锅炉事故都案例分析与检验对策.ppt

锅炉事故案例分析与检验对策,.,1,2010.8.18,2,2010.8.18,主要内容,一.我国特种设备安全形势,二.锅炉主要失效模式与机理,三.近年来典型锅炉案例分析,四.锅炉检验重点与对策,3,2010.8.18,中央人民政府劳动部,劳动部,54年,国家计委劳动局,70年6月,国家劳动总局,75年9月,劳动人事部,82年5月,劳动部,90年,98年6月,国家技术监督局,国家质检总局,2001年,49年11月,（一）特种设备安全监察体制历史沿革,一、我国特种设备安全形势,4,2010.8.18,（二）我国特种设备安全监察机构设置,全国安全监察机构：3035个，9616人；全国综合性检验机构：518个，28639人。其中质检部门所属检验机构329个，行业及企业检验机构189个,质检部门所属检验机构23478人。,一、我国特种设备安全形势,5,2010.8.18,维修,改造,设计,检验,安装,制造,使用,政府监管责任主体,企业管理 责任主体,一、我国特种设备安全形势,（三）特种设备安全监管格局,6,2010.8.18,（四）我国特种设备行政许可制度,一、我国特种设备安全形势,7,2010.8.18,（五）我国特种设备监督检查制度,一、我国特种设备安全形势,8,2010.8.18,（六）特种设备安全监管工作机制,安全第一预防为主综合监管,万台事故起数每年下降1%，万台设备死亡率每年下降2%,安全责任,法规标准,动态监管,科技支撑,绩效评价,风险管理,一、我国特种设备安全形势,9,2010.8.18,2009年全国已办理使用登记的特种设备数量达到582.46万台，比2008年增加11.8%。另有气瓶1.32亿只，压力管道66.02万公里。全国现有持证的特种设备作业人员520.02万人，其中，2009年考核发证139.1万人。,（七）我国特种设备安全状况1、我国特种设备数量状况,一、我国特种设备安全形势,10,2010.8.18,10万台,10万台,20万台,40万台,50万台,2、特种设备数量分布图,一、我国特种设备安全形势,11,2010.8.18,特种设备生产（含设计、制造、安装、改造、维修、气瓶充装）单位47461家、持证48526张，单位数比2008年增加11.5%。其中，设计单位2550家、持证2583张，制造单位13227家、持证13588张，安装改造维修单位16272家、持证16943张，气瓶充装单位15412家、持证15412张。,3、我国特种设备生产单位状况,一、我国特种设备安全形势,12,2010.8.18,13,4、2000年-2009年我国特种设备事故统计情况,2000年发生锅炉、压力容器、气瓶、压力管道事故155起，死亡175人；2001年发生特种设备严重以上事故308起，死亡284人，受伤435人；2002年发生特种设备严重以上事故352起，死亡351人，受伤372人；2003年发生特种设备严重以上事故289起，死亡235人，受伤379人；2004年发生特种设备严重以上事故295起，死亡299人、受伤426人；2005年发生特种设备严重以上事故274起，死亡301人，受伤293人；2006年发生特种设备严重以上事故299起，死亡334人，受伤349人；2007年发生特种设备严重以上事故256起，死亡325人，受伤285人；2008年发生特种设备严重以上事故307起，死亡317人，受伤461人；2009年发生特种设备一般以上事故380起，死亡315人，受伤402人；,一、我国特种设备安全形势,13,2010.8.18,5、,一、我国特种设备安全形势,14,2010.8.18,2009年万台设备事故起数为0.92起（按实际在用数量），万台设备死亡人数为0.76人。,6、2001年-2009年万台特种设备事故率变化趋势,一、我国特种设备安全形势,15,2010.8.18,7、2008年-2009年特种设备事故同比变化趋势,一、我国特种设备安全形势,16,2010.8.18,1）起重机械、电梯、场（厂）内专用机动车辆事故呈高发态势。在380起事故中，起重机械事故69起，电梯事故45起，场（厂）内专用机动车辆事故42起，该3类设备事故占事故总数的41.1%；发生锅炉事故34起（其中蒸发量1吨以下的小锅炉事故22起），气瓶事故26起，压力容器事故21起，压力管道事故9起，游乐设施事故7起；另外，发生土锅炉事故16起，房屋建筑和市政工程工地起重机械事故32起，其它特种设备相关事故79起；客运索道未发生事故。