湖北某糖厂锅炉爆炸案列分析

一、事故及往事概述
1978年，湖北某糖厂一台KZL 4-1.27型锅炉，连续运行仅18个月，在工作压力1.11 MPa下突然发生爆炸。从锅炉后管板上缘撕开，27吨的锅炉本体向前冲了十几米，遇到地面障碍物后翻了个身，锅底朝上。156平方米的锅炉房被彻底摧毁。邻近的厂房和设备受到不同程度的损坏。造成1死4伤，经济损失4.4万元。
据现场检查，爆炸是由锅炉尾部管板弯边上部撕裂引起的，长度为1.71米，管板上部月牙形部分被撕裂，翻下并贴在管板上，压力表、水位计、安全阀均有损坏。锅炉内部结垢不严重，烟管下部和锅炉外壳没有过热鼓包等现象。锅炉爆炸前未发现异常现象，锅筒内水位、压力正常，安全阀未动作。
二。事故原因分析。断口分析
在1.71米长的断口上，明显分为两部分:靠近内壁的一部分(宽约1.4-10.3毫米)，表面光滑光亮，有不规则的台阶；在靠近内表面的某些部位，可以观察到疲劳裂纹源和疲劳前沿。靠近外侧的断口呈纤维状，表面粗糙，方形明显，无台阶过渡面，是爆炸时撕裂的韧性断口。根据以上特征，认为是明显的疲劳断裂。
2。超声波探伤
对爆炸锅炉后管板进行了超声波探伤，钢板未发现不允许的缺陷。
3。化学成分、力学性能和金相分析
通过对锅炉后管板材料的化学成分、力学性能和金相分析，可以确定所选用的材料基本符合16MnCu(锰钢)材料的规格，根据国家标准和有关规定，该类钢不允许用于制造锅炉受压元件。由于这种钢具有热脆性和很大的缺口敏感性，导致材料迅速开裂膨胀，直至承受不了锅炉压力，然后毫无征兆地突然爆炸。
4。角撑板焊接质量的检查
有四个角撑板焊接在锅炉后管板上部的月牙形区域。爆炸后，所有四个角撑板都留在汽包中，它们在角撑板和管板的角焊缝处被拉掉。位于水线以下的可以清晰的看到断口上有一层水垢，位于蒸汽空之间的三个断口上也有浮垢和水锈。这说明角板的拉条在锅炉爆炸前就断开了。
角撑与管板的焊接质量极差。根据强度计算要求，设计连续焊缝长度为320mm，焊角高度和宽度为14米。但实际焊缝长度、宽度和高度与设计要求相差甚远，焊接金属与角撑之间的熔合也较差。【/br/】综上所述，由于锅炉后管板与角撑连接处的焊接质量较差，虽然其程度远远不够，但在锅炉运行过程中管板被撕裂后逐渐断开，使得管板成为无撑筋的平板，其上部月牙形所受载荷大大增加，加剧了管板弯曲处的应力集中。使拉应力和大的弯曲应力相互重叠。叠加后，应力峰值出现在管板弯曲部分的内表面，应力值会高于钢板的屈服极限。而且这种应力是不稳定的，随着锅炉内蒸汽压力的变化而变化。同时，烟气管道中烟气温度的波动引起烟气管道的膨胀和收缩，也会引起这种应力的波动。另外，锅炉间歇供汽，运行中压力波动频繁，启停频繁。在这种工况下，支撑断开后会产生应力集中，为管板弯曲处的低频高应力疲劳创造了条件。因此，认为这起事故是一起典型的锅炉低频高应力疲劳破坏引起的爆炸事故。