1 引言
自1998年陕北天然气供应北京以来，首都的燃料结构以及与其密切相关的环境质量都发生了很大变化。过去分布城区的1万多台燃煤锅炉陆续改成了天然气锅炉。其中，达到报废或大修年限的直接换成天然气锅炉；使用年限较短或用户财力不足，则由相关部门更换燃烧设备，将燃煤锅炉改成燃气锅炉，有一些用户在改造过程中，只是将燃煤设备拆除，简单加装燃气燃烧器，也未加装必要的安全控制装置，不符合技术监督部门的相关安全要求，存在着许多安全隐患。
由于燃气自身的特性，易燃、易爆、易扩散，燃气锅炉与燃煤锅炉相比危险性大，对控制系统的产品质量和安全性能要求严格。本文仅就中、小型燃气锅炉的安全问题作初步讨论。
2 安全装置
“安全是燃气行业的生命。”没有安全就没有效益、没有发展。
为了保证燃气锅炉安全经济运行，保证人身安全，劳动部根据《锅炉压力容器安全监察暂行条例》的有关规定，于1996年、1997年先后颁布了《蒸汽锅炉安全技术监察规程》和《热水锅炉安全技术监察规程》(以下简称《规程》)。它适用于燃气锅炉及锅炉范围内管道的设计、制造、安装、使用、检验、修理和改造。
《规程》中明确规定了燃气锅炉必须或应该设置的安全保护装置。安全装置的功能是保证燃气锅炉安全经济运行，保证人身安全。因此，从安全的角度考虑，安全装置可分为两种类型：预防事故的和减轻破坏的。
2．1 预防事故的安全装置
2．11自动报警装置
燃气锅炉运行时，锅炉内水、汽的温度、压力，以及蒸汽锅炉中的水位，是保证其安全运行的监控参数，当这些参数出现异常时，自动报警装置应发出声光信号。
2．1．1．1超温报警
《规程》规定：燃气热水锅炉额定出口热水温度高于或等于120℃以及额定出口热水温度低于120℃但额定功率大于或等于4．2MW时，应该设超温报警装置，并有联锁保护，对于中小型燃气锅炉，一般由热水出口上的温度变送器将标准信号输出到可编程逻辑控制器(PLC)，标准值经与给定值比较，一旦超温PLC立即进行紧急停炉。
2．1．1．2超压报警
蒸汽锅炉额定蒸发量大于或等于6t／h时，应装有蒸汽超压报警，并设联锁保护超压报警同时关闭电磁阀，切断燃气气源，引风机仍运行，锅炉蒸汽压力一般由压力控制器进行自动控制。
2．1．1．3水位报警
蒸汽锅炉额定蒸发量大于或等于2t／h时，应装设高低水位报警，高低水位报警信号要能区分，发生低水位报警时，关闭电磁阀，切断燃气气源，鼓风机30s后停机，引风机仍运行。
2．1．1．4流量报警
直流锅炉应装设给水流量低于启动流量时的报警装置。
2．1. 2切断装置
燃气锅炉应装有联锁装置。在锅炉运行中一旦出现(1)至(5)所述情况，能够自动切断燃气供应；对装设鼓风燃烧器的锅炉，能够自动切断给风气源。
(1)热水锅炉压力降低到会发生汽化或水温升高到超过规定值；
(2)蒸汽锅炉压力超过规定值或水位低到最低值；
(3)当燃气压力过高时，还会出现脱火现象，甚至在炉膛内发生爆炸，因此燃烧器必须在设计的燃气压力下运行，超高或过低均应启动切断装置。目前，国内与燃气锅炉配套的均为进口燃烧器，自动化程度较高，不但配有燃气高低压控制器，而且配有自动检漏控制器(在点火前，炉膛吹扫过程中，检漏控制器自动对燃气阀组系统进行检漏)；
(4)送风机、引风机、以及热水锅炉的循环水泵突然停电或停止运行或发生变频故障、接触点故障等故障时启动切断装置；
