等规程,并加强受热面检查、处理、更新和改进,把防止锅炉承压部件爆破泄漏的各项措施落实到设计、制造、安装、检修和运行工作中,要把责任落实到人,并做好技术档案管理工作。
加强锅炉防磨防爆专业组的工作,防磨防爆检查人员要在定期检验中全面发现设备存在的问题并及时处理,积累掌握磨损规律和煤质变化的影响,及时采取防磨措施,积极而慎重地采肜新材料、新技术,如各种耐高温钢材、耐磨铸件、耐磨涂料、耐磨陶瓷等,采新的防磨技术、焊接检验技术和吹灰技术。在检验中应检查并处理膨胀和机械因素可能引起承压部件爆漏的缺陷。对导汽管、下降管等炉外管道、弯头联箱堵头要加强定期检查,发现缺陷(表面裂纹、冲刷减薄或材质问题),应及进更换、对汽包和集中下降管焊口、联箱要定期检验,对主蒸汽管道、再热蒸汽管道,要坚持对弯头、阀门、三通以及管道焊缝和支吊架的定期检查,发现异常要及时处理,对管壁厚度不足的要安排尽快更换;对运行超支(20万h的高压高温主蒸汽管道,在计划检修中要做全面细致的检查(如复膜金相测硬度,测厚度等),发现问题及时处理,并要根据情况及早做好更换管道的准备工作;对中压蒸汽管道要定期进行石墨化检验,发现问题,及早处理;对直流炉蒸发段、高温段过热器、再热器出口导汽管应完善管壁温度测点,以便监视各导汽管间的温度偏差,防止超温爆管。
发生受热面爆漏后,在抢修和临修中一般不得对爆漏部位采用补焊手段处理,必须更换爆漏管段,并注意检查周围受热面状况。在必须采取堵管处理时,需经负责人同意,并在下次检修中予以恢复。受热面管子在检修中更换后,应对检修焊口进行100%无损探伤检验,并做额定压力水压试验;应定期进行割管检查,对高温过热器、再热器管子做金相检验,对炉膛热负荷最高区域锅炉受热面管子,在检查和核算后如不能满足有关标准,应予更换。
加强焊工管理及焊接工艺质量的检验评定。为减少焊缝泄漏事故,适应大机组钢种多而杂,焊接要求高的现状,要加强焊工的培训和考核工作。对锅炉压力容器焊接的焊工,应经考试合格持证施焊,实际施焊位置、管种、尺寸应和合格证所规定准许施焊项目相一致;加强金属监督,防止错用钢材及焊接材料;要特别注意合金钢、异种钢的焊接,注重焊接准备、焊接、热处理、焊后检验各个环节;坚持焊接责任制和焊接部位、管径与合格证合格项目一致的制度;积极采用新的焊接工艺和技术。
对进口锅炉和国产锅炉在安装前要按规定和要求,进行安全性能检验,特别是对有关焊口要全面进行检验。
检修中经常会遇到质量与工期的矛盾问题,有时为了赶进度,往往忽视了焊接和检验等环节的质量控制,造成机组启动后的频繁泄漏。应根据工作量、工作性质的情况,在开工前做好各项准备,避免在后期赶工时疲劳作战,在工期与质量发生矛盾时,应以质量为重,这样才能保证锅炉设备长期可靠运行。
二、锅炉灭火放炮及其反事故措施
(一)锅炉灭火放炮的发生
锅炉灭火放炮是指锅炉灭火后,炉膛中积存的可燃混合物瞬间爆燃,使炉内压力突然升高,超过了炉墙设计承受能力,而造成水冷壁、刚性梁及炉顶、炉墙破坏的现象。锅炉灭火放炮严重影响电厂的安全、经济运行,进而造成巨大的经济损失。
锅炉灭火放炮要有三个条件:一是有燃料和助燃空气的积存;二是燃料和空气的混合物达到了爆燃的浓度(混合比);三是有足够的点火能源。在锅炉灭火时,整个炉膛的热容量很大,具备爆炸的点火能源条件,因此,灭火后应迅速切断燃料供给,降低炉膛内煤粉浓度即停粉通风成为控制锅炉灭火放炮发生的主要措施。要从根本上防止锅炉灭火放炮,必须避免和减少锅炉灭火,在锅炉灭火后快速停止向炉内供应燃料并对锅炉进行通风抽粉,锅炉停运过程中须检查和防止煤粉和燃油漏入炉膛,在重新点火前必须重新通风抽粉。
(二)防止锅炉灭火放炮的管理和技术措施
1.加强运行管理