2）场（厂）内专用机动车辆、大型游乐设施、压力管道、气瓶事故上升幅度较大。与2008年相比，场（厂）内专用机动车辆、大型游乐设施、压力管道、气瓶事故起数分别上升180%、133%、80%、73%。3）事故主要发生在使用环节。发生在使用环节的事故有258起，占事故总起数的67.9%。另外，发生在气瓶充装运输存储环节的事故有15起，安装（拆卸）环节事故有14起，维修、调试、改造环节事故有10起，检验环节的事故有3起，气瓶报废环节的事故有1起。此外，其它79起特种设备相关事故也主要发生在使用环节。,8、2009年特种设备事故特点,一、我国特种设备安全形势,17,2010.8.18,一、全国特种设备安全状况,9、特种设备事故的特点及根本原因 近年来，起重机械、电梯、气瓶、场内机动车辆、压力容器仍呈事故高发态势,主要发生在安装、充装、修理、使用等环节。万台事故起数和死亡人数持续下降，但总死亡人数居高不下，重特大事故时有发生，特种设备事故隐患依然大量存在；违规非法使用设备、安全附件或装置检修维护不足、违章操作是主要原因。根本原因：设备总量快速增长，安全基础薄弱，监管难度和强度不断提高；市场经济体制初步建立，监管的复杂性不断增大；新技术、新工艺、新结构、新材料、新设备层出不穷，给监管和检验带来了新的挑战；科学发展观和构建和谐社会对安全监察工作提出了更高要求；对外开放程度的加大，对工作体制、机制的改革创新提出了新的要求。,18,2010.8.18,一、全国特种设备安全状况,10、锅炉使用特点与事故特征 1）应用范围广泛 锅炉是国民经济中重要的热能供应设备。随着我国经济的发展，锅炉在电力、机械、冶金、化工、医药、纺织、造纸、食品加工等行业及居民日常生活中得到广泛的应用。电站锅炉的发展从无到有,经历了20世纪50年代的依赖前苏联、捷克斯洛伐克、波兰等国的技术,发电蒸汽温度达到450；到80年代我国独立自主完成高压、超高压540主蒸汽温度的100MW、200MW的机组，以及90年代中期，在引进、消化吸收基础上，设计开发了具有自主知识产权的亚临界、超超临界300MW、600MW发电机组，目前已经成为我国电力工业的主力机组，电站锅炉正在向超高参数、超大容量的方向发展。,19,2010.8.18,一、全国特种设备安全状况,2）锅炉常见事故种类 锅炉事故有水蒸气爆炸、超压、满水、缺水、汽水共腾、炉管爆破、炉膛爆炸、烟道爆炸、二次燃烧、锅炉结渣等事故种类。1、锅炉爆炸事故1)水蒸气爆炸。锅炉中锅筒、集箱和管束在正常工作时，处于水、汽两相共存的饱和状态，或者是充满了饱和水，其压力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。一旦破裂，容器内液面上的压力瞬即下降为大气压力，一部分瞬时汽化，体积骤然膨胀许多倍，在周围空间形成爆炸。2)超压爆炸。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。,20,一、全国特种设备安全状况,3)缺陷爆炸。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。4)严重缺水爆炸。直接受火焰加热的锅筒、封头、管板、炉胆等部件，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，长时间缺水干烧的锅炉会爆炸。甚至给严重缺水的锅炉上水，往往酿成爆炸事故。2锅炉运行事故1)缺水事故。当锅炉水位低于水位表最低安全水位刻度线时，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，形成了锅炉缺水事故。2)满水事故。锅炉水位高于水位表最高安全水位刻度线，水位表内看不到水位，但表内发暗，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。,2010.8.18,21,一、全国特种设备安全状况,3)汽水共腾。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，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，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。