1、中小型燃氣鍋爐的安全裝置與事故預防1 引言自 1998 年陜北天然氣供應北京以來， 首都的燃料結構以及與其密切相 關的環境質量都發生了很大變化。過去分布城區的 1 萬多臺燃煤鍋爐 陸續改成了天然氣鍋爐。其中，達到報廢或大修年限的直接換成天然 氣鍋爐;使用年限較短或用戶財力不足，則由相關部門更換燃燒設備， 將燃煤鍋爐改成燃氣鍋爐，有一些用戶在改造過程中，只是將燃煤設 備拆除，簡單加裝燃氣燃燒器，也未加裝必要的安全控制裝置，不符 合技術監督部門的相關安全要求，存在著許多安全隱患。 由于燃氣自身的特性，易燃、易爆、易擴散，燃氣鍋爐與燃煤鍋爐相 比危險性大，對控制系統的產品質量和安全性能要求嚴格。本文

2、僅就 中、小型燃氣鍋爐的安全問題作初步討論。2 安全裝置“安全是燃氣行業的生命。 ”沒有安全就沒有效益、沒有發展。 為了保證燃氣鍋爐安全經濟運行，保證人身安全，勞動部根據鍋爐 壓力容器安全監察暫行條例 的有關規定， 于 1996 年、1997 年先后頒 布了蒸汽鍋爐安全技術監察規程 和熱水鍋爐安全技術監察規程 （以下簡稱規程 ）。它適用于燃氣鍋爐及鍋爐范圍內管道的設計、制 造、安裝、使用、檢驗、修理和改造。規程中明確規定了燃氣鍋爐必須或應該設置的安全保護裝置。安 全裝置的功能是保證燃氣鍋爐安全經濟運行，保證人身安全。因此， 從安全的角度考慮，安全裝置可分為兩種類型：預防事故的和減輕破 壞的。2

3、.1 預防事故的安全裝置2.11 自動報警裝置 燃氣鍋爐運行時，鍋爐內水、汽的溫度、壓力，以及蒸汽鍋爐中的水 位，是保證其安全運行的監控參數，當這些參數出現異常時，自動報 警裝置應發出聲光信號。2.1.1.1超溫報警規程規定：燃氣熱水鍋爐額定出口熱水溫度高于或等于120 C以及額定出口熱水溫度低于120C但額定功率大于或等于 4.2MW時，應該 設超溫報警裝置，并有聯鎖保護，對于中小型燃氣鍋爐，一般由熱水 出口上的溫度變送器將標準信號輸出到可編程邏輯控制器（PLC）標準值經與給定值比較，一旦超溫 PLC立即進行緊急停爐。2.1.1.2超壓報警蒸汽鍋爐額定蒸發量大于或等于 6t/h 時，應裝有蒸

4、汽超壓報警，并設 聯鎖保護超壓報警同時關閉電磁閥，切斷燃氣氣源，引風機仍運行， 鍋爐蒸汽壓力一般由壓力控制器進行自動控制。2.1.1.3水位報警蒸汽鍋爐額定蒸發量大于或等于 2t/h 時，應裝設高低水位報警，高低 水位報警信號要能區分，發生低水位報警時，關閉電磁閥，切斷燃氣 氣源，鼓風機 30s 后停機，引風機仍運行。2.1.1.4流量報警 直流鍋爐應裝設給水流量低于啟動流量時的報警裝置。2.1.2 切斷裝置 燃氣鍋爐應裝有聯鎖裝置。在鍋爐運行中一旦出現(1)至 (5)所述情況，能夠自動切斷燃氣供應 ;對裝設鼓風燃燒器的鍋爐，能夠自動切斷給風 氣源。(1) 熱水鍋爐壓力降低到會發生汽化或水溫升

5、高到超過規定值;(2) 蒸汽鍋爐壓力超過規定值或水位低到最低值 ;(3) 當燃氣壓力過高時，還會出現脫火現象，甚至在爐膛內發生爆炸， 因此燃燒器必須在設計的燃氣壓力下運行，超高或過低均應啟動切斷 裝置。目前，國內與燃氣鍋爐配套的均為進口燃燒器，自動化程度較 高，不但配有燃氣高低壓控制器， 而且配有自動檢漏控制器 (在點火前， 爐膛吹掃過程中，檢漏控制器自動對燃氣閥組系統進行檢漏 );(4) 送風機、引風機、以及熱水鍋爐的循環水泵突然停電或停止運行或 發生變頻故障、接觸點故障等故障時啟動切斷裝置 ;(5) 煙溫保護裝置啟動：煙溫的情況也反應了鍋爐的運行正常與否，一 旦煙溫超過設定值就應啟動切斷裝

