中小型燃?xì)忮仩t的安全裝置與事故預(yù)防

1、中小型燃?xì)忮仩t的安全裝置與事故預(yù)防1 引言自 1998 年陜北天然氣供應(yīng)北京以來，首都的燃料結(jié)構(gòu)以及與其密 切相關(guān)的環(huán)境質(zhì)量都發(fā)生了很大變化。過去分布城區(qū)的 1 萬多臺燃煤 鍋爐陸續(xù)改成了天然氣鍋爐。其中，達(dá)到報(bào)廢或大修年限的直接換成 天然氣鍋爐；使用年限較短或用戶財(cái)力不足，則由相關(guān)部門更換燃燒 設(shè)備，將燃煤鍋爐改成燃?xì)忮仩t，有一些用戶在改造過程中，只是將 燃煤設(shè)備拆除，簡單加裝燃?xì)馊紵鳎参醇友b必要的安全控制裝 置，不符合技術(shù)監(jiān)督部門的相關(guān)安全要求，存在著許多安全隱患。由于燃?xì)庾陨淼奶匦裕兹?、易爆、易擴(kuò)散，燃?xì)忮仩t與燃煤鍋 爐相比危險(xiǎn)性大，對控制系統(tǒng)的產(chǎn)品質(zhì)量和安全性能要求嚴(yán)格。本文 僅

2、就中、小型燃?xì)忮仩t的安全問題作初步討論。2安全裝置 “安全是燃?xì)庑袠I(yè)的生命?！睕]有安全就沒有效益、沒有發(fā)展。 為了保證燃?xì)忮仩t安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保證人身安全，勞動部根據(jù) 鍋爐壓力容器安全監(jiān)察暫行條例的有關(guān)規(guī)定，于 1996年、 1997 年 先后頒布了蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程和熱水鍋爐安全技術(shù)監(jiān) 察規(guī)程 （以下簡稱規(guī)程 ） 。它適用于燃?xì)忮仩t及鍋爐范圍內(nèi)管道 的設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用、檢驗(yàn)、修理和改造。規(guī)程中明確規(guī)定了燃?xì)忮仩t必須或應(yīng)該設(shè)置的安全保護(hù)裝 置。安全裝置的功能是保證燃?xì)忮仩t安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保證人身安全。 因此，從安全的角度考慮，安全裝置可分為兩種類型：預(yù)防事故的和 減輕破壞的。21 預(yù)防

3、事故的安全裝置211 自動報(bào)警裝置 燃?xì)忮仩t運(yùn)行時(shí)，鍋爐內(nèi)水、汽的溫度、壓力，以及蒸汽鍋爐中 的水位，是保證其安全運(yùn)行的監(jiān)控參數(shù)，當(dāng)這些參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，自 動報(bào)警裝置應(yīng)發(fā)出聲光信號。2 111 超溫報(bào)警 規(guī)程規(guī)定：燃?xì)鉄崴仩t額定出口熱水溫度高于或等于120C以及額定出口熱水溫度低于 120C但額定功率大于或等于4. 2MW 時(shí)，應(yīng)該設(shè)超溫報(bào)警裝置，并有聯(lián)鎖保護(hù)，對于中小型燃?xì)忮仩t，一 般由熱水出口上的溫度變送器將標(biāo)準(zhǔn)信號輸出到可編程邏輯控制器(PLC)，標(biāo)準(zhǔn)值經(jīng)與給定值比較，一旦超溫 PLC立即進(jìn)行緊急停爐。2. 1. 1. 2 超壓報(bào)警蒸汽鍋爐額定蒸發(fā)量大于或等于 6t h 時(shí)，應(yīng)裝有蒸汽

