安全生产技术精讲班第26讲讲义
（8）炉膛爆炸事故
锅炉常见事故及预防、特种设备用钢材
【大纲考试内容要求】：
1. 掌握锅炉使用过程中的常见事故和应采取的应急措施。
2. 掌握锅炉事故主要原因及预防措施。
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（8）炉膛爆炸事故
1）炉膛爆炸事故。炉膛爆炸是指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。本节中着重讨论正压爆炸。
炉膛爆炸(外爆)要有3个条件：一是燃料必须是以气态积存在炉膛中，二是燃料和空气的混合物达到爆燃的浓度，三是有足够的点火能源，三者缺一不可。炉膛爆炸常发生在燃油、燃气、燃煤粉的锅炉上。不同的可燃物的爆炸极限和爆炸范围各不相同。
由于爆炸过程中火焰传播速度非常快，每秒达数百米甚至数千米，火焰激波以球面向各方传播，近于燃料，同时被点燃，烟气容积突然增大，因来不及泄压而使炉膛内压力陡增而发生爆炸。
2）引起炉膛爆炸的主要原因包括：
一是在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；
二是在运行过程中操作人员误判断、误操作，此类事故占炉膛爆炸事故总数的90％以上。有时因采用“爆燃法”点火而发生爆炸。此外还有因烟道闸板关闭而发生炉膛爆炸事故。
3）炉膛爆炸事故的预防。为防止炉膛爆炸事故的发生，应根据锅炉的容量和大小，装设可靠的炉膛安全保护装置，如：防爆门、炉膛火焰和压力检测装置，连锁、报警、跳闸系统及点火程序、熄火程序控制系统。同时，尽量提高炉膛及刚性梁的抗爆能力。此外，应加强使用管理，提高司炉工人技术水平。在启动锅炉点火时要认真按操作规程进行点火，严禁采用“爆燃法”，点火失败后先通风吹扫5～10min后才能重新点火；在燃烧不稳，炉膛负压波动较大时，如除大灰、燃料变更、制粉系统及雾化系统发生故障、低负荷运行时，应精心控制燃烧，严格控制负压。
9)尾部烟道二次燃烧
1）尾部烟道二次燃烧事故结果。尾部烟道二次燃烧主要发生在燃油锅炉上。当锅炉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，在一定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。引起尾部烟道二次燃烧的条件是，在锅炉尾部烟道上有可燃物堆积下来，并达到一定的温度及有一定量的空气可供燃烧。这3个条件同时满足时，可燃物就有可能自燃或被引燃着火。
2）尾部烟道二次燃烧事故原因。尾部烟道二次燃烧易在停炉之后不久发生。
①可燃物在尾部烟道积存。锅炉启动或停炉时燃烧不稳定，不完全，可燃物随烟气进入尾部烟道，积存在尾部烟道；燃油雾化不良，来不及在炉膛完全燃烧而随烟气进入尾部烟道；鼓风机停转后炉膛内负压过大，引风机有可能将尚未燃烧的可燃物吸引到尾部烟道上。
②可燃物着火的温度条件：刚停炉时尾部烟道上尚有烟气存在，烟气流速很低甚至不流动，受热面上积有可燃物，传热系数差难以向周围散热；在较高温度下，可燃物自氧化加剧放出一定能量，从而使温度更进一步上升。
③保持一定空气量。尾部烟道门孔和挡板关闭不严密；空气预热器密封不严，空气泄漏。
（3）尾部烟道二次燃烧的预防。为防止产生尾部二次燃烧，要提高燃烧效率，尽可能减少不完全燃烧损失，减少锅炉的启停次数；加强尾部受热面的吹灰：保证烟道各种门孔及烟风挡板的密封良好；在燃油锅炉的尾部烟道上应装设灭火装置。
