从蒸汽加热器爆炸事故分析有关标准的合理性

2013-07-09陈义华

化工装备技术 2013年2期

陈义华

（桂林三金药业股份有限公司)

0 引言

长期以来，空调等大量使用的蒸汽加热器其设计、制造均遵守GB/T 14296—2008《空气冷却器与空气加热器》标准，且GB150—2011《压力容器》也明确空气加热器不属于压力容器的管理范畴。最近某食品厂原料车间在设备清洁验证过程中，发生了蒸汽加热器爆炸事故。事故现场蒸汽加热器的一侧保温外壳飞到门边，第一列（共并列四列）蒸汽加热器内壳被炸开，旁边的彩钢板墙倒塌，玻璃碎了一地，墙上沾满了保温材料，可见其危险性还是相当大的，若不是无操作人员在现场，恐怕会发生人员伤亡事故。因此对此类设备事故绝不能掉以轻心。本文从事故现场分析入手，查找造成事故的原因并提出解决办法，以避免类似事故再次发生。

1 事故调查和原因分析

事故蒸汽加热器有四列并列腔体，每个腔体中有13根不锈钢列管，管径为Ø16 mm，蒸汽走管程，空气走壳程，两端用方形非成型封头焊接，总容积约为0.036 m3，彩钢板墙距离事故加热器约2 m。

容器的爆破能量主要是以冲击波能量表现出来的。多数情况下，冲击波的伤害、破坏作用是由冲击波超压引起的。冲击波超压即冲击波波阵面与大气之间的压差，用Δp表示。冲击波超压的大小与产生冲击波的能量有关，也与距离爆炸中心的远近有关，其关系式为：

式中 Δp——冲击波波阵面上的超压，MPa；

R——距爆炸中心的距离，m；

n——衰减系数。

衰减系数n在空气中随着超压的大小而变化，在爆炸中心附近n=2.5～3，当超压在数个大气压以内时n=2，当超压小于1个大气压时n=1.5。冲击波超压造成的破坏见表1。

表1 冲击波超压的破坏作用

由表1的数据可知，本次蒸汽加热器爆破产生的冲击波超压约为0.02 MPa。

那么，本次爆破的原因在哪里？对此需要从人员操作、设备安装、设备制造缺陷、外部锅炉供汽情况、同一台设备的不同部位结构等方面进行综合分析。

经查看和计算可知，当天锅炉的出口压力为0.38 MPa，蒸汽加热器的压力不超过0.16 MPa。经询问操作工操作情况并从现场调查确认，蒸汽阀门处于关闭状态，同时疏水阀和旁通阀也处于关闭状态。因此，使用超压导致设备事故的可能性不大。

设计方面：有一些不合理的结构设计，如封头采用方形非成型封头，封头与筒体的连接采用角焊缝，受压元件强度不够等。

制造方面：对破裂的加热器壳体进行断口分析，该断口属于延性破坏，有塑性断口特征和剪切唇，没有碎片，开裂处主要在焊口热影响区。该加热器的四列腔体中只有一列腔体爆裂，其它三列没有发生塑性变形。爆裂的腔体焊缝存在焊接缺陷，这是导致事故发生的最大因素。

安装方面：管道设计及安装不规范，进汽管大、排汽管小，不符合《工业金属管道设计规范》要求。没有安装安全阀和压力表等附件。阀门质量差，容易泄漏或关闭不严。

使用方面：蒸汽疏水阀及旁通阀全部处于关闭状态，蒸汽管道在暖管过程中产生的冷凝水无从排出，引起汽水共振。

综上所述，由于设备的制造存在缺陷，进汽阀门质量差，关阀不严，加热器腔体内的压力达到蒸汽管道压力的最高值，同时蒸汽管道在暖管过程中产生的冷凝水无从排出引起汽水共振，这些因素综合作用的结果，使其产生的应力超出了设备材料的设计许用应力，从而引起设备爆破造成事故。

2 建议

《空气冷却器与空气加热器》标准没有对其设备的结构、形式等作出明确的规定，也没有对加热器结构设计进行规范。按《压力容器设计规范》规定，压力超过0.1 MPa、容积大于0.1 m3的设备属于压力容器，压力超过0.1 MPa、直径大于25 mm的管道属于压力管道。对于《压力容器设计规范》的这些规定，《空气冷却器与空气加热器》标准应当予以明确的区分，以免无意中将加热器制成压力容器而又脱离压力容器设计规范监管从而造成事故。