4)锅炉爆管。锅炉蒸发受热面管子在运行中爆破，包括水冷壁、对流管束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。5)省煤器损坏。由于省煤器管子破裂或省煤器其他零件损坏，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。省煤器损坏会造成锅炉缺水而被迫停炉。,2010.8.18,22,一、全国特种设备安全状况,6)过热器损坏。过热器爆管后，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。7)水击事故。水在管道中流动时，因给水管道和省煤器管道的阀门启闭过于频繁，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等原因，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，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。8)炉膛爆炸。因为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。或在运行过程中操作人员误判断、误操作，导致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。,2010.8.18,23,一、全国特种设备安全状况,9)尾部烟道二次燃烧。当燃油锅炉上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，在达到一定的温度及有一定量的空气的条件下，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。10)锅炉结渣。由于煤的灰渣熔点低，燃烧设备设计不合理，运行操作不当等原因，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。燃煤层燃炉、沸腾炉、煤粉炉都有可能结渣。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。,2010.8.18,24,2010.8.18,一、全国特种设备安全状况,3)锅炉事故的危害性 由于锅炉正常运行时，锅筒内充满了高温、高压的水蒸气或汽水混合物，炉内承受着高达1000左右的高温、腐蚀性、氧化性的火焰或烟气的直接辐射及液态融渣的腐蚀，系统中储存着大量的热能，因超温、超压、腐蚀和应力变化产生交变热应力、弹性变形过大，结构失稳，蠕变疲劳、苛性脆化等原因极易引发事故；另外锅炉因操作人员的失误和仪表的失灵而造成超载，倘若安全装置有故障或失效，也经常酿成事故。一旦发生锅炉爆炸事故，由于受压元件的某些部位超过了材料的极限强度，薄弱处发生断裂，储存在锅炉中的饱和水蒸汽立即从破口处冲出来，瞬间锅内压力降至外界大气压力，高温的饱和水靠自身的潜热气化使锅内一部分饱和水剧烈汽化、膨胀，造成压力再次升高，裂口进一步扩大，气体急剧膨胀，使体积在瞬间膨胀几百倍，形成强大的冲击波，对周围的人和物造成严重的破坏和伤亡，并造成重大经济损失和较大社会影响的严重后果。,25,2010.8.18,一、全国特种设备安全状况,4）2001-2008年锅炉事故主要特点（1）锅炉事故主要表现有电站锅炉四管泄漏、燃油燃气锅炉炉膛闪爆、有机热载体锅炉泄漏起火、小型立式锅炉缺水爆炸、立式锅炉下脚圈撕裂爆炸、土锅炉承压使用等爆炸；违规制作、改造、维修和清洗小型锅炉导致锅炉在使用或试压时锅炉内胆失稳，焊缝撕裂爆炸。5）2001-2008年锅炉事故发生的行业（1）电站锅炉爆管、炉膛闪爆等事故主要发生造纸、热电厂等安装调试、启停运行环节。（2）小型立式蒸汽锅炉事故主要发生在洗浴、宾馆、食品加工、木材、皮革加工、服装等行业。（3）有机热载体锅炉事故主要发生造纸、食品加工、塑料、油漆、印染等行业。（4）热水锅炉主要发生在等洗浴、宾馆、仓储、供暖等企业。,26,2010.8.18,一、全国特种设备安全状况,6）2001-2008年锅炉事故发生的原因（1）设计原因：小型锅炉制造企业缺少锅炉技术力量，选用的锅炉图纸结构设计不合理，受热面布置和水循环系统缺少核算，有的锅炉系统布置不合理。