6、置，目前，國產燃氣鍋爐普遍采用 煙溫變送器，煙溫變送器將一次儀表(PtIOO、Cu50的測量值轉換為標準 值并輸出到PLC 一旦超溫，立刻緊急停爐，同時發出聲光報警，并在 觸摸屏或計算機顯示屏上顯示超溫故障。造成煙溫升高的原因有以下 幾種：經水處理后的水質不符合要求，使煙管或水管的管壁上結垢， 影響了煙氣向介質傳熱， 這時管壁溫度和煙氣溫度升高， 若結垢嚴重， 還會使管子溫度過高而爆裂 ; 由于液位控制裝置失靈使爐內缺水 ; 每組對流管束間串氣，煙氣未按規定的行程流動，而形成煙氣 “短路 ”， 這種情況會使鍋爐達不到額定出力。 NextPage2.1.3 噴淋裝置 蒸汽鍋爐裝有再熱器時，應裝有

7、自動噴淋裝置。當再熱器出口蒸汽溫 度達到最高允許值時，能夠自動投入事故噴水降溫。2.1.4 點火控制系統和熄火保護裝置 燃氣鍋爐相對與燃煤鍋爐，其防爆性要求非常高，尤其是天然氣，天 然氣的爆炸極限為 5%-15%，如果發生泄露極易產生爆炸，可燃混合氣 體在密閉容積內爆炸時， 所產生壓力， 對于不同的燃氣大約為 0.75MPa一 1.65MPa。這對于一般的鍋爐爐膛和煙氣通道是難以承受的。因此， 如發生爆炸，輕則造成鍋爐爆燃熄火，重則使爐膛、煙道爆裂、鼓 （引 ） 風機損壞、鍋爐房受損等，甚至造成人員傷亡。因此，燃氣鍋爐點火 前，必須仔細吹掃爐膛和煙道，排除爐內可能積存的可燃氣體，可靠 的點火程

8、序控制和熄火保護是燃氣鍋爐必不可少的安全保護裝置。 一個合理的點火程序控制系統，應對點火過程進行自動控制，只有當 風機完成清爐任務之后， 才能進行點火 ;只有當點火火焰已建立起來 （經 火焰探測器證實 ），并經過預定的時間后，主燃燒器的控制閥門才能打 開;點火火焰在預定的時間后能夠自動熄滅 ;當主火焰未能在預定的時 間內被點燃時，主燃燒器能在點火火焰熄滅的同時自動快速關閉，燃 氣鍋爐的點火程序一般由程序控制器進行監測和控制。 在點火程序控制中，點火前的總通風量應不小于 3 倍的從爐膛到到煙 囪人口總容積，且通風時間不小于表 1 中規定值。表1鍋爐類型最小通風時間 （秒）鍋殼鍋爐 20水管鍋爐

9、60 燃氣鍋爐為防止在低負荷運行時風量過大而造成熄火，應在每臺鍋爐 上裝設燃燒自動調節裝置，對燃氣鍋爐的進風量和燃氣供應量進行聯 動控制。熄火保護裝置是由火焰探測器及電磁閥等組成，當電磁閥（不防爆）不宜直接與燃氣接觸時，熄火保護裝置尚應包括一個由電磁閥控 制的氣動閥，火焰監測器是熄火保護裝置的關鍵設備， 其工作原理是： 當鍋爐爐膛熄火時，火焰強度的變化會改變光和熱的輻射頻率，利用 安裝在爐膛上的監測元件，可以把光輻射的頻率變化轉化為電能，并 通過電氣回路控制燃氣的供應。火焰監測器檢測燃燒器是否燃燒，一 旦出現熄火現象就立即切斷電磁閥，防止燃氣向爐內泄露，因此要求 其必須反應靈敏，其響應速度必須

