郭成立 桑山松 陈会丽 吴红伟

(1.驻马店市锅炉压力容器检验所，河南 驻马店 463000;2，河南省锅炉压力容器安全检测研究院，河南 郑州 450016)

0 引言

锅炉爆炸事故，主要指受热的以及不受热的锅壳或锅筒的爆炸。它具有极大的摧毁力量，不仅造成锅炉本体的严重损坏，而且对周围设备、厂房也造成严重破坏;更严重的是容易造成人身伤亡事故，往往造成人民生命财产的严重损失和恶劣的社会影响。因此，应对其严加防范。

1 锅炉爆炸的过程

锅炉运行时，燃料在炉中燃烧，热能通过锅炉受热面的传热被锅炉工质(水)吸收，产生具有一定质量和数量的未饱和水(热水锅炉)、饱和水、饱和蒸汽或过热蒸汽，因此在锅炉内储存着很大的热能。当由于材质差、结构不合理、强度不足、制造质量差、安装质量不合格或运行和管理不当等原因，使锅炉受压元件的某些部位发生破裂，其内压力瞬间降低至外界大气压时，锅炉内储存着的巨大热能便立刻释放出来，这就是锅炉爆炸时能量的来源。

可见，锅炉爆炸不是锅内压力逐渐下降、体积逐渐膨胀的静态过程(排汽、渗漏)，而是瞬间锅内压力突然下降，工质(水)储存的热能瞬间释放出来，由于部分工质(水)的体积突然膨胀，使锅内压力上升的动态过程。这一过程的实质是：锅炉受压元件突然发生破裂时，由于瞬时内部压力下降，使锅内一部分高压饱和水剧烈汽化、膨胀以及饱和汽剧烈膨胀，造成压力再次升高，使破口进一步扩大的结果。

2 锅炉爆炸的特征

锅炉爆炸时，大量的汽水从破口处急速冲出，由于其具有很高的速度，当与空气或地面接触后，便产生巨大的反作用力而获得动能，使锅炉腾空而起或朝反作用力的方向运动。这与炮弹或喷气式飞机被尾部强大气流推动向前的道理一样。

立式锅炉的爆炸部位大多数是在锅壳与炉胆下脚的连接处。这是因为下脚部位最易积水结垢被腐蚀，特别是当采用不合理的角焊连接时，由于承受弯曲应力，更容易从焊接处撕裂。如果操作不慎，造成严重缺水，则爆炸部位常在炉排以上的炉胆处，因此立式锅炉爆炸时，汽水向下喷射而推动锅炉向上腾空飞起，故立式锅炉又称为“炮弹锅炉”。

卧式锅炉当封头(或管板)与锅壳连接处采用不合理的角焊时，破口多数发生在焊缝处。有的卧式锅炉炉膛火焰直接烧锅壳，很容易使锅壳过热烧坏。因此卧式锅炉爆炸时，汽水向前或向后喷射，推动锅炉作水平运动。

锅炉爆炸时所放出的能量，其中很小一部分消耗在撕裂锅炉钢板、拉断固定锅炉的地脚螺栓和与锅炉连接的各种汽水管道，将锅炉整体或碎块抛离原地;而大部分的能量在空中产生冲击波，破坏周围的设备和建筑物。

锅炉爆炸所产生的灾害主要有两方面：一是锅筒内水和汽的膨胀所释放的能量;二是锅内的高压蒸汽以及部分饱和水迅速蒸发而产生大量蒸汽向四围扩散所引起的灾害。

3 锅炉爆炸的能量

锅炉爆炸时，由于锅筒突然破裂，锅内压力由工作压力(爆炸前的运行压力)迅速降至大气压力，蒸汽膨胀过程是在瞬时内完成的，所以可把它看作是绝热过程。这样蒸汽所释放的能量就可以按绝热膨胀功来计算，或按下列简单公式计算：

式中：Us——饱和蒸汽的爆炸能量(J);

Vs——锅筒内饱和蒸汽的体积;

Cs——饱和蒸汽爆炸能量系数(J/m3)

一般工业锅炉蒸汽的能量系数Cs见表1

锅炉内除了蒸汽外，还有大量的饱和水，其温度为锅炉运行压力下的饱和水温度，它远高于大气压下水的沸点，当锅筒破裂，锅内压力骤降至大气压力，锅内饱和水迅即放热，并且部分饱和水蒸发成蒸汽，继续膨胀作功，发生所谓“水蒸汽”爆炸。饱和水所释放的能量可以按下式计算：

式中：Uw——饱和水的爆炸能量(J);

Vw——锅炉内饱和水的体积(m3);

Cw——饱和水爆炸能量系数(J/m3)

由饱和水的压力而定。工业锅炉饱和水的能量系数Cw见表1

表1 饱和蒸汽、饱和水爆炸能量系数

由表1可以看出，饱和水爆炸能量系数Cw约为饱和蒸汽能量系数Cs的10倍左右，因此，即使锅炉的水容量与汽容量相同，爆炸时饱和水所释的能量也要比饱和蒸汽的能量大得多，粗略计算时，后者常可以忽略不计。