（2）制造原因：有些D级锅炉厂制造工艺存在缺陷，材料选型错误或偷工减料。缺少焊接技术人员，焊缝焊接质量低劣，工艺纪律要求不严，未进行焊接检查或焊接检查流于形式；特别是锅炉炉门角焊缝、下脚圈对接焊缝等位置安全质量差。（3）安装改造原因：现场违规制作、改造锅炉，安装队伍人员技术力量不足，缺少质量控制体系，安装工艺不合理，安装改造质量得不到保障。表现在锅炉房工艺管线布置混乱，设备选型不当、调试不足。（4）检验不到位：对于由于烟气等产生腐蚀减薄、应力集中的部位缺少检验手段或疏于检验。安全阀、压力表以及自动控制系统缺少定期校验，经常发现安全阀绣死现象。（5）管理原因：有的锅炉使用单位安全意识缺乏，缺少或没有锅炉运行管理制度，甚至存在非法使用锅炉的现象。有时安装或改造不进行告知，运行操作工缺少必要的技能培训。有的无证上岗。,27,2010.8.18,一、全国特种设备安全状况,11、特种设备事故的调查处理制度 1）职责定位：按照根据国务院关于机构设置的通知（国发200811号）、特种设备安全监察条例（国务院第549号令）等有关规定，赋予国家质检总局承担综合管理特种设备安全监察、监督工作的责任，按规定权限组织调查处理特种设备事故并进行统计分析。2）政府领导。按条例第六十九条规定：特种设备安全监督管理部门应当在有关地方人民政府的领导下，由质检部门牵头会同安监、监察、工会、公安等部门，组织开展特种设备事故调查处理工作，分析事故原因，提出对事故的整改建议和有关责任单位和人员处理意见。3）分级调查。按条例第六十七条规定：特别重大事故由国务院或者国务院授权有关部门组织事故调查组进行调查。重大事故由国务院特种设备安全监督管理部门会同有关部门组织事故调查组进行调查。较大事故由省、自治区、直辖市特种设备安全监督管理部门会同有关部门组织事故调查组进行调查。一般事故由设区的市的特种设备安全监督管理部门会同有关部门组织事故调查组进行调查。,28,2010.8.18,一、全国特种设备安全状况,4）特种设备事故的定义 按照特种设备事故报告和调查处理规定（总局第115号令），特种设备事故是指因特种设备的不安全状态或者相关人员的不安全行为，在特种设备制造、安装、改造、维修、使用（含移动式压力容器、气瓶充装）、检验检测活动中造成的人员伤亡、财产损失、特种设备严重损坏或者中断运行、人员滞留、人员转移等突发事件。5）特种设备事故的分类 根据特种设备安全监察条例的规定，特种设备事故按照直接经济损失、人员伤亡和社会影响、设备损坏形式等因素将特种设备事故分为特别重大事故、重大事故、较大事故和一般事故。其中突出列入锅炉爆炸和因安全故障中断运行的突发事件；,29,2010.8.18,6）事故调查处理基本程序,原因分析事故定性责任分析 防范措施 通报会,现场勘察收集材料提取物证证人证言计算损失技术鉴定,接报事故组建调查组制定方案前期调查调查组会议,准备阶段,调查阶段,分析阶段,审理阶段,处理阶段,调查组会调查报告报告审查资料归档,政府批复落实处理公布结果监督检查,一、全国特种设备安全状况,30,2010.8.18,二.锅炉主要失效模式和机理,（一）锅炉主要的失效模式锅炉的失效分类较多，一般可分为过量变形、疲劳、腐蚀、蠕变、磨损、脆性断裂和塑性断裂等。1、过量变形失效。部件工作过程中承受载荷增大到一定程度，变形超过设计极限，使部件失去原有功能而失效。常见的有扭曲、拉长、高低温下的蠕变、弹性元件永久变形等；2、疲劳失效。部件工作过程中承受交变载荷和循环载荷的作用，应力水平低于材料的抗拉强度而发生的断裂。主要有高周疲劳断裂、低周疲劳断裂、腐蚀疲劳断裂、高温疲劳断裂、热疲劳断裂等形式；3、腐蚀失效。金属材料受周围环境介质的化学与电化学作用而引起损坏。常见的主要类型有：高温氧化、高温腐蚀、烟气腐蚀、应力腐蚀、电腐蚀、晶间腐蚀、黄铜的脱锌腐蚀、氧的浓度差腐蚀、垢下腐蚀、氢腐蚀等。,31,二.锅炉主要失效模式和机理,4、蠕变失效。材料在恒温恒应力的长期作用下发生缓慢塑性变形的现象称为金属蠕变。由金属蠕变而导致材料的开裂称为蠕变开裂失效。一般可分为基本型蠕变断裂、楔形裂纹蠕变断裂、孔洞型蠕变断裂、过热失效等。5、磨损失效。磨损指由于机械摩擦作用造成表面材料逐渐损耗。由于材料磨损引起的产品丧失应有的功能称为磨损失效。通常，按照磨损机理和磨损系统中材料与磨料、材料与材料之间的作用方式划分，磨损的主要类型可分为磨料磨损、粘着磨损、冲蚀磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损等类型。