酒精企業生產裝置的安全現狀評價（十一）

第十一章 鍋爐係統安全評價 11.1概述酒精有限公司為滿足酒精生產過程中的蒸汽供應需求，建有鍋爐房一座，燃料主要為煤。同時，利用汙水處理部產生的副產物沼氣作為燃料使用。 本章主要針對鍋爐係統中的主要危險、有害因素進行 03manbetx 評價。 鍋爐型號：SHL20-25-400A型。兩台。 工作壓力：2.45MPa； 蒸汽溫度：400℃； 額定蒸發量：20T/H。 燃燒方式：層燃及室燃。 燃料：煤及沼氣。 11.2鍋爐係統危險、有害因素03manbetx 鍋爐係統主要危險、有害因素 03manbetx 見表11-1。 表11-1 鍋爐係統危險源及主要危險性 序號 係統名稱 危險源(因素) 危險性 1 燃氣係統、管道閥門等 沼氣泄漏 火災、爆炸 2 運行中熄火 可燃氣體聚集在爐膛中 爆炸 3 鍋爐水位 嚴重缺水 嚴重滿水 爆炸、管道水衝擊 4 鍋爐壓力 超壓 受壓元件破裂甚至爆炸 5 鍋爐腐蝕 受壓元件，厚度減薄 受壓元件破裂甚至爆炸 6 鍋爐結垢 受壓元件過熱 破裂或爆炸 7 水位計 水位計故障 嚴重缺水爆炸 嚴重滿水，水衝擊 8 安全閥 安全閥故障 超壓爆炸 9 壓力表 壓力表故障 超壓爆炸 10 水泵、風機、 蒸汽排放 噪聲 傷害健康 11 坑、溝、池井 無蓋、無欄杆 誤入傷害人體 12 檢修作業 未按 01manbetx 作業 人身傷害 13 鍋爐平台樓梯 無欄杆、無防滑平台 墜　落 14 各種電器設備 無可靠接地接零係統 觸　電 15 鍋爐本體及 汽水管道 高溫熱源 燙　傷 16 照明 無照明或照明不足、 無 02manbetx.com 照明 誤傷人體 17 自然災害 洪澇、地震、雷擊 危及設備人身 安全 11.3鍋爐係統02manbetx.com 樹03manbetx 為了科學地分析蒸汽鍋爐爆炸 02manbetx.com ，並從中得到有益的教訓，從而製定出有效防範 措施，本章將鍋爐超壓、鍋爐缺水、鍋爐結垢、鍋爐腐蝕等四個引起鍋爐爆炸的主要事件，用 02manbetx.com 樹分析法加以分析 評價，並找出主要防範 措施。 11.3.1鍋爐超壓分析（1）事故樹分析 鍋爐超壓事故樹分析見圖11-1。 圖11-1鍋爐超壓事故樹分析 （2）求最小割（徑）集 用最小徑集進行分析，結構函數式為： T= X1X2X3 X4+ X5+X6 X7 X8X9 X10X11 X12X13 X14X15 從而得到最小徑集3組，分別為： （3）結構重要度分析 Iφ⑸＞Iφ⑴＝Iφ⑵＝Iφ⑶＝Iφ⑷＞Iφ⑹＝Iφ⑺＝Iφ⑻＝Iφ⑼＝Iφ⑽＝Iφ⑾＝Iφ⑿＝Iφ⒀＝Iφ⒁＝Iφ⒂ （4）鍋爐超壓事故原因： 通過事故樹分析可知，鍋爐超壓事故最小割（徑）集3個，防止鍋爐超壓事故的 措施有3個方案。 通過分析，在15個基本原因事件中，壓力上升(X5)是最主要的原因；其次是安全閥沒有定期進行試驗(X1)，因而無法避免安全閥因機械原因失效；再者就是操作人員脫崗和巡查、監視不到位。 抓住了這3個原因，就抓住了解決鍋爐超壓的主要環節。嚴格按規定檢測鍋爐附件，加強操作人員的安全意識和責任心，提高操作人員操作技能同樣是防止鍋爐超壓的重要方麵。 11.3.2鍋爐缺水分析（1）事故樹分析 鍋爐缺水事故樹分析見圖11-2。 （2）求最小割（徑）集。 