锅炉爆炸事故原因分析与对策
冯维君
摘 要 从工程热力学的角度，对锅炉爆炸能量进行了科学的计算，并利用安全系统工程学中事故树分析法对锅炉爆炸事故的原因进行了全面的分析。在此基础上提出了防止发生锅炉爆炸事故的对策，并在实际工作中收到了良好的效果。
关键词 锅炉爆炸能量 系统工程 事故树分析 计算
Abstract In the view of Engineering Thermodynamics，this monograph calculates the exploding energy of boilers scientifically，and takes an overall analysis for the cause of boiler exploding accidents by Fault Tree Analysis in System Safty Engineering．Finally，it takes a set of measures to prevent boiler＇s explosion，and we have achieved good results in actual work．
1 问题的提出
据不完全统计，1980～1997年浙江省共发生各类锅炉爆炸事故83起，造成217人伤亡，经济损失惨重。怎样才能从根本上杜绝和防止锅炉爆炸事故的发生呢?笔者通过多年的理论分析和调查研究，认为很有必要对锅炉的爆炸能量进行计算、对锅炉爆炸事故的原因进行剖析，从而采取相应的措施与对策，避免和减少锅炉爆炸事故的重复发生。
2 锅炉爆炸能量的计算
那么锅炉爆炸能量究竟有多大呢?
当前，锅炉爆炸能量的计算有两种计算方法、三种计算形式。一种是利用锅炉爆炸前后水蒸汽和饱和水的焓熵增减关系或水蒸汽套用理想气体进行绝热膨胀作功公式计算，饱和水的膨胀作功用焓熵增减关系计算；另一种是以气体绝热膨胀作功之公式和焓熵增减关系为依据，换算成爆炸能量系数分别求出饱和蒸汽和饱和水的爆炸能量。对于产生饱和蒸汽的小型锅炉，可采用饱和蒸汽套用理想气体绝热膨胀作功、饱和水的膨胀作功采用焓熵增减关系来进行计算。 (1)饱和蒸汽的爆炸能量 根据工程热力学原理，饱和蒸汽的爆炸能量可套用理想气体进行绝热膨胀作功的计算公式：
理想气体在绝热过程中所作的膨胀功： (1-1) 根据P1Vk1＝PVk 得：
又根据 得
(1-3)
锅炉爆炸后的压力瞬时降为零，即P2＝1
式中P1——锅炉内饱和蒸汽的绝对压力，Pa
3
V1——锅炉内饱和蒸汽的容积，m
k——气体的绝热指数，即气体的定压比热与定容比热之比值。对于湿饱和蒸汽，k＝1．035＋0．1x（“x”为蒸汽干度)。 (2)饱和水在绝热膨胀过程中所作的功
饱和水绝热膨胀为常压时所作的功可采用焓熵增减关系来计算
式中V1——锅炉内饱和水的容积，m3 v2——锅炉内饱和水的比容，m3／kg
U1——饱和水在爆炸前的内能，即为锅炉在爆炸前的压力下饱和水的焓，kJ／kg
U2——饱和水在爆炸后(变为1个大气压的汽水混合物)的内能，kJ／kg 饱和水在爆炸后的内能可按下列公式计算：
U2＝（1－X2）i2＋x2i2′－X2V2′×1000 (1-6) 式中X2——饱和水在爆炸后变成汽水混合物的干度 i2——锅炉爆炸后饱和水的焓，kJ／kg i2′——锅炉爆炸后饱和蒸汽的焓，kJ／kg v2′——锅炉爆炸后饱和蒸汽的比容，m／kg 干度X2可根据熵不变的原由求得：
S1＝（1－X2）S2＋X2S2′ (1-7)
于是得： (1-8) 式中S1——饱和水在爆炸前的熵，kJ／kg.k
S2——锅炉爆炸后(变成1个大气压)饱和水的熵，kJ／kg*k S2′——锅炉爆炸后(变成1个大气压)饱和蒸汽的熵，kJ／kg.k (3)锅炉爆炸的总能量 W＝W汽＋W水 (1-9)
(4)上述土锅炉爆炸能量的计算 ①饱和蒸汽的爆炸能量
假设该锅炉爆炸前饱和蒸汽干度为90%(即K＝1．035＋0．1×0．9＝1．125） 汽空间占锅炉容积的1/8。根据已知情况可算出饱和蒸汽的爆炸能量：
＝1．78×104J＝17．8kJ ②饱和水的爆炸能量
根据已知条件，查饱和水和饱和蒸汽的焓熵表可得： 锅炉爆炸前饱和水的焓i1＝U1＝635．78kJ／kg 锅炉爆炸前饱和水的熵S1＝1．85kJ／kg.k 锅炉爆炸后饱和水的焓i2＝414．5kJ／kg
.