4、超壓報(bào) 警，并設(shè)聯(lián)鎖保護(hù)超壓報(bào)警同時(shí)關(guān)閉電磁閥，切斷燃?xì)鈿庠?，引風(fēng)機(jī) 仍運(yùn)行，鍋爐蒸汽壓力一般由壓力控制器進(jìn)行自動控制。2. 1. 1. 3 水位報(bào)警蒸汽鍋爐額定蒸發(fā)量大于或等于 2t h 時(shí)，應(yīng)裝設(shè)高低水位報(bào) 警，高低水位報(bào)警信號要能區(qū)分，發(fā)生低水位報(bào)警時(shí)，關(guān)閉電磁閥， 切斷燃?xì)鈿庠矗娘L(fēng)機(jī) 30s 后停機(jī)，引風(fēng)機(jī)仍運(yùn)行。2. 1. 1. 4 流量報(bào)警 直流鍋爐應(yīng)裝設(shè)給水流量低于啟動流量時(shí)的報(bào)警裝置。2. 1.2 切斷裝置 燃?xì)忮仩t應(yīng)裝有聯(lián)鎖裝置。在鍋爐運(yùn)行中一旦出現(xiàn) (1) 至(5) 所述 情況，能夠自動切斷燃?xì)夤?yīng)；對裝設(shè)鼓風(fēng)燃燒器的鍋爐，能夠自動 切斷給風(fēng)氣源。(1) 熱水鍋爐壓力降低

5、到會發(fā)生汽化或水溫升高到超過規(guī)定值；(2) 蒸汽鍋爐壓力超過規(guī)定值或水位低到最低值；(3) 當(dāng)燃?xì)鈮毫^高時(shí)，還會出現(xiàn)脫火現(xiàn)象，甚至在爐膛內(nèi)發(fā)生爆 炸，因此燃燒器必須在設(shè)計(jì)的燃?xì)鈮毫ο逻\(yùn)行，超高或過低均應(yīng)啟動 切斷裝置。目前，國內(nèi)與燃?xì)忮仩t配套的均為進(jìn)口燃燒器，自動化程 度較高，不但配有燃?xì)飧叩蛪嚎刂破?，而且配有自動檢漏控制器 ( 在點(diǎn) 火前，爐膛吹掃過程中，檢漏控制器自動對燃?xì)忾y組系統(tǒng)進(jìn)行檢漏 ) ；(4) 送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、以及熱水鍋爐的循環(huán)水泵突然停電或停止運(yùn) 行或發(fā)生變頻故障、接觸點(diǎn)故障等故障時(shí)啟動切斷裝置；(5) 煙溫保護(hù)裝置啟動：煙溫的情況也反應(yīng)了鍋爐的運(yùn)行正常與 否，一旦煙溫超過設(shè)

6、定值就應(yīng)啟動切斷裝置，目前，國產(chǎn)燃?xì)忮仩t普 遍采用煙溫變送器，煙溫變送器將一次儀表 (PtIOO、Cu50)的測量值轉(zhuǎn) 換為標(biāo)準(zhǔn)值并輸出到PLC 一旦超溫，立刻緊急停爐，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào) 警，并在觸摸屏或計(jì)算機(jī)顯示屏上顯示超溫故障。造成煙溫升高的原 因有以下幾種：經(jīng)水處理后的水質(zhì)不符合要求，使煙管或水管的管 壁上結(jié)垢，影響了煙氣向介質(zhì)傳熱，這時(shí)管壁溫度和煙氣溫度升高， 若結(jié)垢嚴(yán)重，還會使管子溫度過高而爆裂；由于液位控制裝置失靈 使?fàn)t內(nèi)缺水；每組對流管束間串氣，煙氣未按規(guī)定的行程流動，而 形成煙氣“短路”，這種情況會使鍋爐達(dá)不到額定出力。 213噴淋 裝置蒸汽鍋爐裝有再熱器時(shí)，應(yīng)裝有自動噴淋裝置。