6、脆性断裂失效。断裂前没有宏观塑性变形或塑性应变很小，即延伸率、断裂应变或断裂功很小，断裂速度快而吸收能量较低的断裂称为脆性断裂。脆性断裂主要有低温断裂、氢致开裂、应力腐蚀开裂、疲劳开裂、蠕变开裂。7、韧性断裂失效。塑性变形失效是零件的实际所受工作应力超过材料的屈服强度，在断裂前有一定程度的塑性变形的失效称为塑性断裂失效。金属零件韧性断裂的机理主要是滑移分离和韧窝断裂。,2010.8.18,32,二.锅炉主要失效模式和机理,(二)应力损坏机理1、损坏机理和种类：主要是由于锅炉的结构以及对机组启停过程中的温度与压力变化速率控制不当等原因造成的。对于四角为直角结构的锅炉，由于高温下钢板脱碳产生晶间裂纹会逐渐形成宏观裂纹，这些裂纹发展到鳍片和水冷壁管后所产生环形裂纹将致使水冷壁爆管。对于螺旋管圈水冷壁，由于其墙孔四周水冷壁与水冷套受热不一致而产生的应力常将墙孔附近的水冷壁管拉裂。锅炉水冷壁各种开孔处的曲率半径过小，亦会造成应力集中并最终拉裂管子。锅炉启停过程中，锅炉下部前后拱与两侧墙之间的结合部分也会发生膨胀不畅造成应力集中，使管子拉裂。热膨胀的差异和锅炉部件之间膨胀方向的不同，造成与入口联箱和出口联箱连接的管束、穿过炉墙或炉顶的管束、以及管束附件膨胀受阻，导致局部应力集中，长期作用就极易引发泄漏。,2010.8.18,33,二.锅炉主要失效模式和机理,2、主要原因：（1）整体膨胀不均，局部应力超标；（2）炉膛局部灭火；（3）长期运行，在加、减负荷时管壁温度交变应力而造成疲劳损坏；（4）异种钢结构之间的连接存在较大的温差应力；（5）支吊架出现裂痕，管排形成局部应力超标；（6）水冲击产生温度交变应力，如减温水喷射雾化不好，减温器套筒出口部位、盲肠管道与主干管连接部分疏水回流产生温度交变应力；（7）在机组启动或停止过程中，温度变化超过规定值；（8）机械振动形成交变应力，如疏水管道固定在钢结构上时，在集箱随炉体晃动过程中，疏水管根部形成机械交变应力；（9）锅炉蒸发受热面产生脉动。在直流锅炉蒸发受热面中可能产生全炉脉动，管间脉动和管屏间脉动，可产生巨大的应力。,2010.8.18,34,二.锅炉主要失效模式和机理,（二）磨损机理 燃煤锅炉受热面内部是高温高压、超高压的汽、水在流动，使其承受很大的工作压力和各种温差应力；外部是带有固体颗粒或腐蚀成分的高温烟气在冲刷磨损，从而逐渐使受热面管壁变薄。对各部受热面的内外冲刷必然导致管道的磨损。一般分为飞灰磨损和机械磨损。1、飞灰磨损：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x削离掉极微量的金属，从而逐渐使受热面管壁变薄。主要原因：煤质变化大，灰分量超过设计值的高限；烟气短路，局部烟速过高；受热面积灰，烟气通流面积减少，使得单侧或局部烟气流速高；炉墙存住漏风、漏灰点；燃烧器开裂，煤粉冲刷附近的管子；在烟道内存较大的转折点或流道面积突然缩小。,35,二.锅炉主要失效模式和机理,2、机械磨损：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。主要原因：管排间或管子之间的固定件失效或安装、设计不合理；吹灰器卡涩，蒸汽长期吹扫，管子表面损伤；受热面之间热态膨胀后相互接触碰撞；燃烧器与附件管子之间距离太近，长期振动或调整角度时摩擦碰撞形成损伤；介质管道缩口、扩口区域或转弯较大的区域，介质长期冲刷减薄。,2010.8.18,36,二.锅炉主要失效模式和机理,（三）腐蚀机理锅炉受热面的腐蚀主要是烟气侧腐蚀和工质侧腐蚀。1、烟气侧腐蚀：烟气侧腐蚀是指处于高温烟气环境中的炉内水冷壁管在具有高的管壁温度时所发生的锈蚀现象，主要表现为硫腐蚀，其产生于不完全燃烧而生成CO的还原性气体中，主要有硫酸盐型(M2SO4)和硫化物型两种。主要原因:燃烧器变形、损坏，致使火焰偏斜、扫膛；负压过大，供氧不足，近水冷壁处产生还原性气体；配风不当，供粉失调；管子表面积灰、结焦；停炉冲洗，炉子未及时烘干。,2010.8.18,37,二.锅炉主要失效模式和机理,2、工质侧腐蚀：是指对炉水的PH值和杂质的数量控制不合理，从而使受热面表面的氧化物保护膜被溶解，导致金属腐蚀。