锅炉爆炸后饱和水的熵S2＝1．30kJ／kgk
锅炉爆炸后饱和蒸汽的焓i2′＝2670．00kJ／kg 锅炉爆炸后饱和蒸汽的熵S2′＝7．35m3／kg.k 锅炉爆炸前饱和水的比容v1＝0．0010918m3／kg
3
锅炉爆炸后饱和蒸汽的比容v2′＝1．725m／kg
×0．642×1×7／8＝0．28
锅炉爆炸前饱和水的容积
锅炉爆炸后汽水混合物的干度 饱和水在锅炉爆炸后的内能
U2＝（1－X2）i2＋X2i2′－X2v2′×103
＝（1－0．091）×414．57＋0．091×2670．00－0．091×1．725×103 ＝462．83kJ／kg 饱和水的爆炸能量：
＝44354．28kJ
③上述锅炉爆炸的总能量 W＝W汽＋W水＝44372.08kJ
3 防止锅炉发生爆炸事故的对策
上述情况表明，锅炉一旦发生爆炸事故，就有可能造成人身伤亡和财产的巨大损失。我们可采用事故树分析法对锅炉可能发生爆炸事故的原因进行了详细的定性分析，从中找出发生爆炸事故的直接原因和潜在原因，并采取措施和对策，从而有效地遏制了锅炉爆炸事故的发生。 (1)事故树分析法
事故树分析法又称故障树分析法，简称FTA法，因为它是Fault Tree Analysis的缩写。它采取从原因到结果的逆过程进行分析，利用作图法(逻辑框图)将发生事故的原因列于图中，形象地研究其事故的因果关系，从而找出发生
事故的直接原因或构成事故的缺陷事件。以下只对基本事件符号和逻辑门符号作一介绍。 ①事件符号
②逻辑门符号 a.与门
与门系指下层输入B1和B2两个事件都发生的情况下，上端才有输出A发生。就好象串联两个电路开关一样，只有两个开关都合上，电路才通。
b.或门
或门系指下层输入B1和B2两个事件中任意一个事件，上端就有输出A发生。这好象并联电路一样，只有闭上一个开关，电路就会畅通。
当然，如果两个以上事件输入时，情况完全类同。 (2)用FTA法分析锅炉爆炸事故的产生原因如图1
图1
(3)防止锅炉发生爆炸事故的对策及效果
近年来持证锅炉制造厂生产的锅炉已基本杜绝爆炸事故，即缺水后进水，超压使用，质量差、有缺陷等方面原因引起的锅炉爆炸基本消灭。统计情况表明，1980～1997年全省共发生锅炉超压爆炸一起(如：1983年4月14日宁波农药厂一台KZL4-13-AⅡ锅炉在点火升压过程中，由于司炉工操作失误，关闭了压力表的三通考克，安全阀被锈死失灵，而发生前管板与角板撑连接处开裂的爆炸事故)；缺水后进水引起的锅炉爆炸事故3起(1981年12月7日瑞安糖厂一台WWG2-8-AⅡ型锅炉缺水后进水；1988年4月25日绍兴县柯桥棉纺厂一台
KZL2-8-AⅡ型锅炉，检修后未检查水位，即点火升压，缺水后进水；1989年4月15日龙泉县食品罐头厂一台KZL4-13-AⅡ型锅炉，假水位大量排污，发现缺水后进水)；无证伪劣锅炉爆炸事故79起。这些锅炉大多是结构不合理、安全附件不全、制造质量差或报废锅炉改造而成的。为制止无证伪劣锅炉爆炸事故的重复发生，我们运用事故树分析法和统计规律，1996年针对兰溪市违法制造无证伪劣锅炉比较突出的情况，督促兰溪市开展了无证伪劣锅炉的专项整治。1997年下半年在全省范围内开展了无证伪劣锅炉查禁活动。据统计，这次查禁活动全省共出动执法检查人员13537人次，查出无证伪劣锅炉4383台，取缔非法生产厂或窝点60个，从而极大地打击了违法生产、安装、销售、使用无证伪劣锅炉的行为。
作者单位：浙江省劳动厅 浙江 310025