10、符合規定要求，動作穩定可靠，能 適應鍋爐燃燒器的特性，并發出相關的訊號。目前主要使用的火焰監測器有兩種：一種是監測火焰中的紫外線，如 紫外光敏管 ;另一種是靠火焰具有導電性來對火焰進行監測，如離子監 測針。與紫外光敏管相比，離子監測針的可靠性更高一些。一個原因是因為 當火焰不穩定引起火焰強度中心漂移，會使紫外光敏管保護裝置誤操 作，當燃燒器結構與燃氣種類和壓力不符時或者燃氣與空氣混合不好、 空氣量少或引風機的抽力太大時，會使火焰脫離燃燒頭，造成脫火， 有時火焰可能會一下子脫火到爐膛后面，若這時仍有燃氣向爐內供應 就會發生爆炸事故。對于脫火現象紫外光敏管是不能做出判斷的，它 仍可以檢測到爐內有紫

11、外線，做出正常燃燒的指令 ;而離子監測針，當 火焰脫離燃燒頭，火焰也就脫離了監測針，它的周圍沒有離子產生， 因而能做出火焰熄滅的指令，這樣就防止了由于脫火而造成的爆炸事 故。離子監測針比紫外光敏管更可靠的另一個原因是：由于電打火的火光 中含有紫外光，在點火時，紫外光敏管不能準確判斷小火是否點燃， 只有當停止電打火時才能檢測小火是否點燃，而這時由于風量過大或 燃氣量小等原因小火未點燃，就會有一部分的燃氣泄露到爐內，形成 不安全的隱患。2.2 減輕破壞的安全裝置 由于水管鍋爐的爐膛和煙氣通道的承壓能力以及火管鍋爐的轉向煙室 的承壓能力均低，因此混合氣體的爆炸會給它們的圍護結構和受熱面 結構帶來極大

12、的破壞。常見的爆炸事故輕則造成鍋爐爆燃熄火，重則 使爐膛和煙道爆裂，引風機損壞，鍋爐房和煙囪受損，甚至造成人員 傷亡。 NextPage燃氣鍋爐的爆炸事故往往發生在點火過程中，燃氣鍋爐氣源閥門不密 封漏氣，使爐膛或煙道內混合氣體達到爆炸極限，點火時又未對爐膛 進行有效地吹掃，發生爆炸 ;還有燃氣鍋爐在燃燒器前由于燃氣壓力或 風壓波動太大引起脫火或回火致使熄火引起爆炸 ;有時，也會因為燃燒 器與燃氣種類或鍋爐不匹配，在點火時或運行中發生爆炸。為了減輕 爐膛和煙道在混合氣體發生爆炸時的破壞程度，燃煤鍋爐改燒燃氣后 必須安裝防爆門，防爆門面積按爐膛和煙道的容積選取并應符合有關 規定，一般取 0.02

13、5m2/m3 ，防爆門應安裝在容易泄爆的地方，爐膛、 煙道尤其是在煙道中難以避免的死角、轉彎處、悶頂等易于聚集可燃 氣體的停滯區都是最容易發生爆炸的部位，因此，防爆門通常安裝在 燃氣鍋爐的爐膛和煙道以及其他易受到鍋爐爆炸時產生的壓力波沖擊 的部位，一旦這些部位發生可燃氣體的爆炸由防爆門泄壓，防止鍋爐 本體受損、爐墻倒塌，防止人員傷亡。 常采用的防爆門有重力式、破裂式和水封式等類型：(1) 重力式防爆門是靠門蓋的自重使其常關。當爐內煙氣壓力大于因自 重產生的平衡力時， 門蓋被推開，泄出爐內煙氣。 待爐內壓力正常后， 靠門蓋的自重復位。因其密封性較差，影響其應用。(2) 破裂式防爆門把承壓能力遠低

14、于鍋爐爐膛、煙道等圍護結構的防爆 膜用法蘭緊固在防爆門框上，當爐內壓力升高到一定值時，防爆膜破 裂達到泄壓目的。(3) 水封式防爆門裝在燃氣鍋爐的爐膛或煙道上，它是把一個和爐膛或 煙道連通的短管插入盛水的水槽中，當爐內壓力升高時，水被沖出而 泄壓。這種防爆門結構簡單，密封性好，適于微正壓運行和負壓運行 的鍋爐。3 事故預防 配備了各類安全裝置的燃氣鍋爐，在設備完好、管理到位、操作無誤 的條件下是能夠保證安全運行的。 可是，近幾年來事故還是時有發生。 2002 年發生在燃氣行業，由于專業人員調試點火裝置時操作失誤、造 成 2 人死亡的燃氣鍋爐爆炸事故就是 1 例 ; 另外，不久前南通市發生了1

