一、事故概況及經(jīng)過
1978年,湖北某糖廠一臺連續(xù)運行時間僅18個月的KZL4—1.27型鍋爐,在工作壓力為1.11兆帕的情況下突然發(fā)生爆炸。鍋爐從后管板上部扳邊處撕開,27噸重的鍋爐本體向前沖出十多米遠,遇到地面障礙后翻了個跟斗,爐底朝天。156平方米的鍋爐房全部摧毀。鄰近廠房和設備等受到不同程度的破壞。造成死亡1入,傷4人,經(jīng)濟損失44000元。
根據(jù)現(xiàn)場檢查,爆炸由鍋爐后管板扳邊彎曲處上方撕開而發(fā)生的,破口長1.71米,管板上部月牙形部分被撕裂向下翻轉貼到管板上,壓力表、水位表及安全閥均遭破壞,鍋爐內(nèi)部水垢不嚴重,煙管及鍋殼下部無過熱鼓包等現(xiàn)象。鍋爐爆炸前未發(fā)現(xiàn)異?,F(xiàn)象,鍋筒內(nèi)的水位、壓力正常,安全閥也未動作。
二、事故原因分析
1.斷口分析
在1.71米長的斷口上,明顯分為兩部分:靠近內(nèi)壁(寬度約為1.4—10.3毫米不等)的一部分表面光滑晶亮,有不規(guī)則的臺階;在靠近內(nèi)表面的個別部位,可以觀察到疲勞裂源和疲勞前沿線??拷獠康臄嗫诔世w維狀,表面比較粗糙,方階性明顯,無臺階過渡平面,是爆炸時被撕開的韌性斷口。根據(jù)以上特征,認為是比較明顯的疲勞斷口。
2.超聲波探傷
對被炸開的鍋爐后管板進行超聲波探傷,未發(fā)現(xiàn)鋼板內(nèi)有不允許存在的缺陷。
3.化學成分、機械性能和金相分析
經(jīng)對鍋爐后管板材料進行化學成分、機械性能和金相分析,可以確定所選用材料與16MnCu(錳鋼)材料的規(guī)范基本相符,而這種鋼材,根據(jù)國家標準和有關規(guī)定,是不允許用來制造鍋爐受壓件的。因為這種鋼材具有熱脆性和較大的缺口敏感性,促使材料產(chǎn)生裂紋并迅速擴展,直至不足以承受鍋爐壓力時,便發(fā)生沒有任何預兆的突然爆炸。
4.角板拉撐焊接質(zhì)量的檢查
鍋爐后管板上部月牙形面積上有四根焊接連接的角板拉撐,爆炸后,四根角板撐全部留在鍋筒內(nèi),都是在角板撐和管板的角焊縫處拉脫。位于水線以下的一根可以清楚看到斷口上有一層水垢,位于汽空間的三根,斷口上也有浮垢和水銹。這說明在鍋爐爆炸前,角板拉撐就已經(jīng)斷開了。
角板拉撐和管板的焊接質(zhì)量極差,按強度計算要求,設計的連援焊縫長度為320毫米,焊角高度和寬度均為14髦米。但實際上的焊縫長、寬、高都遠未達到設計要求,且熔焊金屬與角板撐的熔合也很差。
綜上所述,由于鍋爐后管板和角板撐連接的焊接質(zhì)量低劣,其雖度遠遠不足,在鍋爐運行過程中被拉裂后漸漸斷開,使得管板成為沒有拉撐加強的平板,在其上部月牙形上承受的載荷大大提高,加劇了管板扳邊彎曲處的應力集中。使拉應力和很大的彎曲應力相互迭加。迭加后的應力峰值出現(xiàn)在管板扳邊彎曲處的內(nèi)表面,應力值將高于鋼板的屈服限。而這個應力又是不穩(wěn)定的,它隨著鍋爐內(nèi)蒸汽壓力的變化而變化,同時煙管內(nèi)煙氣溫度波動致使煙管脹縮,也會使這個應力產(chǎn)生波動。此外該鍋爐為間斷供汽,運行中壓力波動大而頻繁,起停次數(shù)多,在這樣的運行條件下,拉撐斷開后又造成 度的應力集中,為在管板扳邊彎曲處開始產(chǎn)生低周波大應力疲勞創(chuàng)造了條件。因此認為,這起事故是一起較典型的在鍋爐上產(chǎn)生的低周波大應力疲勞破壞引起的爆炸事故。