锅炉爆炸时所释放的能量除了很小一部分消耗在把锅炉的碎块或整体抛离原地以外(常常是反需它爆炸能量的1/10左右即可把锅炉抛出百余米)，其余大部分将产生冲击波在空气中传播，破坏周围的建筑物。锅炉爆炸时，锅筒等的撕裂也消耗一部分能量，但很小，可以忽略不计。

锅炉爆炸能量计算：

例1：WSG2-8型锅炉，锅炉容量约25m3，其中锅水容量约15m3，蒸汽容量约10m3，在压力(表压)0.8MPa下爆炸，试计算其爆炸能量。

Us=VsCs=10×1.7×106J Uw=VwCw=15×2.7×107J

U=Us+Us=4.22 ×108J

一公斤T·N·T炸药的爆炸能量为4.27×106J/kg，故这锅炉可能产生的爆炸能量的T·N·T当量为4.22×108/4.27×106=99kg

即该锅炉爆炸相当于99kgT·N·T炸药的能量。因而对周围环境能产生效大的破坏力。

4 锅炉爆炸所生成蒸汽的体积

锅炉爆炸时，由于锅筒内压力下降，锅内原有的高压蒸汽膨胀成为一个大气压的蒸汽，体积迅速增大。同时，由于压力下降，原有饱儿水温度由运行压力下的饱和温度降至一个大气压下的饱和温度，放出大量的热，并把一部分饱和水蒸发成蒸汽。这样，锅炉爆炸时就生成大量的蒸汽，在其所笼罩的范围内操作人员将被烫伤。

锅筒内的高压蒸汽膨胀后所占的空间体积可以按下式计算：

V's=VsGs

式中V's——锅筒内蒸汽在空间膨胀的体积(m3);

Vs——锅筒内饱和蒸汽的体积(m3);

Gs——饱和蒸汽的膨胀系数，

除了锅炉内的蒸汽膨胀占有空间体积以外，部分锅水也被蒸发成蒸汽，这部分蒸汽的体积按下式计算：

Vw=VwGw

式中Vw'——部分饱和水被蒸发成蒸汽的体积(m3);

Vw——锅筒内饱和水的体积(m3);

Gw——饱和水蒸发系数，与压力有关。

锅炉爆炸时生成蒸汽的总体积为：

V‘B=V‘S+V＇W

即使锅炉的水容量与汽容量相同，爆炸时由锅水蒸发而成的蒸汽的体积要比锅内原有蒸汽膨胀的体积大得多，粗略计算时，后者常可忽略不计

5 锅炉爆炸的主要原因

(1)在锅炉较长时间缺水，钢板被灼红、机械强度急骤降低的情况下，司炉人员违反操作规程，向炉内进水，引起爆炸;

(2)铆接锅炉，锅壳或锅筒长期漏泄，且炉水碱度较高，造成铆缝或胀口处钢板苛性脆化，以致造成爆炸事故;

(3)严重超压造成爆炸;

(4)因安全附件失灵、结构设计不合理、材质发生衰老等原因，造成锅炉爆炸

6 预防措施

(1)要特别注意水容量较大的锅筒的锅壳、封头或管板、炉胆等主要受压部件的材料、强度，联接型式、焊接与冷加工组装等在设计和制造上是否符合有关规定和标准。火管锅炉由于锅筒直径较大以及锅筒内受压部件较多，联接型式较复杂等情况，因此更要注意这个问题。

(2)检验与修理锅炉时，对锅筒的苛性脆化、严重腐蚀与变形以及起槽裂纹，要高度警惕，检查要周到细致，修理则必须保证质量，防止因强度不足或裂纹扩展而突然撕裂。

(3)司炉人员必须切记：发生严重缺水事故时，一定不能再进水，以免锅筒钢板在过热烧红的情况下，遇水突然冷缩而脆裂。

(4)锅炉的安全附件，特别是安全阀，必须经常保持灵敏、准确、可靠。多数小锅炉爆炸事故都有一个共同的重要原因，就是没有装置安全阀或安全阀失灵而造成超压。如安全阀正常，控制在较低的压力下运行，爆炸事故是完全可以避免的。

(5)应注意易被忽视的薄弱环节。有很多爆炸事故发生在炊事、洗澡、采暖、热饭用的锅炉，甚至热水锅炉和茶水炉也多有发生。这些锅炉体积小，压力低，又多在生活部门，往往不被注意和重视，很易成为锅炉安全管理的薄弱环节和漏洞，所以，应特别注意。

7 结束语

锅炉是生产生活中广泛使用的具有潜在爆炸危险性的特种设备，其安全问题必须予以高度重视。如何有效地防止和减少锅炉爆炸故事的发生，是政府和社会各界关注的问题。因此，为了防止锅炉爆炸事故的发生，必须从制度、措施上加强管理。