(5)烟温保护装置启动：烟温的情况也反应了锅炉的运行正常与否，一旦烟温超过设定值就应启动切断装置，目前，国产燃气锅炉普遍采用烟温变送器，烟温变送器将一次仪表(Ptl00、Cu50)的测量值转换为标准值并输出到PLC，一旦超温，立刻紧急停炉，同时发出声光报警，并在触摸屏或计算机显示屏上显示超温故障。造成烟温升高的原因有以下几种：①经水处理后的水质不符合要求，使烟管或水管的管壁上结垢，影响了烟气向介质传热，这时管壁温度和烟气温度升高，若结垢严重，还会使管子温度过高而爆裂；②由于液位控制装置失灵使炉内缺水；③每组对流管束间串气，烟气未按规定的行程流动，而形成烟气“短路”，这种情况会使锅炉达不到额定出力。
2．1．3喷淋装置
蒸汽锅炉装有再热器时，应装有自动喷淋装置。当再热器出口蒸汽温度达到最高允许值时，能够自动投入事故喷水降温。
2．1．4点火控制系统和熄火保护装置
燃气锅炉相对与燃煤锅炉，其防爆性要求非常高，尤其是天然气，天然气的爆炸极限为5％-15％，如果发生泄露极易产生爆炸，可燃混合气体在密闭容积内爆炸时，所产生压力，对于不同的燃气大约为0．75MPa一1．65MPa。这对于一般的锅炉炉膛和烟气通道是难以承受的。因此，如发生爆炸，轻则造成锅炉爆燃熄火，重则使炉膛、烟道爆裂、鼓(引)风机损坏、锅炉房受损等，甚至造成人员伤亡。因此，燃气锅炉点火前，必须仔细吹扫炉膛和烟道，排除炉内可能积存的可燃气体，可靠的点火程序控制和熄火保护是燃气锅炉必不可少的安全保护装置。
一个合理的点火程序控制系统，应对点火过程进行自动控制，只有当风机完成清炉任务之后，才能进行点火；只有当点火火焰已建立起来(经火焰探测器证实)，并经过预定的时间后，主燃烧器的控制阀门才能打开；点火火焰在预定的时间后能够自动熄灭；当主火焰未能在预定的时间内被点燃时，主燃烧器能在点火火焰熄灭的同时自动快速关闭，燃气锅炉的点火程序一般由程序控制器进行监测和控制。
在点火程序控制中，点火前的总通风量应不小于3倍的从炉膛到到烟囱人口总容积，且通风时间不小于表1中规定值。
表 1
燃气锅炉为防止在低负荷运行时风量过大而造成熄火，应在每台锅炉上装设燃烧自动调节装置，对燃气锅炉的进风量和燃气供应量进行联动控制。熄火保护装置是由火焰探测器及电磁阀等组成，当电磁阀(不防爆)不宜直接与燃气接触时，熄火保护装置尚应包括一个由电磁阀控制的气动阀，火焰监测器是熄火保护装置的关键设备，其工作原理是：当锅炉炉膛熄火时，火焰强度的变化会改变光和热的辐射频率，利用安装在炉膛上的监测元件，可以把光辐射的频率变化转化为电能，并通过电气回路控制燃气的供应。火焰监测器检测燃烧器是否燃烧，一旦出现熄火现象就立即切断电磁阀，防止燃气向炉内泄露，因此要求其必须反应灵敏，其响应速度必须符合规定要求，动作稳定可靠，能适应锅炉燃烧器的特性，并发出相关的讯号。
目前主要使用的火焰监测器有两种：一种是监测火焰中的紫外线，如紫外光敏管；另一种是靠火焰具有导电性来对火焰进行监测，如离子监测针。
与紫外光敏管相比，离子监测针的可靠性更高一些。一个原因是因为当火焰不稳定引起火焰强度中心漂移，会使紫外光敏管保护装置误操作，当燃烧器结构与燃气种类和压力不符时或者燃气与空气混合不好、空气量少或引风机的抽力太大时，会使火焰脱离燃烧头，造成脱火，有时火焰可能会一下子脱火到炉膛后面，若这时仍有燃气向炉内供应就会发生爆炸事故。对于脱火现象紫外光敏管是不能做出判断的，它仍可以检测到炉内有紫外线，做出正常燃烧的指令；而离子监测针，当火焰脱离燃烧头，火焰也就脱离了监测针，它的周围没有离子产生，因而能做出火焰熄灭的指令，这样就防止了由于脱火而造成的爆炸事故。
离子监测针比紫外光敏管更可靠的另一个原因是：由于电打火的火光中含有紫外光，在点火时，紫外光敏管不能准确判断小火是否点燃，只有当停止电打火时才能检测小火是否点燃，而这时由于风量过大或燃气量小等原因小火未点燃，就会有一部分的燃气泄露到炉内，形成不安全的隐患。