15、起鍋爐爆炸事故， 某外資企業 1 臺立式燃油鍋爐在運行中， 值班人員 聞到濃烈的柴油味，發現煙囪冒濃煙，即與值班電工一起去鍋爐房查 看：發現鍋爐燃燒器油泵軸封處漏油，爐頂平臺上積油，兩人關閉進 油閥使鍋爐停止運行，隨即清理爐頂平臺上的積油，此時爐膛突然發 生爆炸，并點燃爐頂平臺上的積油引起火災，兩人在緊急情況下爬上 屋頂橫梁，敲碎通風窗玻璃才得以逃生，經過緊急滅火， 1 人被燒傷， 鍋爐燃燒器及其他設備被燒毀。3.1 事故原因2003年 8月 6 日，國家質檢總局通報了上半年我國鍋爐、電梯及游樂 設施等特種設備的事故情況。 在 148 起“嚴重”事故中，因設備本身質量 引發的占總數的 21.6

16、%，因安全附件不全或安全裝置失效引發的占總數 的 13.5%，因維護管理不善引發的占總數的 7.4%，因操作失誤引發的 占總數的 47.3%。后兩項合計占 54.7%。這些數據表明，管理不善和操 作失誤是引發事故的主要原因，設備的質量問題也不可忽視。 如前所述，上述爆炸事故也是由于操作失誤引發。當時，操作人員如 果嚴格按照燃油、 燃氣鍋爐的操作規程進行操作， 事故是可以避免的。3.2 事故特點 鍋爐機組一般由水汽系統、引送風系統、燃料供給系統、自控儀表系 統及鍋爐本體組成。從介質流動的角度看，可大致分為水汽系統和燃 燒系統。由于燃氣的特性是易燃、易爆、易擴散，所以，在燃氣鍋爐 的爐膛、煙道等易

17、聚積氣體的部位，往往成為事故的引發點。 燃氣鍋爐的起動程序分為起動前的檢查和準備、上水、點火、升壓和 送熱。燃氣鍋爐的爆炸事故多發生在起動和停爐這兩個時段，即多發 生在點火和滅火的過程中。點火時如果先通人燃氣，當啟動點火裝置 時，易瞬間發生爆炸 ;滅火后如果沒有及時切斷氣源，在爐膛高溫的作 用下，也會造成危險的后果。點火和滅火這二個時段應是燃氣鍋爐的 管理人員和司爐工人特別關注的焦點。而且統計結果表明，中、小型 燃氣鍋爐的燃氣爆炸事故有 2/3 是發生在點火過程，造成的原因絕大 多數都是違反操作規程而引起的。因此燃氣鍋爐的點火，必須嚴格按 操作程序進行，絕對不可疏忽大意，特別是全自動控制的燃氣

18、鍋爐， 雖然其爐膛和煙道以及燃氣管路的吹掃、點火及事故發生時的處理等 操作均為自動進行，鍋爐運行人員也應加強責任心，不可過分依賴自 控保護裝置，按照規章制度進行人工監控并做好記錄。3.3 事故預防 通過對 20 余項煤改氣工程的質量監督， 我認為要預防燃氣鍋爐事故的 發生，除了要加強施工階段的質量管理， 嚴格依據國家標準和 蒸汽、 熱水鍋爐安全技術監察規程進行施工，使燃氣鍋爐的安裝質量得到 監督和控制，堅決杜絕不合格工程外，事故預防還應注意以下幾個方 面：(1) 提高燃氣鍋爐的設計水平， 選用質優產品，燃氣鍋爐應自動化運行、 保障安全，有可靠的自控和保護裝置。一個完善的鍋爐自動控制系統 能把鍋爐的起動、停爐、正常運行、主要故障處理的操作都自動化， 這就要求鍋爐裝設電氣點火裝置、 熄火保護裝置、 點火程序控制裝置、 給水自動調節裝置、燃燒自動調節裝置、燃氣高低壓保護裝置和其他 連鎖保護裝置，并將安全保護與自動控制相結合。燃氣鍋爐發展趨勢 是采用計算機控制，實現機電一體化。為了杜絕事故隱患，燃氣鍋爐 從制造到安裝，每一個環節都必須進行嚴格的質量檢驗，不合格產品 決不允許出廠和使用。 NextPage(2) 實行科學管理，建立健全各項規章制度，結合燃氣鍋爐特點，制定 一整套燃氣鍋爐安全操作規程，嚴格執行鍋爐房安全管理規則 ，堅 持燃氣鍋爐管理人員持證上崗制度