10)锅炉结渣
1）锅炉结渣结果。锅炉结渣，指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。燃煤锅炉结渣是个普遍性的问题，层燃炉、沸腾炉、煤粉炉都有可能结渣。由于煤粉炉炉膛温度较高，煤粉燃烧后的细灰呈飞腾状态，因而更易在受热面上结渣。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。结渣对锅炉的经济性、安全性都有不利影响。
2）锅炉结渣的原因。产生结渣的原因主要是：煤的灰渣熔点低，燃烧设备设计不合理，运行操作不当等。
3）锅炉结渣预防。预防结渣的主要措施有：
①在设计上要控制炉膛燃烧热负荷，在炉膛中布置足够的受热面，控制炉膛出口温度，使之不超过灰渣变形温度；合理设计炉膛形状，正确设置燃烧器，在燃烧器结构性能设计中充分考虑结渣问题；控制水冷壁间距不要太大。要把炉膛出口处受热面管间距拉开；炉排两侧装设防焦集箱等。
②在运行上要避免超负荷运行；控制火焰中心位置，避免火焰偏斜和火焰冲墙；合理控制过量空气系数和减少漏风。
③对沸腾炉和层燃炉，要控制送煤量，均匀送煤，及时调整燃料层和煤层厚度。
④发现锅炉结渣要及时清除。清渣应在负荷较低、燃烧稳定时进行，操作人员应注意防护和安全。
【例题】：锅炉炉膛爆炸常发生在＿＿＿的锅炉上。(    )  
A. 燃煤
B. 燃煤粉
C. 燃木材
D. 燃气
E. 燃油
【答案】：B DE

 
五、特种设备用钢材
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五、特种设备用钢材
（一）承压类特种设备用钢
无论是锅炉，还是压力容器，或是压力管道，钢材是制造承压类特种设备的主要材料。钢材的质量及性能的好坏对于承压类特种设备安全运行，有着重要的影响和作用。
1. 钢材的分类
1）按钢中所含化学成分分类
按钢中所含化学成分可以将钢分成碳素钢和合金钢两大类：
2）按冶炼方法分类
按冶炼方法分类，有两种形式，一种是按冶炼设备分为平炉钢、电炉钢、转炉钢；另一种是按脱氧程度分为镇静钢、沸腾钢、半镇静钢。
3）按金相组织分类
钢材经正火处理后所得金相组织不同，可分为珠光体钢、贝氏体钢、奥氏体钢、铁索体钢。
2. 金属的机械性能
所谓金属的机械性能是指在一定的温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力，如强度、硬度、塑性、韧性等，也称力学性能。
以低碳钢为例，金属材料受拉伸外力作用引起的变形过程可分3个阶段，即弹性变形、塑性变形、断裂变形阶段。由拉伸试验可获得强度和塑性指标。
（1）强度
金属强度是指在外力作用下，抵抗变形和破坏的能力。应用最普遍的是强度指标。强度指标主要是屈服极限（σs或σ0.2）和抗拉强度极限（σb）。
（2）塑性
金属的塑性是指在外力作用下，能引起永久变形而不发生破裂，并在外力取消后，仍能保持变形后形状的能力。材料的塑性值也可通过拉伸试验测得，通常用伸长率δ（延伸率）和断面收缩率Ψ来表示。
（3）冲击韧性
金属的冲击韧性即为在冲击力作用下，抑制变形和断裂的能力。它还是金属材料在塑性变形范围内吸收能量的能力，因此，也可按冲击值的大小来衡量材料的塑性。目前国内外广泛采用一次摆锤弯曲试验，缺口型式有夏比（U）和夏比（V）两种。表示冲击韧性的参数也有两种，一种是以冲断试样消耗的冲击功Ak，单位是焦耳（J）；另一种是以单位缺口处断面所耗的冲击功ak，单位是焦耳/厘米2（J／cm2）表示。目前压力容器钢板全部改为用夏比（V）冲击功（即Akv）作为冲击韧性验收标准。只有少数压力容器锻件还用夏比（U）冲击值（即akU）作为冲击验收标准。