具体有以下几种:由于炉水中含有NaOH等碱性物质致使PH值过高而引起的碱性腐蚀；因给水与炉水的PH值过低，酸性物质在受热面管内蒸发浓缩，造成酸性腐蚀；由于化学水处理不当导致给水品质较差、杂质超标，水中含铁量较大，在高热负荷区的受热面内壁结成氧化物水垢，导致垢下腐蚀；由于水冷壁管壁受到污染结垢，在炉水PH值较低而成酸性的条件下，氢原子渗入金属晶界与碳原子形成气态甲烷(CH4)，并在管壁表面迅速扩展，造成管子损坏，形成氢脆。主要原因：水化学失当，发生跑酸事故；冷凝器泄漏，发现不及时；原焊接工艺、水平较低，焊缝有未焊透、焊瘤等现象，这些地方及原来的内衬环等处易发生苛性腐蚀氢损伤；停炉保养工作不及时，氧在湿的钢表面上溶解，造成腐蚀；开炉及低负荷时，除氧不彻底，引起省煤器氧的坑蚀。,2010.8.18,38,二.锅炉主要失效模式和机理,（四）过热机理 过热导致管子金属实际工作温度超过钢材允许的下临界点温度，从而在介质内压作用下发生超温爆管现象。过热爆管一般分为短期过热爆管和长期过热爆管两类。1、短期过热爆管：受热面管子在运行过程中，由于冷却条件恶化，管壁温度在短时间内突然上升，当管壁温度超过材料的下临界温度时,材料强度明显下降,在内压力作用下,温度最高的向火侧，首先发生塑性变形，管径胀粗，管壁变薄，随后发生剪切断裂而爆破。常发生在过热器的向火面直接和火焰接触及直接受辐射热的受热面管子上。主要原因：一次风压调整过高导致炉膛火焰冲墙，导致水冷壁热负荷过高；一次风压调整过低导致炉膛火焰离火嘴太近，导致烧坏火嘴及附近水冷壁超温；管内汽水循环不良，如管内积聚堵塞焊渣、小工具、铁屑等；汽水分配不均，部分管路循环停滞或流量过低；管内严重结垢，使管子传热效果变差，造成管子金属超温失效；,2010.8.18,39,二.锅炉主要失效模式和机理,2、长期超温爆管破口管壁温度长期处于设计温度以上而低于材料的下临界温度,超温幅度不大但时间较长,锅炉管子发生碳化物球化、管壁氧化减薄、持久强度下降、蠕变速度加快,使管径均匀胀粗,最后在最薄弱部位导致的爆管现象。主要发生在高温过热器的外圈向火面,不正常情况下,低温过热器也可能发生。根据近年对过热器管爆破事故和分析，约70%的爆管是由于长期超温而引起的。主要原因：最初设计不合理，烟气热偏差过大；错用管子金属材料，局部长期过负荷运行；管内结垢，异物堵塞，长期传热热阻高；局部热负荷较高，使管子热负荷超过设计值；管内汽水流量分配不均，冷却介质流量偏低或管子泄漏；受热面积灰、结焦。,2010.8.18,40,二.锅炉主要失效模式和机理,2010.8.18,41,长时超温爆管的破口呈粗糙脆性断口，管壁减薄不多，管子胀粗也不很显著，爆破口附近往往有较厚的氧化铁层。,短时超温爆破口一般胀粗较为明显，管壁减薄很多，爆破口呈尖锐的喇叭形，其边缘很锋利，具有韧性断裂的特征。,二.锅炉主要失效模式和机理,（五）疲劳损伤机理炉管因锅炉启停引起的热应力、汽膜的反复出现和消失引起的热应力和由振动引起的交变应力作用而发生的疲劳损坏,常发生在过热器高热流区域的管子外表面。疲劳损伤分为两种：热疲劳和腐蚀疲劳。1、热疲劳：主要是由于受热面管子受到温度周期性快速变化造成的。在锅炉运行中，如果低温水溅到高温受热面上，则管壁温度骤然降低，管材遇冷收缩，受到阻碍，受热面管外表面将产生多方向的高拉应力，形成表面裂纹。由于在运行时，水冷壁管向火侧壁温高，向火侧与背火侧管壁温差很大而且不能自由膨胀，在向火侧壁管产生很大的轴向压应力，出现较大的塑性变形。停炉后，水冷壁管向火侧壁温低于平均温度，残余塑性变形使向火侧产生轴向拉应力，可见，向火侧管壁存在较大的交变应力，在循环次数较多的时候，发生热疲劳损伤。低周热损伤是产生横向裂纹的根本原因。另外如果作为基本负荷机组参与调峰运行，频繁启停和变负荷运行也会产生低周热疲劳。热疲劳的原因:炉膛使用水吹灰,管壁温度急剧变化,产生热冲击;超温导致管材的疲劳强度严重下降;按基本负荷设计的机组改变为调峰运行。,2010.8.18,42,二.锅炉主要失效模式和机理,2、腐蚀疲劳：腐蚀疲劳主要是因为水的化学性质所引起的，水中氧含量和pH值是影响腐蚀疲劳的主要因素。管内的介质由于氧的去极化作用，发生电化学反应，在管内的钝化膜破裂处发生点蚀形成腐蚀介质，在腐蚀介质和循环应力(包括启停和振动引起的内应力)的共同作用下造成腐蚀疲劳爆管。腐蚀疲劳失效一般发生在水冷壁管的背火侧内壁，仅在管子金相组织损伤十分严重处(如向火侧鼓包)才可能发生在水冷壁管的向火侧内壁，通常是在由于焊接附件而使热膨胀被限制或约束的位置或是在一个或多个流动受干扰的位置。