用最小割集進行分析，結構函數式為： T= X1+X2X3 X6 X7 X8X9 X10X11 +X4X5 X12X13 X14X15 X16 X17 X18 最小徑集三組，分別為： （3）結構重要度分析 從3個最小徑集看出：X1是單事件的最小徑集，X2X3 X6 X7 X8X9 X10X11同時出現在1組最小徑集P2中，X4X5 X12X13 X14X15 X16 X17 X18同時出現在1組最小徑集P3中,可以得到： Iφ⑴最大； Iφ⑵＝Iφ⑶＝Iφ⑹＝Iφ⑺＝Iφ⑻＝Iφ⑼＝Iφ⑽＝Iφ⑾； Iφ⑷＝Iφ⑸＝Iφ⑿＝Iφ⒀＝Iφ⒁＝Iφ⒂＝Iφ⒃＝Iφ⒄＝Iφ⒅ 得結構重要度順序為： Iφ⑴＞Iφ⑵＝Iφ⑶＝Iφ⑹＝Iφ⑺＝Iφ⑻＝Iφ⑼＝Iφ⑽＝Iφ⑾＞Iφ⑷＝Iφ⑸＝Iφ⑿＝Iφ⒀＝Iφ⒁＝Iφ⒂＝Iφ⒃＝Iφ⒄＝Iφ⒅ （４）預防鍋爐缺水 措施： 通過事故樹分析，最小徑集3個，從3個徑集方案中任何一個缺水事故就可以避免。 通過分析，在18個基本事件中，水位報警器(X1) 失靈是最主要原因，其次是操作人員脫崗(X4)和排汙閥故障(X2)。 若能抓住這三個關鍵，抓住3個預防鍋爐缺水的主要環節，能解決這三個問題，缺水事故就基本不會發生。 11.3.3鍋爐結垢分析 （１）事故樹分析 鍋爐結垢事故樹分析見圖11-3。 圖11-3鍋爐結垢事故樹分析 （2）求最小割（徑）集 事故樹結構函數如下: T=A1+ A2=X1 +X2+B1+ X3+ B2 = X1 +X2+ X4 C1+ X3+ X7+ X8 = X1 +X2+ X4（X5+X6）+ X3+ X7+ X8 = X1 +X2+ X4X5+ X4X6+ X3+ X7+ X8 從而得出7個最小割集為： （3）結構重要度分析： 按一次近似計算：X1 、X2、 X3、 X7、 X8是一階最小割集中的事件，所以Iφ⑴、Iφ⑵、Iφ⑶、Iφ⑺、Iφ⑻最大。 　　 ，　 所以，各基本事件結構重要順序為： Iφ⑴＝Iφ⑵＝Iφ⑶＝Iφ⑺＝Iφ⑻＞Iφ⑷＞Iφ⑸＝Iφ⑹ （4）預防鍋爐結垢措施： 通過對事故樹的定性分析，本事故有7個最小割集，也就是說，形成結垢的可能性有7種，其中5種可能性是單事件，所以鍋爐結垢極易發生，為防止鍋爐發生結垢，必須采取以下措施： ①生水不能直接進入鍋爐； ②必須采用爐外爐內同時進行水處理，爐外處理要嚴格控製水質指標，水質不合格的水不得進入鍋爐，對交換劑要及時做到活化和更換； ③司爐工必須嚴格執行 01manbetx 01manbetx ，定期進行排汙，適當開啟連續排汙，保持排汙管道暢通。 11.4.4鍋爐嚴重腐蝕分析 （1）事故樹分析 鍋爐嚴重腐蝕事故樹分析見圖11-4。 圖11-4鍋爐嚴重腐蝕事故樹分析 （2）求最小割（徑）集 直接計算最小割集，事故樹結構函數如下： T=X1A1= X1（B1+ B2）= X1（C1+ C2+ X8+ X9） = X1（X2+ X3+X4+ X5+ X6+ X7+X8+X9） = X1 X2+ X1 X3+ X1 X4+X1 X5+X1 X6+X1 X7+X1 X8+X1 X9 從而得到8組最小割集為： （3）結構重要度分析： 因為X1在所有最小割集中出現，所以XФ⑴最大，而X2～X9均在最小割集中出現一次，且它們所對應割集階數均為2，而最大出現次數為1。由此得： Iφ⑵＝Iφ⑶＝Iφ⑷＝Iφ⑸＝Iφ⑹＝Iφ⑺＝Iφ⑻＝Iφ⑼ 所以結構重要次序為： Iφ⑴＞Iφ⑵＝Iφ⑶＝Iφ⑷＝Iφ⑸＝Iφ⑹＝Iφ⑺＝Iφ⑻＝Iφ⑼ （4）預防鍋爐嚴重腐蝕措施： 通過對事故樹的定性分析，得出8個最小割集，即鍋爐腐蝕的可能性有8種。其主要原因為沒有定期檢查(X1)，其次條件是X2～X9。