7、當(dāng)再熱器出口蒸 汽溫度達(dá)到最高允許值時(shí)，能夠自動投入事故噴水降溫。214 點(diǎn)火控制系統(tǒng)和熄火保護(hù)裝置燃?xì)忮仩t相對與燃煤鍋爐，其防爆性要求非常高，尤其是天然 氣，天然氣的爆炸極限為 5-15 ，如果發(fā)生泄露極易產(chǎn)生爆炸，可 燃混合氣體在密閉容積內(nèi)爆炸時(shí)，所產(chǎn)生壓力，對于不同的燃?xì)獯蠹s 為0. 75MPa一 1. 65MPa這對于一般的鍋爐爐膛和煙氣通道是難以承 受的。因此，如發(fā)生爆炸，輕則造成鍋爐爆燃熄火，重則使?fàn)t膛、煙 道爆裂、鼓 （引） 風(fēng)機(jī)損壞、鍋爐房受損等，甚至造成人員傷亡。因 此，燃?xì)忮仩t點(diǎn)火前，必須仔細(xì)吹掃爐膛和煙道，排除爐內(nèi)可能積存 的可燃?xì)怏w，可靠的點(diǎn)火程序控制和熄火保護(hù)是燃?xì)忮?/p>

8、爐必不可少的 安全保護(hù)裝置。一個(gè)合理的點(diǎn)火程序控制系統(tǒng)，應(yīng)對點(diǎn)火過程進(jìn)行自動控制，只 有當(dāng)風(fēng)機(jī)完成清爐任務(wù)之后，才能進(jìn)行點(diǎn)火；只有當(dāng)點(diǎn)火火焰已建立 起來（經(jīng)火焰探測器證實(shí) ） ，并經(jīng)過預(yù)定的時(shí)間后，主燃燒器的控制閥 門才能打開；點(diǎn)火火焰在預(yù)定的時(shí)間后能夠自動熄滅；當(dāng)主火焰未能 在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)被點(diǎn)燃時(shí)，主燃燒器能在點(diǎn)火火焰熄滅的同時(shí)自動快 速關(guān)閉，燃?xì)忮仩t的點(diǎn)火程序一般由程序控制器進(jìn)行監(jiān)測和控制。在點(diǎn)火程序控制中，點(diǎn)火前的總通風(fēng)量應(yīng)不小于 3 倍的從爐膛到 到煙囪人口總?cè)莘e，且通風(fēng)時(shí)間不小于表 1 中規(guī)定值。表1鍋爐類型最小通風(fēng)時(shí)間（秒）鍋殼鍋爐 20水管鍋爐 60 燃?xì)忮仩t為防止在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)

9、風(fēng)量過大而造成熄火，應(yīng)在每臺 鍋爐上裝設(shè)燃燒自動調(diào)節(jié)裝置，對燃?xì)忮仩t的進(jìn)風(fēng)量和燃?xì)夤?yīng)量進(jìn) 行聯(lián)動控制。熄火保護(hù)裝置是由火焰探測器及電磁閥等組成，當(dāng)電磁 閥（不防爆） 不宜直接與燃?xì)饨佑|時(shí)，熄火保護(hù)裝置尚應(yīng)包括一個(gè)由電 磁閥控制的氣動閥，火焰監(jiān)測器是熄火保護(hù)裝置的關(guān)鍵設(shè)備，其工作 原理是：當(dāng)鍋爐爐膛熄火時(shí)，火焰強(qiáng)度的變化會改變光和熱的輻射頻 率，利用安裝在爐膛上的監(jiān)測元件，可以把光輻射的頻率變化轉(zhuǎn)化為 電能，并通過電氣回路控制燃?xì)獾墓?yīng)。火焰監(jiān)測器檢測燃燒器是否 燃燒，一旦出現(xiàn)熄火現(xiàn)象就立即切斷電磁閥，防止燃?xì)庀驙t內(nèi)泄露， 因此要求其必須反應(yīng)靈敏，其響應(yīng)速度必須符合規(guī)定要求，動作穩(wěn)定 可靠，能