容易发生的部位主要包括：(1)带焊接附件的位置，如风箱、密封盒等；(2)炉水流动受干扰的位置，主要有焊口、炉管方向骤变处及管子内径改变处等；(3)容易产生积水部位，如水平管、斜管和抱卡管处；(4)水冷壁开孔部位，如人孔、看火孔、吹灰器孔和燃烧器孔等。失效的原因(1)弯头的应力集中，促使点蚀产生；(2)弯头处受到热冲击，使弯头内壁中性区产生疲劳裂纹；(3)弯头在停炉时积水；(4)管内介质中含有少量碱或游离的二氧化碳；(5)锅炉启动及化学清洗次数过多。,2010.8.18,43,二.锅炉主要失效模式和机理,（六）焊接质量缺陷机理焊接缺陷主要有裂纹、未焊透、未熔合、咬边、夹渣、气孔等，这些缺陷容易产生应力集中，在介质内压作用下缺陷处高应力逐渐使微观裂纹的尖端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。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。对鳍片与管子的焊缝，应无开裂、严重咬边、漏焊、假焊等情况。在制造、安装、运行中导致质量控制失误的因素所造成的损坏。原因有:维修损伤;由于制造、安装等单位把关不严，不能及时发现安装遗留焊接缺陷，管子在锅炉运行过程中随着负荷、压力变化引起爆管泄漏。,2010.8.18,44,二.锅炉主要失效模式和机理,（七）氧化皮脱落机理金属中的Fe元素会与高温水蒸汽分解出的O2反应，产生严重的氧化。氧化物的剥落决定于氧化产物与母材热膨胀系数之间的差异，相差越大，氧化皮越容易剥落。氧化层剥离有两个主要条件：一是多层氧化层达到一定厚度(不锈钢0.1mm、铬钼钢0.2mm-0.5mm)，二是温度变化频繁、幅度大、变化率高。过热器或再热器钢材的热胀系数一般在(16-20)10-6，而氧化铁的热胀系数一般在9.110-6，由于热胀系数的差异，在氧化层达到一定厚度后，在温度发生变化尤其是剧烈或反复变化，氧化皮很容易从金属本体剥离，铬钼钢管的氧化皮内外层同时剥离，剥离厚度达0.2mm，而不锈钢只剥离0.05mm的外层。,2010.8.18,45,二.锅炉主要失效模式和机理,据不完全统计，国内目前已有二十多家电厂相继出现了氧化皮剥落所导致的爆管、汽室部件严重磨损等事故，出现问题的管子既有奥氏体不锈钢管，也有铁素体类低合金钢管，但18-8系列粗晶奥氏体不锈钢管最为突出。根据奥氏体不锈钢使用特性，蒸汽温度在566 以上时不锈钢管料就会发生所生成的氧化皮剥落事故。亚临界机组正常温度运行(541），氧化物高峰期应在35000小时左右就会出现脱落堵塞管道；国内机组高峰期最早的在33000小时左右。超临界机组正常温度运行（571），氧化物高峰期应在15000小时左右就会出现脱落堵塞管道；国内机组高峰期最早的在3100小时左右。一组实验温度运行（650），氧化物高峰期应在2000小时左右就会出现脱落堵塞管道；温度越高，高温氧化就会加速，氧化高峰期来的越早，温度越高，高温氧化越快，容易造成氧化物运行中大面积快速脱落堵塞爆管。,三、近年来典型锅炉事故案例分析,案例1 2003年12月3日15：38左右，上海市虹口区天宝路313号怡泉浴室锅炉发生爆炸，将一、二层之间楼板洞穿，立柱断裂，相临女浴室隔墙、天花板坍塌，致使7人死亡。,2010.8.18,47,第二部分 事故案例,2010.8.18,48,三、近年来典型锅炉事故案例分析,第二部分 事故案例,2010.8.18,49,三、近年来典型锅炉事故案例分析,第二部分 事故案例,2010.8.18,50,三、近年来典型锅炉事故案例分析,第二部分 事故案例,原因分析直接原因：原常压锅炉的炉壳等部件，采用厚度仅为4mm的Q235钢板做锅壳，锅炉的炉胆、炉壳焊缝以及检查门、炉门等装置与炉胆、炉壳的连接焊缝均为单面焊接，不能承受锅炉内压。加之当时没有人进行蒸汽浴，蒸汽消毒柜也未进行工作，蒸汽出口管道阀门被人为关闭，形成密闭系统，导致炉水急剧升温，压力升高，由于未安装安全阀等安全装置，没有超压排放通道，引起爆炸。主要原因：锅炉使用者安全意识差，擅自将常压锅炉私自改造为承压锅炉使用，司炉工不具备专业资格，不掌握锅炉安全性能，擅自改造、移装、盲目运行。