為防止鍋爐嚴重腐蝕采取以下措施： ①每年必須按規定對鍋爐進行定期年檢，測定其壁厚，根據檢驗結果采取相應措施； ②按規定控製運行鍋爐爐水堿度和相對堿度，鍋爐給水的含氧量必須控製在規定範圍內。 ③切實加強停爐保養工作，停運鍋爐應保持鍋爐四周空氣幹燥 ④運行時盡可能少用含硫較大的燃料，並防止尾部低溫硫腐蝕。 11.4鍋爐爆炸分析計算 11.4.1鍋爐爆炸分析鍋爐爆炸形式有兩種：一種是某受壓部件(主要是汽包等)遭到嚴重損壞，鍋爐內汽水混合物以極高的速度從破裂處噴射出來，導致鍋爐爆炸；另一種是燃料在爐膛內瞬間突然爆燃，導致爐膛爆炸。以下主要針對鍋爐爆炸過程及危害進行分析計算。 (1)鍋爐爆炸過程 鍋爐爆炸兩個過程：第一過程是鍋爐受壓元件，主要是鍋筒的筒體或封頭等主要受壓元件的最薄弱處及焊縫等，由於強度不夠，在介質工作壓力下發生破裂；第二過程是當鍋爐受壓元件破裂後，鍋爐內的介質，即一定壓力下的帶有能量的飽和水和飽和蒸汽從破口處急速衝出來，在一瞬間，鍋爐內的全部介質從原來的工作壓力驟降到一個絕對大氣壓，飽和水和飽和蒸汽所含的巨大熱能使水汽化，使蒸汽體積進一步膨脹，體積可以擴大上千倍，大量的熱能轉為機械能，形成具有很大破壞力的爆炸。 (2)爆炸危害 鍋爐爆炸主要指鍋爐汽包內筒體、封頭或焊縫破裂引起的爆炸，鍋爐在運行狀態下，鍋爐汽包內水汽所占容積之比一般為5:3，即水所占容積大於汽，若鍋爐為上下二個汽包，則上汽包為汽水混合物，下汽包為飽和水。 爆炸所產生的危害主要有二方麵：一是鍋爐的飽和水和飽和蒸汽膨脹放出的能量引起的危害；二是鍋爐內的熱蒸汽及部分飽和水迅速蒸發產生大量蒸汽向四周擴散引起的危害。據分析，水容量越大的鍋爐，壓力愈高，造成的爆炸危害越嚴重。 11.4.2鍋爐爆炸能量計算 （1）鍋爐爆炸能量UB計算 公司鍋爐型號為SHL20-25-400A型。出蒸汽量Q=20t/h，P=2.45MPa，其正常水容量為26m3以上。 正常運行狀態下，鍋爐水容積：汽容積=5:3，則汽容積約為16M3以上。2.45MPa飽和蒸汽爆炸能量係數Cs及飽和水爆炸能量係數Cw，通過查表分別為Cs=6.24×106J/m3,Cw=9.56×107J/m3。 爆炸能量UB為飽和蒸汽釋放能量US及飽和水釋放能量UW之和。即UB=US+UW US=CSVS=6.24×106×16=9.98×107J/m3 UW=CWVW=9.56×107×26=2.44×109J/m3 UB=US+UW=9.98×107+2.48×109=2.58×109J （2）TNT當量的計算 將爆炸能量UB換算成TNT當量。取1kgTNT炸藥爆炸能量 qTNT=4.5×106J/kg，則 QTNT=UB/qTNT=2.58×109/4.5×106=573(kg) （3）其他計算 死亡半徑R1=11.07（m） 重傷半徑R2=31.47（m） 輕傷半徑R3=57.37（m） 計算過程與第十章沼氣儲槽相同，故省略。 （4）小結 故鍋爐爆炸時相當573kgTNT威力。爆炸時不僅將鍋爐摧毀，而且波及整個廠房、其它設備及人員。 11.4.3鍋爐爆炸時高溫高壓蒸汽占有空間VB′計算 鍋爐爆炸時，高壓蒸汽迅速膨脹，體積增大，並放出大量熱量，在其占有的空間範圍內，人員將被燙傷。鍋爐飽和蒸汽及飽和水的體積膨脹係數分別為GS和GW，其值通過查表分別為：Gs=17.3，Gw=299。 鍋爐爆炸燙傷範圍VB′計算： VB′= VSGS + VWGW =16×17.3+26×299 =277+7774 =8051m3 設蒸汽以半球形向地麵擴散，則其擴散半徑RS為 即以鍋爐為中心，直徑為31.4m，高為15.7m範圍內人員受到嚴重燙傷。