10、適應(yīng)鍋爐燃燒器的特性，并發(fā)出相關(guān)的訊號。目前主要使用的火焰監(jiān)測器有兩種：一種是監(jiān)測火焰中的紫外 線，如紫外光敏管；另一種是靠火焰具有導(dǎo)電性來對火焰進(jìn)行監(jiān)測， 如離子監(jiān)測針。與紫外光敏管相比，離子監(jiān)測針的可靠性更高一些。一個(gè)原因是 因?yàn)楫?dāng)火焰不穩(wěn)定引起火焰強(qiáng)度中心漂移，會使紫外光敏管保護(hù)裝置 誤操作，當(dāng)燃燒器結(jié)構(gòu)與燃?xì)夥N類和壓力不符時(shí)或者燃?xì)馀c空氣混合 不好、空氣量少或引風(fēng)機(jī)的抽力太大時(shí)，會使火焰脫離燃燒頭，造成 脫火，有時(shí)火焰可能會一下子脫火到爐膛后面，若這時(shí)仍有燃?xì)庀驙t 內(nèi)供應(yīng)就會發(fā)生爆炸事故。對于脫火現(xiàn)象紫外光敏管是不能做出判斷 的，它仍可以檢測到爐內(nèi)有紫外線，做出正常燃燒的指令；而離子監(jiān)

11、 測針，當(dāng)火焰脫離燃燒頭，火焰也就脫離了監(jiān)測針，它的周圍沒有離 子產(chǎn)生，因而能做出火焰熄滅的指令，這樣就防止了由于脫火而造成 的爆炸事故。離子監(jiān)測針比紫外光敏管更可靠的另一個(gè)原因是：由于電打火的 火光中含有紫外光，在點(diǎn)火時(shí)，紫外光敏管不能準(zhǔn)確判斷小火是否點(diǎn) 燃，只有當(dāng)停止電打火時(shí)才能檢測小火是否點(diǎn)燃，而這時(shí)由于風(fēng)量過 大或燃?xì)饬啃〉仍蛐』鹞袋c(diǎn)燃，就會有一部分的燃?xì)庑孤兜綘t內(nèi)， 形成不安全的隱患。22 減輕破壞的安全裝置由于水管鍋爐的爐膛和煙氣通道的承壓能力以及火管鍋爐的轉(zhuǎn)向 煙室的承壓能力均低，因此混合氣體的爆炸會給它們的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和受 熱面結(jié)構(gòu)帶來極大的破壞。常見的爆炸事故輕則造成鍋爐爆燃熄

12、火， 重則使?fàn)t膛和煙道爆裂，引風(fēng)機(jī)損壞，鍋爐房和煙囪受損，甚至造成 人員傷亡。燃?xì)忮仩t的爆炸事故往往發(fā)生在點(diǎn)火過程中，燃?xì)忮仩t氣源閥門 不密封漏氣，使?fàn)t膛或煙道內(nèi)混合氣體達(dá)到爆炸極限，點(diǎn)火時(shí)又未對 爐膛進(jìn)行有效地吹掃，發(fā)生爆炸；還有燃?xì)忮仩t在燃燒器前由于燃?xì)?壓力或風(fēng)壓波動太大引起脫火或回火致使熄火引起爆炸；有時(shí)，也會 因?yàn)槿紵髋c燃?xì)夥N類或鍋爐不匹配，在點(diǎn)火時(shí)或運(yùn)行中發(fā)生爆炸。 為了減輕爐膛和煙道在混合氣體發(fā)生爆炸時(shí)的破壞程度，燃煤鍋爐改 燒燃?xì)夂蟊仨毎惭b防爆門，防爆門面積按爐膛和煙道的容積選取并應(yīng) 符合有關(guān)規(guī)定，一般取0. 025m2/m3防爆門應(yīng)安裝在容易泄爆的地 方，爐膛、煙道尤其是在