2．2 减轻破坏的安全装置
由于水管锅炉的炉膛和烟气通道的承压能力以及火管锅炉的转向烟室的承压能力均低，因此混合气体的爆炸会给它们的围护结构和受热面结构带来极大的破坏。常见的爆炸事故轻则造成锅炉爆燃熄火，重则使炉膛和烟道爆裂，引风机损坏，锅炉房和烟囱受损，甚至造成人员伤亡。
燃气锅炉的爆炸事故往往发生在点火过程中，燃气锅炉气源阀门不密封漏气，使炉膛或烟道内混合气体达到爆炸极限，点火时又未对炉膛进行有效地吹扫，发生爆炸；还有燃气锅炉在燃烧器前由于燃气压力或风压波动太大引起脱火或回火致使熄火引起爆炸；有时，也会因为燃烧器与燃气种类或锅炉不匹配，在点火时或运行中发生爆炸。为了减轻炉膛和烟道在混合气体发生爆炸时的破坏程度，燃煤锅炉改烧燃气后必须安装防爆门，防爆门面积按炉膛和烟道的容积选取并应符合有关规定，一般取0．025m2／m3，防爆门应安装在容易泄爆的地方，炉膛、烟道尤其是在烟道中难以避免的死角、转弯处、闷顶等易于聚集可燃气体的停滞区都是最容易发生爆炸的部位，因此，防爆门通常安装在燃气锅炉的炉膛和烟道以及其他易受到锅炉爆炸时产生的压力波冲击的部位，一旦这些部位发生可燃气体的爆炸由防爆门泄压，防止锅炉本体受损、炉墙倒塌，防止人员伤亡。
常采用的防爆门有重力式、破裂式和水封式等类型：
(1)重力式防爆门是靠门盖的自重使其常关。当炉内烟气压力大于因自重产生的平衡力时，门盖被推开，泄出炉内烟气。待炉内压力正常后，靠门盖的自重复位。因其密封性较差，影响其应用。
(2)破裂式防爆门把承压能力远低于锅炉炉膛、烟道等围护结构的防爆膜用法兰紧固在防爆门框上，当炉内压力升高到一定值时，防爆膜破裂达到泄压目的。
(3)水封式防爆门装在燃气锅炉的炉膛或烟道上，它是把一个和炉膛或烟道连通的短管插入盛水的水槽中，当炉内压力升高时，水被冲出而泄压。这种防爆门结构简单，密封性好，适于微正压运行和负压运行的锅炉。
3 事故预防
配备了各类安全装置的燃气锅炉，在设备完好、管理到位、操作无误的条件下是能够保证安全运行的。可是，近几年来事故还是时有发生。2002年发生在燃气行业，由于专业人员调试点火装置时操作失误、造成2人死亡的燃气锅炉爆炸事故就是1例；另外，不久前南通市发生了1起锅炉爆炸事故，某外资企业1台立式燃油锅炉在运行中，值班人员闻到浓烈的柴油味，发现烟囱冒浓烟，即与值班电工一起去锅炉房查看：发现锅炉燃烧器油泵轴封处漏油，炉顶平台上积油，两人关闭进油阀使锅炉停止运行，随即清理炉顶平台上的积油，此时炉膛突然发生爆炸，并点燃炉顶平台上的积油引起火灾，两人在紧急情况下爬上屋顶横梁，敲碎通风窗玻璃才得以逃生，经过紧急灭火，1人被烧伤，锅炉燃烧器及其他设备被烧毁。
3．1 事故原因
2003年8月6日，国家质检总局通报了上半年我国锅炉、电梯及游乐设施等特种设备的事故情况。在148起“严重”事故中，因设备本身质量引发的占总数的21．6％，因安全附件不全或安全装置失效引发的占总数的13．5％，因维护管理不善引发的占总数的7．4％，因操作失误引发的占总数的47．3％。后两项合计占54．7％。这些数据表明，管理不善和操作失误是引发事故的主要原因，设备的质量问题也不可忽视。
如前所述，上述爆炸事故也是由于操作失误引发。当时，操作人员如果严格按照燃油、燃气锅炉的操作规程进行操作，事故是可以避免的。
3．2 事故特点
锅炉机组一般由水汽系统、引送风系统、燃料供给系统、自控仪表系统及锅炉本体组成。从介质流动的角度看，可大致分为水汽系统和燃烧系统。由于燃气的特性是易燃、易爆、易扩散，所以，在燃气锅炉的炉膛、烟道等易聚积气体的部位，往往成为事故的引发点。