,2010.8.18,51,三、近年来典型锅炉事故案例分析,第二部分 事故案例,案例2：2004年9月23日16时许,河北邯郸市武安市的新兴铸管集团股份有限公司在建电厂项目，燃用高(焦)炉煤气的75吨/h（3.82MPa）锅炉，点火试车时发生锅炉炉膛爆炸特大事故,造成13人死亡,6人受伤，另有2人救援时受伤。新兴铸管发布公告称,直接经济损失500万元；露天布置的锅炉，其炉膛烟道完全破坏，模式水冷壁严重扭曲，承重钢架撕脱断裂，原高约30米的锅炉主体完全损毁。锅炉西侧原高约60米的烟囱，中上部炸毁仅残留不足20米。锅炉东侧主控室已完全损毁，发电车间厂房遭到严重破坏，与锅炉相连的墙壁被完全摧毁，其它侧面墙壁严重变形，厂房玻璃几乎全部粉碎。,2010.8.18,52,三、近年来典型锅炉事故案例分析,第二部分 事故案例,2010.8.18,53,三、近年来典型锅炉事故案例分析,第二部分 事故案例,2010.8.18,54,三、近年来典型锅炉事故案例分析,第二部分 事故案例,2010.8.18,55,三、近年来典型锅炉事故案例分析,第二部分 事故案例,2010.8.18,56,三、近年来典型锅炉事故案例分析,第二部分 事故案例,2010.8.18,57,三、近年来典型锅炉事故案例分析,第二部分 事故案例,原因分析：直接原因：事发当日锅炉点火前,DN400mm的焦炉煤气主切断阀打开后,操作人员检查、校验燃烧器前的20个电动闸阀(共分4组,每组5个DN65mm），3个电动闸阀处于全开状态,致使大量燃气通过该3个电动闸阀进入并充满炉膛、烟道及烟囱,且达到了爆炸极限,16:00时左右在点火试车时引起爆炸。间接原因:1、锅炉试运行管理不到位。燃气管道(焦炉煤气)上的电动阀门的近台控制系统及远程集中控制系统(DCS)尚未调试合格,焦炉煤气主管道(DN400mm)的燃气电动主切断阀不能有效的启闭；在点火前,未对炉内可燃气体浓度进行检测,对存在的缺陷是否得到消除未确认，即转入锅炉点火工序。,2010.8.18,58,三、近年来典型锅炉事故案例分析,第二部分 事故案例,2、没有燃气锅炉运行技术文件。调试大纲和煤气锅炉司炉岗位工作标准没有针对煤气锅炉点火试运行的特点,制定相应的现场操作规定和可能出现问题的处理方法、步骤。对煤气主阀与引风机的开启次序,也没有明确规定,故不能满足锅炉试运行操作的需要。主要原因：调试公司邯郸电业科技实业公司在只有送变电工程专业承包（暂定）三级资质，不具备火电工程专业承包及调试资质的情况下，伪造资质超范围经营，且违规调试，是造成此次事故发生的主要原因。,2010.8.18,59,三、近年来典型锅炉事故案例分析,第二部分 事故案例,案例3 2008年6月29日凌晨2点25分，青岛碱业股份有限公司5号锅炉在调校安全阀的过程中，锅炉水冷壁与汽包之间的联络管突然发生爆裂，喷出大量蒸汽和水，致使现场3人当场死亡，1人于当日下午16：30分经抢救无效死亡，1人受伤.,2010.8.18,60,三、近年来典型锅炉事故案例分析,第二部分 事故案例,事故锅炉型号为BG-65/3.82-M,列为工厂的5号锅炉，1985年北京锅炉厂制造，1988年安装运行，至今实际运行8.6万小时。发生爆管的是炉前右上水冷集箱前数第三根与锅筒的联络管（133mm）,总长约为6m,断裂为5段。其中主要一段约2.5m左右，落在锅筒下的炉膛顶部，两端呈完全爆开（常称为菊花状，照片7、9、11），处于弯头起弧与直段连接部位，残留直段为1.1-1.2m左右。,2010.8.18,61,三、近年来典型锅炉事故案例分析,2010.8.18,62,三、近年来典型锅炉事故案例分析,2010.8.18,63,三、近年来典型锅炉事故案例分析,2010.8.18,64,三、近年来典型锅炉事故案例分析,2010.8.18,65,三、近年来典型锅炉事故案例分析,第二部分 事故案例,原因分析直接原因1、水冷壁产生大量汽水混合物，对联接管管壁特别是在汽水流动转向处，形成强烈的冲刷，造成的管壁沟痕和严重减薄。,2010.8.18,66,三、近年来典型锅炉事故案例分析,第二部分 事故案例,2、事故锅炉已安装运行20年，且处于临海的化工腐蚀性工厂环境，尽管有保温措施，管外壁腐蚀情况依然严重。,2010.8.18,67,三、近年来典型锅炉事故案例分析,第二部分 事故案例,3、6月28日23：07开始点炉至29日2：25分，记录压力已达4.2MPa，升温升压过快，加剧温差应力，导致弯头应力裂纹扩展，发生爆管事故（一般该型号锅炉升炉时间至少在10小时以上）。间接原因：1、该锅炉检修改