1 引言

　　自1998年陜北天然氣供應北京以來，首都的燃料結(jié)構(gòu)以及與其密切相關(guān)的環(huán)境質(zhì)量都發(fā)生了很大變化。過去分布城區(qū)的1萬多臺燃煤鍋爐陸續(xù)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(guān)部門更換燃燒設(shè)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(shè)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(shù)監(jiān)督部門的相關(guān)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(tǒng)的產(chǎn)品質(zhì)量和安全性能要求嚴格。本文僅就中、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(yè)的生命。”沒有安全就沒有效益、沒有發(fā)展。

　　為了保證燃氣鍋爐安全經(jīng)濟運行，保證人身安全，勞動部根據(jù)《鍋爐壓力容器安全監(jiān)察暫行條例》的有關(guān)規(guī)定，于1996年、1997年先后頒布了《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》和《熱水鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》(以下簡稱《規(guī)程》)。它適用于燃氣鍋爐及鍋爐范圍內(nèi)管道的設(shè)計、制造、安裝、使用、檢驗、修理和改造。

　　《規(guī)程》中明確規(guī)定了燃氣鍋爐必須或應該設(shè)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(jīng)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。

　　2．1 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(nèi)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(jiān)控參數(shù)，當這些參數(shù)出現(xiàn)異常時，自動報警裝置應發(fā)出聲光信號。

　　2．1．1．1超溫報警

　　《規(guī)程》規(guī)定：燃氣熱水鍋爐額定出口熱水溫度高于或等于120℃以及額定出口熱水溫度低于120℃但額定功率大于或等于4．2MW時，應該設(shè)超溫報警裝置，并有聯(lián)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(jīng)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(fā)量大于或等于6t／h時，應裝有蒸汽超壓報警，并設(shè)聯(lián)鎖保護超壓報警同時關(guān)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(fā)量大于或等于2t／h時，應裝設(shè)高低水位報警，高低水位報警信號要能區(qū)分，發(fā)生低水位報警時，關(guān)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(shè)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(lián)鎖裝置。在鍋爐運行中一旦出現(xiàn)(1)至(5)所述情況，能夠自動切斷燃氣供應；對裝設(shè)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(fā)生汽化或水溫升高到超過規(guī)定值；

　　(2)蒸汽鍋爐壓力超過規(guī)定值或水位低到最低值；

　　(3)當燃氣壓力過高時，還會出現(xiàn)脫火現(xiàn)象，甚至在爐膛內(nèi)發(fā)生爆炸，因此燃燒器必須在設(shè)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(nèi)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(tǒng)進行檢漏)；

　　(4)送風機、引風機、以及熱水鍋爐的循環(huán)水泵突然停電或停止運行或發(fā)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(shè)定值就應啟動切斷裝置，目前，國產(chǎn)燃氣鍋爐普遍采用煙溫變送器，煙溫變送器將一次儀表(Ptl00、Cu50)的測量值轉(zhuǎn)換為標準值并輸出到PLC，一旦超溫，立刻緊急停爐，同時發(fā)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：①經(jīng)水處理后的水質(zhì)不符合要求，使煙管或水管的管壁上結(jié)垢，影響了煙氣向介質(zhì)傳熱，這時管壁溫度和煙氣溫度升高，若結(jié)垢嚴重，還會使管子溫度過高而爆裂；②由于液位控制裝置失靈使爐內(nèi)缺水；③每組對流管束間串氣，煙氣未按規(guī)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。

　　2．1．3噴淋裝置

　　蒸汽鍋爐裝有再熱器時，應裝有自動噴淋裝置。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(tǒng)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(fā)生泄露極易產(chǎn)生爆炸，可燃混合氣體在密閉容積內(nèi)爆炸時，所產(chǎn)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(fā)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(nèi)可能積存的可燃氣體，可靠的點火程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(tǒng)，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(jīng)火焰探測器證實)，并經(jīng)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(nèi)被點燃時，主燃燒器能在點火火焰熄滅的同時自動快速關(guān)閉，燃氣鍋爐的點火程序一般由程序控制器進行監(jiān)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?cè)莘e，且通風時間不小于表1中規(guī)定值。

表 1

　　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(shè)燃燒自動調(diào)節(jié)裝置，對燃氣鍋爐的進風量和燃氣供應量進行聯(lián)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(jiān)測器是熄火保護裝置的關(guān)鍵設(shè)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(jiān)測元件，可以把光輻射的頻率變化轉(zhuǎn)化為電能，并通過電氣回路控制燃氣的供應�；鹧姹O(jiān)測器檢測燃燒器是否燃燒，一旦出現(xiàn)熄火現(xiàn)象就立即切斷電磁閥，防止燃氣向爐內(nèi)泄露，因此要求其必須反應靈敏，其響應速度必須符合規(guī)定要求，動作穩(wěn)定可靠，能適應鍋爐燃燒器的特性，并發(fā)出相關(guān)的訊號。

　　目前主要使用的火焰監(jiān)測器有兩種：一種是監(jiān)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(jiān)測，如離子監(jiān)測針。

　　與紫外光敏管相比，離子監(jiān)測針的可靠性更高一些。一個原因是因為當火焰不穩(wěn)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(jié)構(gòu)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(nèi)供應就會發(fā)生爆炸事故。對于脫火現(xiàn)象紫外光敏管是不能做出判斷的，它仍可以檢測到爐內(nèi)有紫外線，做出正常燃燒的指令；而離子監(jiān)測針，當火焰脫離燃燒頭，火焰也就脫離了監(jiān)測針，它的周圍沒有離子產(chǎn)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(jiān)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(nèi)，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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)和受熱面結(jié)構(gòu)帶來極大的破壞。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。