燃气锅炉的起动程序分为起动前的检查和准备、上水、点火、升压和送热。燃气锅炉的爆炸事故多发生在起动和停炉这两个时段，即多发生在点火和灭火的过程中。点火时如果先通人燃气，当启动点火装置时，易瞬间发生爆炸；灭火后如果没有及时切断气源，在炉膛高温的作用下，也会造成危险的后果。点火和灭火这二个时段应是燃气锅炉的管理人员和司炉工人特别关注的焦点。而且统计结果表明，中、小型燃气锅炉的燃气爆炸事故有2／3是发生在点火过程，造成的原因绝大多数都是违反操作规程而引起的。因此燃气锅炉的点火，必须严格按操作程序进行，绝对不可疏忽大意，特别是全自动控制的燃气锅炉，虽然其炉膛和烟道以及燃气管路的吹扫、点火及事故发生时的处理等操作均为自动进行，锅炉运行人员也应加强责任心，不可过分依赖自控保护装置，按照规章制度进行人工监控并做好记录。
3．3 事故预防
通过对20余项煤改气工程的质量监督，我认为要预防燃气锅炉事故的发生，除了要加强施工阶段的质量管理，严格依据国家标准和《蒸汽、热水锅炉安全技术监察规程》进行施工，使燃气锅炉的安装质量得到监督和控制，坚决杜绝不合格工程外，事故预防还应注意以下几个方面：
(1)提高燃气锅炉的设计水平，选用质优产品，燃气锅炉应自动化运行、保障安全，有可靠的自控和保护装置。一个完善的锅炉自动控制系统能把锅炉的起动、停炉、正常运行、主要故障处理的操作都自动化，这就要求锅炉装设电气点火装置、熄火保护装置、点火程序控制装置、给水自动调节装置、燃烧自动调节装置、燃气高低压保护装置和其他连锁保护装置，并将安全保护与自动控制相结合。燃气锅炉发展趋势是采用计算机控制，实现机电一体化。为了杜绝事故隐患，燃气锅炉从制造到安装，每一个环节都必须进行严格的质量检验，不合格产品决不允许出厂和使用。
(2)实行科学管理，建立健全各项规章制度，结合燃气锅炉特点，制定一整套燃气锅炉安全操作规程，严格执行《锅炉房安全管理规则》，坚持燃气锅炉管理人员持证上岗制度，定期检查锅炉及其附属设备的维护保养和检修计划的实施情况，保持设备的完好，锅炉及辅机设备应有检验和保养制度，，及时发现和消除隐患，防患于未然。
(3)提高工作人员素质，增强安全意识，坚决树立“安全第一”的思想，严格遵章守纪，严防违章操作，另外，燃气锅炉的推广应用时间不长，部分管理人员对燃气锅炉安全技术及管理知识都缺乏了解，因此，还要加强对燃气锅炉管理人员的培训教育工作，所有人员都要做到培训考试合格上岗。
4 建 议
为了保证燃气锅炉安全运行，我们可以采取种种措施。如在燃气锅炉上采用先进的计算机控制系统，考虑到首都的特殊地位和奥运会将要召开，在管理水平、人员素质参差不齐的状况下，万台以上的燃气锅炉分散于城区，存在诸多安全隐患。因此，我们应当吸取近年来小煤窑、烟花厂分散管理、事故频发、伤亡惨重的教训，对燃气锅炉的安全运行给予足够的重视，防范事故的发生，维护首都的经济发展和社会稳定。
参考文献
1 劳动部．蒸汽锅炉安全技术监察规程．北京，劳动出版社．1996
2 劳动部．热水锅炉安全技术监察规程．北京，劳动出版社．1997
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4 燃油燃气锅炉房设计手册编写组．燃油燃气锅炉房设计手册．北京，机械工业出版社．1998．6
5 姜湘山．燃油燃气锅炉安装与运行维护．北京，机械工业出版社．2003．5
6 王丽辉小型燃煤锅炉改烧燃气的研究报告．1998．7
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