钢中气体含量较高或晶粒粗大，则韧性差。根据冲击后断裂的形式，可以判断材料的质量及晶粒大小。冲击韧性试验还能测定金属材料由韧性状态向脆性状态过渡的转变温度。
（4）硬度
硬度是指金属材料抵抗更硬异物压入的能力。硬度表明材料的耐磨性和切削加工的可能性。一般说来，硬度较高，材料的耐磨性较好。常用的硬度有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）、维氏硬度（HV）3种。
（5）冷弯
冷弯性能是材料抵抗弯曲断裂能力的标志，它间接反映了材料的塑性。这个试验既可检查钢的塑性好坏，也可以考核其加工工艺性能，也能暴露钢板受试面缺陷以及焊接接头的焊接缺陷。
（6）断裂韧性
断裂韧性是反映材料对裂纹扩展的抵制能力。对于中低强度钢的断裂韧性，目前较普遍采用临界裂纹张开位移（COD）值δc表示；对于高强钢的脆断问题，则应用材料的平面应变断裂韧性值Kic表示。
（7）金属材料高温机械性能
炼油化工设备相当数量是在中等温度（<350℃）和高温下使用。中、高温压力容器通常以350℃分界。

 
3.金属材料的焊接
【新增内容】
3.金属材料的焊接
焊接是通过加温或加压，使焊件连接郭位形成原子结合的一种工艺加]一方法。在特种设备的生产和维修中，会经常采用焊接技术。
承压类特种设备受压元件的焊接方法有2大类  一类是熔焊，就是将焊件接头加热到熔化状态(不加压)完成焊接的方法；另一类是压焊，就是将焊件接头施加压力(加热或不加热)完成焊接的方法。每一类中都包括许多具体的焊接方法。
承压类特种设备受压元件中常用的焊接方法大多属熔焊，例如手工电弧焊，自动埋弧焊，手工钨极氩弧焊，自动气体保护焊，电渣焊等。属于压焊的摩擦焊在电站锅炉制造的管子焊接中用得也较多。
(1)手工电弧焊
通过手工操纵焊条与焊件产生电弧，利用电弧热使焊件局部和焊条熔化形成熔池完成焊接的方法。按施焊对象，焊条可分为碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条、堆焊焊条等类别。
手工电弧焊的特点是，对材料和焊接位置适应性强，适于焊接碳钢、低合金钢、耐热钢、不锈耐蚀钢等，适于锅炉制造、安装、修理中各种位置的焊接；设备简单，便于使用和维护；焊钳小，操作灵便；焊接质量受焊工操作技术水平的影响很太，对焊工操作技能要求较高，生产率较低，焊工的劳动强度较大；有些情况下焊接工作条件较差。
(2)自动埋弧焊
自动埋弧焊是通过机械操纵使电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。
自动埋弧焊的特点是，机械操纵受焊工操作技能的影响较手工焊小，电弧区保护效果较好。如果焊接材料的质量稳定，焊接工艺参数正确，质量容易稳定且焊缝表面平滑美观；焊接电流大，焊接速度较快，生产效率高；电弧埋在焊剂层下没有飞溅，焊工不受弧光伤害，焊工劳动条件较好；没有焊条头及飞溅的损耗，焊件采用I形坡口的厚度范围比手工焊明显大，成本较低；对坡口加工和焊件接头的装配要求较严格，辅助工作较多；因焊接电流大，一般限于平焊位置进行焊接。
(3)钨极氩弧焊
钨极氩弧焊是在氩气保护下在钨极与焊件之间引燃电弧并完成焊接的一种电弧焊方法。