13、煙道中難以避免的死角、轉(zhuǎn)彎處、悶頂?shù)纫?于聚集可燃?xì)怏w的停滯區(qū)都是最容易發(fā)生爆炸的部位，因此，防爆門 通常安裝在燃?xì)忮仩t的爐膛和煙道以及其他易受到鍋爐爆炸時(shí)產(chǎn)生的 壓力波沖擊的部位，一旦這些部位發(fā)生可燃?xì)怏w的爆炸由防爆門泄 壓，防止鍋爐本體受損、爐墻倒塌，防止人員傷亡。常采用的防爆門有重力式、破裂式和水封式等類型：(1) 重力式防爆門是靠門蓋的自重使其常關(guān)。當(dāng)爐內(nèi)煙氣壓力大于 因自重產(chǎn)生的平衡力時(shí)，門蓋被推開，泄出爐內(nèi)煙氣。待爐內(nèi)壓力正 常后，靠門蓋的自重復(fù)位。因其密封性較差，影響其應(yīng)用。(2) 破裂式防爆門把承壓能力遠(yuǎn)低于鍋爐爐膛、煙道等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的 防爆膜用法蘭緊固在防爆門框上，當(dāng)爐內(nèi)壓力升

14、高到一定值時(shí)，防爆 膜破裂達(dá)到泄壓目的。(3) 水封式防爆門裝在燃?xì)忮仩t的爐膛或煙道上，它是把一個(gè)和爐 膛或煙道連通的短管插入盛水的水槽中，當(dāng)爐內(nèi)壓力升高時(shí)，水被沖 出而泄壓。這種防爆門結(jié)構(gòu)簡單，密封性好，適于微正壓運(yùn)行和負(fù)壓 運(yùn)行的鍋爐。 3 事故預(yù)防配備了各類安全裝置的燃?xì)忮仩t，在設(shè)備完好、管理到位、操作 無誤的條件下是能夠保證安全運(yùn)行的?？墒牵鼛啄陙硎鹿蔬€是時(shí)有 發(fā)生。 2002年發(fā)生在燃?xì)庑袠I(yè)，由于專業(yè)人員調(diào)試點(diǎn)火裝置時(shí)操作失 誤、造成 2 人死亡的燃?xì)忮仩t爆炸事故就是 1 例；另外，不久前南通 市發(fā)生了 1 起鍋爐爆炸事故，某外資企業(yè) 1臺立式燃油鍋爐在運(yùn)行 中，值班人員聞到濃烈的

15、柴油味，發(fā)現(xiàn)煙囪冒濃煙，即與值班電工一 起去鍋爐房查看：發(fā)現(xiàn)鍋爐燃燒器油泵軸封處漏油，爐頂平臺上積 油，兩人關(guān)閉進(jìn)油閥使鍋爐停止運(yùn)行，隨即清理爐頂平臺上的積油， 此時(shí)爐膛突然發(fā)生爆炸，并點(diǎn)燃爐頂平臺上的積油引起火災(zāi)，兩人在 緊急情況下爬上屋頂橫梁，敲碎通風(fēng)窗玻璃才得以逃生，經(jīng)過緊急滅 火， 1人被燒傷，鍋爐燃燒器及其他設(shè)備被燒毀。31 事故原因2003年 8月 6日，國家質(zhì)檢總局通報(bào)了上半年我國鍋爐、電梯及 游樂設(shè)施等特種設(shè)備的事故情況。在 148 起“嚴(yán)重”事故中，因設(shè)備 本身質(zhì)量引發(fā)的占總數(shù)的 21 6，因安全附件不全或安全裝置失效引 發(fā)的占總數(shù)的 135，因維護(hù)管理不善引發(fā)的占總數(shù)的 7