　　燃氣鍋爐的爆炸事故往往發(fā)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(nèi)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(fā)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(fā)生爆炸。為了減輕爐膛和煙道在混合氣體發(fā)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(guān)規(guī)定，一般取0．025m2／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(zhuǎn)彎處、悶頂?shù)纫子诰奂�可燃氣體的停滯區(qū)都是最容易發(fā)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(chǎn)生的壓力波沖擊的部位，一旦這些部位發(fā)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(guān)。當爐內(nèi)煙氣壓力大于因自重產(chǎn)生的平衡力時，門蓋被推開，泄出爐內(nèi)煙氣。待爐內(nèi)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于鍋爐爐膛、煙道等圍護結(jié)構(gòu)的防爆膜用法蘭緊固在防爆門框上，當爐內(nèi)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(nèi)壓力升高時，水被沖出而泄壓。這種防爆門結(jié)構(gòu)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(shè)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�？墒�，近幾年來事故還是時有發(fā)生。2002年發(fā)生在燃氣行業(yè)，由于專業(yè)人員調(diào)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(fā)生了1起鍋爐爆炸事故，某外資企業(yè)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(fā)現(xiàn)煙囪冒濃煙，即與值班電工一起去鍋爐房查看：發(fā)現(xiàn)鍋爐燃燒器油泵軸封處漏油，爐頂平臺上積油，兩人關(guān)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(fā)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(jīng)過緊急滅火，1人被燒傷，鍋爐燃燒器及其他設(shè)備被燒毀。

　　3．1 事故原因

　　2003年8月6日，國家質(zhì)檢總局通報了上半年我國鍋爐、電梯及游樂設(shè)施等特種設(shè)備的事故情況。在148起“嚴重”事故中，因設(shè)備本身質(zhì)量引發(fā)的占總數(shù)的21．6％，因安全附件不全或安全裝置失效引發(fā)的占總數(shù)的13．5％，因維護管理不善引發(fā)的占總數(shù)的7．4％，因操作失誤引發(fā)的占總數(shù)的47．3％。后兩項合計占54．7％。這些數(shù)據(jù)表明，管理不善和操作失誤是引發(fā)事故的主要原因，設(shè)備的質(zhì)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(fā)。當時，操作人員如果嚴格按照燃油、燃氣鍋爐的操作規(guī)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(tǒng)、引送風系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)、自控儀表系統(tǒng)及鍋爐本體組成。從介質(zhì)流動的角度看，可大致分為水汽系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)。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、煙道等易聚積氣體的部位，往往成為事故的引發(fā)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(fā)生在起動和停爐這兩個時段，即多發(fā)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(fā)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(guān)注的焦點。而且統(tǒng)計結(jié)果表明，中、小型燃氣鍋爐的燃氣爆炸事故有2／3是發(fā)生在點火過程，造成的原因絕大多數(shù)都是違反操作規(guī)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(fā)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(guī)章制度進行人工監(jiān)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(zhì)量監(jiān)督，我認為要預防燃氣鍋爐事故的發(fā)生，除了要加強施工階段的質(zhì)量管理，嚴格依據(jù)國家標準和《蒸汽、熱水鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》進行施工，使燃氣鍋爐的安裝質(zhì)量得到監(jiān)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(shè)計水平，選用質(zhì)優(yōu)產(chǎn)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(tǒng)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(shè)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(diào)節(jié)裝置、燃燒自動調(diào)節(jié)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(jié)合。燃氣鍋爐發(fā)展趨勢是采用計算機控制，實現(xiàn)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(huán)節(jié)都必須進行嚴格的質(zhì)量檢驗，不合格產(chǎn)品決不允許出廠和使用。

　　(2)實行科學管理，建立健全各項規(guī)章制度，結(jié)合燃氣鍋爐特點，制定一整套燃氣鍋爐安全操作規(guī)程，嚴格執(zhí)行《鍋爐房安全管理規(guī)則》，堅持燃氣鍋爐管理人員持證上崗制度，定期檢查鍋爐及其附屬設(shè)備的維護保養(yǎng)和檢修計劃的實施情況，保持設(shè)備的完好，鍋爐及輔機設(shè)備應有檢驗和保養(yǎng)制度，，及時發(fā)現(xiàn)和消除隱患，防患于未然。

　　(3)提高工作人員素質(zhì)，增強安全意識，堅決樹立“安全第一”的思想，嚴格遵章守紀，嚴防違章操作，另外，燃氣鍋爐的推廣應用時間不長，部分管理人員對燃氣鍋爐安全技術(shù)及管理知識都缺乏了解，因此，還要加強對燃氣鍋爐管理人員的培訓教育工作，所有人員都要做到培訓考試合格上崗。

　　4 建 議

　　為了保證燃氣鍋爐安全運行，我們可以采取種種措施。如在燃氣鍋爐上采用先進的計算機控制系統(tǒng)，考慮到首都的特殊地位和奧運會將要召開，在管理水平、人員素質(zhì)參差不齊的狀況下，萬臺以上的燃氣鍋爐分散于城區(qū)，存在諸多安全隱患。因此，我們應當吸取近年來小煤窯、煙花廠分散管理、事故頻發(fā)、傷亡慘重的教訓，對燃氣鍋爐的安全運行給予足夠的重視，防范事故的發(fā)生，維護首都的經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定。

　　參考文獻

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