要提高运行人员对锅炉灭火放炮事故破坏性的认识,在运行管理方面要采取积极有效的措施,制度和检查防止灭火放炮安全运行措施,严格遵守运行操作规章制度,加强责任制,提高责任感,加强对运行人员的培训,定期进行反事故演习,防止误判断、误操作。运行人员要认真监盘,克服侥幸心理,一旦发生锅炉灭火,要立即停止燃料供给;要按规程操作程序处理,严禁采用关小风门,继续供应燃料以爆燃法恢复着火燃烧;更不允许厂和车间领导对采用爆燃法以求侥幸避免故障或事故的错误作法采取默认态度。正确处理少发电和保设备的关系,以保设备为原则;正确地处理节约点和油和防止锅炉灭火放炮的关系,要以防止灭火放炮为准绳;加强煤场管理,完善混煤设施,并针对煤质变化,雨天煤温以及低负荷运行等情况,及时采取相应的措施,加强监视调整,防止发生锅炉灭火。锅炉发生灭火后,应立即切断向炉内供应燃料,调整负压,对炉膛的所有烟道以大于25%的额定风量进行通风吹扫,燃煤锅炉吹扫时间不少于5min。查出灭火原因,采取针对措施后重新点火接负荷。在锅炉灭火后不按运行规程处理,通负吹扫时间和风量不符合要求或不吹扫,立即投油,甚至投粉,利用炉膛熄火瞬间余热用爆燃法强行点火,会造成炉膛爆炸事故。如某厂3号炉(410t/h)灭火后,未按规程吹扫5min以上,炉内有聚集煤粉,就投油点火,发生炉膛爆炸,致使前水冷壁撕开,1号、2号燃烧器上部分别撕开长20m、宽200mm和长6m、宽30~50mm的裂缝。又如某电厂1号炉两次灭火,均未停排粉机,而是采用爆燃法继续向炉内送粉、送油、使大量的煤粉、油滴带入尾部烟道,一周后发生炉膛和尾部烟道爆炸。
2.完善灭火保护装置
运行中的锅炉必须装设灭火装置,灭火保护包括炉膛燃烧工况监视,灭火警报,燃烧不稳投油,炉膛正、负压保护,自动切断燃料,自动吹扫,自动点火等功能。其中燃烧不投油助燃是防止灭火很重要的措施。灭火保护装置能在锅炉灭火后自动按程序快速切燃料供给,并对炉逍和烟道、煤粉管道、燃油管道通风吹扫,防止可燃物在管道和炉内积存,也能在重新点火前自动支炉膛进行吹扫。运行时锅炉灭火保护装置必须投入,必须退出灭火保护装置或连锁装置时应经总工程师批准,并事先做好安全措施。
3.加强设备管理和维护
要加强对锅炉设备的管理,搞好设备维修,及时消除缺陷,预防锅炉灭火放炮。炉膛严重漏风、给粉机下粉不匀和煤粉自流、一次风流动不畅、送风不正常脉动、堵煤和热控设备失灵等都易造成锅炉灭火放炮。因此,除按计划实行检修做到修必修好外,还应根据设备健康状况、使用周期以及新设备质量问题多的情况,加强维修,发现缺陷及时组织消除。还要重视和加强热工工作,保证热工仪表正常工作、保护给粉电源和备用电源的正常使用和可靠性,以利安全生产。
三、制粉系统和煤尘爆炸及基反事故措施
(一)制粉系统和煤尘爆炸的发生
引起煤尘爆炸有三方面的因素,燃料和助燃空气的积存;燃料和空气的混合物达到了爆燃的浓度(混合比)、有足够的点火能源。避免三因素的合可以避免煤尘爆炸。电厂锅炉制粉系统运行时,空气煤尘混合物的浓度在爆炸浓度范围之内,点火源可以是积粉自燃,也可以民金属撞击的结果。以下是制粉系统或煤尘爆炸的案例。
某电厂3号炉(670t/h)2号磨煤机,32号给煤机销子断,此给煤机因检修而停用。给煤机销子换好后,启动运行时一声巨响发生爆炸,所有也爆门(21个)全部爆破,排粉机出口风门被打坏掉下,将排粉机叶轮打坏。事故原因是由于磨煤机停运前,未将制粉系统中的煤粉充分清理干净,煤粉自燃,启动时引起制粉系统爆炸。