16、 4，因 操作失誤引發(fā)的占總數(shù)的 47 3。后兩項(xiàng)合計(jì)占 54 7。這些數(shù)據(jù) 表明，管理不善和操作失誤是引發(fā)事故的主要原因，設(shè)備的質(zhì)量問題 也不可忽視。如前所述，上述爆炸事故也是由于操作失誤引發(fā)。當(dāng)時(shí)，操作人 員如果嚴(yán)格按照燃油、燃?xì)忮仩t的操作規(guī)程進(jìn)行操作，事故是可以避 免的。32 事故特點(diǎn) 鍋爐機(jī)組一般由水汽系統(tǒng)、引送風(fēng)系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)、自控儀 表系統(tǒng)及鍋爐本體組成。從介質(zhì)流動的角度看，可大致分為水汽系統(tǒng) 和燃燒系統(tǒng)。由于燃?xì)獾奶匦允且兹?、易爆、易擴(kuò)散，所以，在燃?xì)?鍋爐的爐膛、煙道等易聚積氣體的部位，往往成為事故的引發(fā)點(diǎn)。燃?xì)忮仩t的起動程序分為起動前的檢查和準(zhǔn)備、上水、點(diǎn)火、升 壓和送熱

17、。燃?xì)忮仩t的爆炸事故多發(fā)生在起動和停爐這兩個(gè)時(shí)段，即 多發(fā)生在點(diǎn)火和滅火的過程中。點(diǎn)火時(shí)如果先通人燃?xì)猓?dāng)啟動點(diǎn)火 裝置時(shí)，易瞬間發(fā)生爆炸；滅火后如果沒有及時(shí)切斷氣源，在爐膛高 溫的作用下，也會造成危險(xiǎn)的后果。點(diǎn)火和滅火這二個(gè)時(shí)段應(yīng)是燃?xì)?鍋爐的管理人員和司爐工人特別關(guān)注的焦點(diǎn)。而且統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明， 中、小型燃?xì)忮仩t的燃?xì)獗ㄊ鹿视?23 是發(fā)生在點(diǎn)火過程，造成的 原因絕大多數(shù)都是違反操作規(guī)程而引起的。因此燃?xì)忮仩t的點(diǎn)火，必 須嚴(yán)格按操作程序進(jìn)行，絕對不可疏忽大意，特別是全自動控制的燃 氣鍋爐，雖然其爐膛和煙道以及燃?xì)夤苈返拇祾摺Ⅻc(diǎn)火及事故發(fā)生時(shí) 的處理等操作均為自動進(jìn)行，鍋爐運(yùn)行人員也應(yīng)加強(qiáng)責(zé)

18、任心，不可過 分依賴自控保護(hù)裝置，按照規(guī)章制度進(jìn)行人工監(jiān)控并做好記錄。33 事故預(yù)防通過對 20 余項(xiàng)煤改氣工程的質(zhì)量監(jiān)督，我認(rèn)為要預(yù)防燃?xì)忮仩t事 故的發(fā)生，除了要加強(qiáng)施工階段的質(zhì)量管理，嚴(yán)格依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和 蒸汽、熱水鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程進(jìn)行施工，使燃?xì)忮仩t的安裝 質(zhì)量得到監(jiān)督和控制，堅(jiān)決杜絕不合格工程外，事故預(yù)防還應(yīng)注意以 下幾個(gè)方面：(1) 提高燃?xì)忮仩t的設(shè)計(jì)水平，選用質(zhì)優(yōu)產(chǎn)品，燃?xì)忮仩t應(yīng)自動化 運(yùn)行、保障安全，有可靠的自控和保護(hù)裝置。一個(gè)完善的鍋爐自動控 制系統(tǒng)能把鍋爐的起動、停爐、正常運(yùn)行、主要故障處理的操作都自 動化，這就要求鍋爐裝設(shè)電氣點(diǎn)火裝置、熄火保護(hù)裝置、點(diǎn)火程序控 制裝置、給水自動調(diào)節(jié)裝置、燃燒自動調(diào)