钨极氩弧焊的特点是，由于用惰性气体氩进行保护，它不参加冶金反应，也不溶于熔化金属，有效地将电弧区与空气隔开，所以电弧稳定；熔池中的氢、氧、氮含量较易控制，裂纹倾向较小且焊缝质量高；电弧在气流压缩下燃烧，热量集中，容易使接头的根部焊透，并且熔池较小，热影响区较窄，焊接变形较小；电弧和熔池由氩气保护，明弧可见，可进行全位置焊接；对焊件的焊前清理工作要求严格。
(4)熔化极气体保护焊
熔化极气体保护焊是在惰性或活性气体保护下采用熔化电极进行电弧焊的方法。保护气体常用的有氩气、富氩混合气、二氧化碳气。锅炉受压元件较多使用富氩混合气，常用的有不少于80％氩与不超过20％，二氧化碳混合、98％氩与2％氧气混合等。混合气体可采用已混合好的瓶装气体，也可采用单种气体经混合器进行混合后用于焊接。
熔化极气体保护焊的特点是，采用富氩混合气或氧气进行保护时，可以获得高质量的焊缝；适用的母材种类和厚度范围都比较宽，尤其是采用脉冲熔化极气体保护焊；电流密度大，热量集中，熔敷效率高，焊接速度较快，所以生产效率较高；弧光强，烟气较大，二氧化碳作保护气体焊接时飞溅较大，应注意防护；对焊件的焊前清理工作要求较严格，尤其是富氩或氩气保护时。
(5)电渣焊
电渣焊是利用电流通过液态熔渣产生的电阻热将焊件与焊丝熔化进行焊接的一种熔焊方法。
电渣焊的特点是，可以一次焊成很厚的焊件而不需开坡口和多层焊，因此生产效率高；采用渣池保护，避免空气与熔池接触；焊接速度较慢，熔池中的气体和杂质易于浮出，焊缝中气孔和夹渣很少；焊件在高温停留时间较长，热影响区宽，近缝区晶粒粗大，塑性和韧性降低，所以焊件在焊后一般都进行正火热处理；焊剂消耗很少，焊缝化学成分的调整主要靠电极。
(6)摩擦焊
摩擦焊是利用焊件表面互相摩擦产生的热使端面达到热塑性状态，然后迅速顶锻而完成焊接的一种压焊方法。
摩擦焊的特点是，焊接过程快，生产率高；工艺参数自动控制，操作简单，焊接质量较好；适用的接头型式有限；对参数的测量和控制要求严格；用无损检测方法检查接头内部质量有一定困难。
(二)承压设备承栽介质的安全特点
承压设备承载介质按其化学性质可分为可燃、易燃、惰性和助燃4种；按对人的毒害作用可分为极度危害、高度危害、中度危害和轻度危害：有些介质对容器或管道有腐蚀作用。
1.易燃介质：是指与空气混合的爆炸下限小于10％，或爆炸上限和下限之差值大于等于20％的气体，如一甲胺、乙烷、乙烯等。
2.毒性介质：《压力容器安全技术监察规程》对介质毒性程度的划分参照GB 5044-1985《职业性接触毒物危害程度分级》分为四级。其最高容许浓度分别为：极度危害（I级）<0．1 mg／m3；高度危害（Ⅱ级）0. 1 ～<1．0 mg／m3；中度危害（Ⅲ级）1．0 ～<10 mg／m3；轻度危害（1V级）≥10 mg／m3。
若压力容器中的介质为混合物质，应由设计单位的工艺设计部门或使用单位的生产技术部门，根据介质的组成并按毒性程度或易燃介质的划分原则，决定介质毒性程度或是否属于易燃介质。
4.腐蚀性介质，石油化工介质对压力容器用材具有耐腐蚀性要求。有时是因介质中有杂质，使腐蚀性加剧。腐蚀介质的种类和性质各不相同，加上工艺条件不同，介质的腐蚀性也不相同。这就要求压力容器在选用材料时，除了应满足使用条件下的力学性能要求外，还要具备足够的耐腐蚀性，必要时还要采取一定的防腐措施。
【例题】：某种气体的爆炸极限是12％～74.5％，则这种气体为＿＿＿。(    )
A. 易燃介质     
B. 可燃介质    
C. 毒性介质      
D. 腐蚀性介质
【答案】： A