某电厂2号炉停炉小修,停炉后转动给粉机将煤粉仓放空,但未再检查和清扫积粉,结束小修后点火启动。在启动1、2号磨煤机向甲煤粉仓进粉过程中未发现异常,但在第二天启动4号磨煤机向乙煤粉仓进粉时(当时粉仓温度计指示50℃),9min后一声巨响,乙煤粉仓爆炸,温度升高到150℃,仓顶一部分混凝土预制板被掀开,煤粉仓防爆门膜板从边腐蚀处撕开(咬口处爆开),一名输煤值班工被粉仓顶部喷出的火焰和红粉煤烧伤致死。事故直接原因:煤粉仓内壁、栅栏及角落处有少量积粉,检修期间发生自燃,排粉机启动后,自燃加剧,接着启动4号磨煤机,粉仓内粉尘达到爆炸浓度,遇到自燃煤粉引起爆炸。
某电厂输煤系统6段甲皮带上积粉自燃,烧毁甲、乙两条皮带头共364m,300kW电动机一台以及支架、电缆、托辊等栈桥内的一些其他设施,直接经济损失22万余元。事故原因是燃用挥发份高达40%~60%极易自燃的煤种,6段甲皮带一直处于备用状态,乙皮带多次上煤着火,高温粉尘落到备用的甲皮带上,甲皮带长时间停用不按规定启动,也没有及时清理,导料槽处积粉厚度达10cm,积粉自燃又未能及时发现。栈桥内也没有布置灭火器,消防系统又因管路冻裂而关闭,因此火警初起时因没有消防能力而扩大成灾。事故后又发现,所用的皮带是易燃的。
(二)防止制粉系统和煤尘爆炸的管理和技术措施
1.加强运行管理
运行时控制制粉系统出口湿度在规定的范围之内和防止煤粉沉积,是避免制粉系统爆炸的主要措施。例如:根据煤种控制磨煤机出口温度。制粉系统停运后要充分抽粉;执行定期降粉制度和停炉前煤粉仓烧空制度。制粉系统发生异常时,要按照运行规程进行处理,严禁违章指挥,冒险蛮干。
2.设备检修管理
为避免发电厂发生制粉系统和输煤系统煤尘爆炸事故,设备设计和施工时,要尽量减少制粉系统的水平直管段,保证煤粉仓的严密性,内壁光滑,无积粉死角,防爆设施要符合规定;要解决热风道与制粉系统连接部位以及排粉风机出入口风箱的强度问题;在设备方面要消除制粉系统和输煤系统的粉尘泄漏点、降低粉尘浓度;大量放粉或清理煤粉时,应杜绝明火,防止煤尘爆炸。另外,要做好防爆和消防工作,对防爆门动作后喷出的火焰可能危及人身安全、损坏设备、烧坏电缆的,要改变动作方向或采取其他隔离措施;煤粉仓、制粉系统和输煤系统附近应有消防设施,备有专用的灭火器材,并随时保持完好状态。
四、压力容器爆破及其反事故措施
GB150-89《钢制压力容器》上规定:设计绝对压力高于0.1MPa或真容度高于0.02MPa的容器称压力容器。劳动人事部《压力容器安全技术监察规程》作了更具体的规定,即同时具备下列条件的容器称为压力容器,否则属于常压容器:
提高工作压力PW≥0.1MPa(不包括液体静压力);
内直径(非圆形截面指断面最大尺寸)大于等于0.1m,容积V≥25L;
介质为气体、液化气体,最高工作温度不低于标准沸点(指一个大气压下的沸点)的液体。
(一)电厂压力容器爆破的发生
燃煤电厂中的压力容器很多,如除氧器,疏水扩容器,连排、定排扩容器,高压加热器,低压加热器等。压力容器在使用中或试压时发生破裂,使压力瞬时降至大气压力的事故,称为爆友事故。燃煤电厂压力容器爆破事故主要发生在除氧器,疏水扩容器,连排、定排扩容器。这些容器发生事故不仅会造成经济和财产的巨大损失,甚至会造成人员的伤亡。
因为发电厂热力系统中压力容器不仅有一定压力而且有较高的温度,且介质为饱和水和饱和汽,它们具有很大的内能,一旦发生爆炸其破坏力远比空气为介质的压力容器严重。例如同样容器为1m3,压力为1MPa的压力容器,爆破时,盛饱和水的比盛空气的压力容器破坏力大近29倍,比盛20℃常温水的容器约大460我倍,因此,热力系统压力容器爆炸是灾难性的。如某电厂发生7号机除氧器爆破,爆破时该机胡带满负荷200MW,除氧水箱储水130多吨。除氧器爆破后,水箱炸成三段,除氧头裂开倒下,并使除氧器上方的输煤皮带层楼板、除氧器楼层板,以及下方的单元控制室板与楼板,一齐塌落到4.2m电缆夹层楼板上,并引起发电机封闭母线短路起火烧断,励磁侧密封瓦冒烟,主变压器低压套管爆炸,绝缘油溢出起火,造成9人死亡,5人受伤,直接经济损失估计为500万元。事故的主要原因是夜班值班人员不按规程要求保持氧器正常水位,而在交接班时,运行人员进行了一系列的错误操作(向除氧器补充大量低温水并将二段抽汽门打开,恢复水位后又未关二段抽汽门)使除氧器压力迅速超压到设计压力以上。
连排、定排和疏水扩容器设计压力都比较低,但在运行时操作不当,压力有可能大大超过设计压力而造成爆炸事故。例如某厂一台定排扩容器设计工作压力0.145MPa,但在一台锅炉事故放水时,定排扩容器压力达0.632MPa。又如某电厂一台锅炉本体疏水扩容器在运行中发生爆炸,该扩容器设计压力0.145MPa,设计时仅考虑一台锅炉启动时疏水量,一般不考虑过热器本体疏水量,而本次事故中运行人员为改善炉水品质,同时开启2台过热器疏水,使近于主蒸汽参数的过热蒸汽进入扩容器造成严重超压。同时扩容器采用无折边封头,锥体顶角90℃超过设计规范,封头和筒体焊接错边、严重未焊透等使之强度更弱。
汽机房里的疏水扩容器,当管道暖管到后期,蒸汽参数接近新蒸汽,如不及时关掉管道疏水,同样会造成疏水扩容器严重超压。
不少高压加热器水侧无安全阀,甚至个别汽侧也无安全阀,早期高压加热器壁厚未达到设计值,而且制造质量差,如筒体焊缝无坡口,有严重夹渣、气孔、未焊透等焊接缺陷。某厂高压加热器在运行中U型管破裂,大量高压给水冲刷汽侧,使汽侧筒体严重超压爆炸。同样,当高压加热器在停动时,因加热蒸汽阀关闭不严高温蒸汽漏入汽侧,因水侧给水不流动致使U型管内给水受热汽化、升压顶开水室发生水侧爆炸。此外,高压加热器检修时,虽然水侧已放水,但存放在U型管中给水(温度一般远高于100℃)仍会不断蒸发使水室充压,因此,当打开环形四合块密封板时,蒸汽冲击烫伤检修人员的事故屡有发生。
(二)防止压力容器爆破的管理和技术措施
为避免压力容器爆破事故,应贯彻执行《压力容器安全技术监察规程》和《压力式除氧器安全技术规定》,并在设备系统、运行和检修等方面加强管理。
1.加强设备系统管理
认真做好使用压力容器的治理整顿工作和检验登记工作;检查、整顿进入除氧器、扩容器的高压汽源,采取措施消除超压的可能;核定除氧器和其他压力容器安全阀的总排放能力,应能地可靠地可能出现的最大进汽量的需要;单元制的给水系统,除氧器上应配备不少于两只全启式安全阀,推广滑压运行,逐步取消二段抽汽进入除氧器;在材质上限期报废A3F、16Mn钢制造的除氧器,推广使用20G、20R钢制造的除氧器;采取措施完善除氧器的自动调压和报警装置;取消无折边封头;高加水侧、汽侧按电力部《高压加热器维护导则》规定增加安全阀。制氢站应采用性能可靠的压力调整器,并加装液位差越限联锁保护装置和氢侧氢气纯度表或氧量表,防止制氢设备系统爆炸。
2.加强运行管理
在运行方面应严格执行运行规程,对除氧器两段抽汽之间的切换,必须作出明确规定,并在运行中严格贯彻执行;对各种压力容器安全阀进行定期校验和排放试验;运行中严格按规程规定开启疏水和事故放水,防止扩容器超压爆炸;使用中的各种气瓶严禁改变涂色,并严格管理,严防错装、错用造成爆炸事故等。
3.加强检修管理
对除氧器的焊缝要进行检查、补焊或改造加强;检修中如必须在除氧器筒壁上开入孔时,要事先制订技术工艺措施,履行报批手续,经锅炉监察工程师审定总工程师批准后,严格按工艺措施开孔和恢复焊接;对压力容器做好定期检查工作,按规定进行定期检查和水压试验等,对焊缝和结构方面的缺陷,应及时进行修补。高加检修时必须采取安全措施,使水侧疏水完全放完,压力降到零,汽侧温度降到饱和温度以下。
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