寧波北侖港發(fā)電廠“3.10”電站鍋爐爆炸事故分析
1993年3月10日，浙江省寧波市北侖港發(fā)電廠一號機組發(fā)生一起特大鍋爐爐膛爆炸事故（按《電業(yè)生產(chǎn)事故調(diào)查規(guī)程》界定），造成死亡23人，重傷 8人，傷16人，直接經(jīng)濟損失778萬元。該機組停運132天，少發(fā)電近14億度。
一、事故經(jīng)過
1993年3月10日14時07分24秒，北侖港發(fā)電廠1號機組鍋爐發(fā)生特大爐膛爆炸事故，人員傷亡嚴重，死23人，傷24人（重傷8人）。
北侖港發(fā)電廠1號鍋爐是美國ABB－CE公司（美國燃燒工程公司）生產(chǎn)的亞臨界一次再熱強制循環(huán)汽包鍋爐，額定主蒸汽壓力17.3兆帕，主蒸汽溫度540度，再熱蒸汽溫度540度，主蒸汽流量2008噸/時。
1993年3月6日起該鍋爐運行情況出現(xiàn)異常，為降低再熱器管壁溫度，噴燃器角度由水平改為下擺至下限。
3月9日后鍋爐運行工況逐漸惡化。
3月10日事故前一小時內(nèi)無較大操作。14時，機組負荷400兆瓦，主蒸汽壓力15.22兆帕，主蒸汽溫度513度，再熱蒸汽溫度512度，主蒸汽流量1154.6噸/時，爐膛壓力維持負10毫米水柱，排煙溫度A側(cè)110度，B側(cè)158度。磨煤機A、C、D、E運行，各臺磨煤機出力分別為78.5％、73％、59％、38％，B磨處于檢修狀態(tài)，F(xiàn)磨備用。
主要CCS（協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)）調(diào)節(jié)項目除風量在“手動”調(diào)節(jié)狀態(tài)外，其余均投“自動”，吹灰器需進行消缺，故13時后已將吹灰器汽源隔離。
事故發(fā)生時，集中控制室值班人員聽到一聲悶響，集中控制室備用控制盤上發(fā)出聲光報警：“爐膛壓力‘高高”’、“MFT”（主燃料切斷保護）、“汽機跳閘”、“旁路快開”等光字牌亮。FSS（爐膛安全系統(tǒng)）盤顯示MFT的原因是“爐膛壓力‘高高”’引起，逆功率保護使發(fā)電機出口開關(guān)跳開，廠用電備用電源自投成功，電動給水泵自啟動成功。
由于汽包水位急劇下降，運行人員手動緊急停運爐水循環(huán)泵B、C（此時A泵已自動跳閘）。就地檢查，發(fā)現(xiàn)整個鍋爐房迷漫著煙、灰、汽霧，人員根本無法進入，同時發(fā)現(xiàn)主汽壓急驟下降，即手動停運電動給水泵。
由于鍋爐部分PLC（可編程邏輯控制）柜通訊中斷，引起CRT（計算機顯示屏）畫面鍋爐側(cè)所有輔助設(shè)備的狀態(tài)失去，無法控制操作，運行人員立即就地緊急停運兩組送引風機。經(jīng)戴防毒面具人員進入現(xiàn)場附近，發(fā)現(xiàn)爐底冷灰斗嚴重損壞，呈開放性破口。
二、事故造成后果
該起事故死亡23人，其中電廠職工6人（女1人），民工17人。受傷24人，其中電廠職工5人，民工19人。
事故后對現(xiàn)場設(shè)備損壞情況檢查后發(fā)現(xiàn)：21米層以下?lián)p壞情況自上而下趨于嚴重，冷灰斗向爐后側(cè)例呈開放性破口，側(cè)墻與冷灰斗交界處撕裂水冷壁管31根。立柱不同程度扭曲，剛性梁拉裂；水冷壁管嚴重損壞，有66根開斷，爐右側(cè)21米層以下剛性梁嚴重變形，0米層爐后側(cè)基本被熱焦堵至冷灰斗，三臺碎渣機及噴射水泵等全部埋沒在內(nèi)。爐前側(cè)設(shè)備情況尚好，磨煤機、風機、煙道基本無損壞。事故后，清除的灰渣934立方米。該起事故最終核算直接經(jīng)濟損失778萬元人民幣，修復時間132天，少發(fā)電近14億度。
因該爐事故造成的供電緊張，致使一段時間內(nèi)寧波地區(qū)的企業(yè)實行停三開四，杭州地區(qū)停二開五，浙江省工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到了嚴重影響，間接損失嚴重。
三、事故原因
該起鍋爐特大事故極為罕見，事故最初的突發(fā)性過程是多種因素綜合作用造成的。以下，僅將事故調(diào)查過程中的事故機理技術(shù)分析結(jié)論綜合如下：
（一）運行記錄中無鍋爐滅火和大負壓記錄，事故現(xiàn)場無殘焦，可以認定，并非煤粉爆炸。
（二）清渣過程中未發(fā)現(xiàn)鐵異物，渣成份分析未發(fā)現(xiàn)析鐵，零米地坪完整無損，可以認定，非析鐵氫爆炸。
（三）鍋爐冷灰斗結(jié)構(gòu)薄弱，彈性計算確認，事故前冷灰斗中積存的渣量，在靜載荷下還不會造成冷灰斗破壞，但靜載荷上施加一定數(shù)量的集中載荷或者施加一定數(shù)量的壓力，有可能造成灰斗失穩(wěn)破壞。
（四）事故發(fā)生后的檢驗結(jié)果表明，鍋爐所用的水冷壁管材符合技術(shù)規(guī)范的要求，對水冷壁管斷口樣品的失效分析證實，包角管的破裂是由于冷灰斗破壞后塌落導致包角管受過大拉伸力而造成的。
（五）對于事故的觸發(fā)原因，兩種意見：
一種意見認為，“3.10”事故的主要原因是鍋爐嚴重結(jié)渣。
事故的主要過程是：嚴重結(jié)積渣造成的靜載加上隨機落渣造成的動載，致使冷灰斗局部失穩(wěn)；落渣入水產(chǎn)生的水汽，進入爐膛，在高溫堆渣的加熱下升溫、膨脹，使爐膛壓力上升；落渣振動造成繼續(xù)落渣使冷灰斗失穩(wěn)擴大，冷灰斗局部塌陷，側(cè)墻與冷灰斗連接處的水冷壁管撕裂；裂口向爐內(nèi)噴出的水、汽工質(zhì)與落渣入水產(chǎn)生的水汽，升溫膨脹使爐膛壓力大增，造成MFT動作，并使冷灰斗塌陷擴展；三只角角隅包角管先后斷裂，噴出的工質(zhì)量大增，爐膛壓力陡升，在渣的靜載、動載和工質(zhì)閃蒸擴容壓力的共同作用下，造成鍋爐21米以下嚴重破壞和現(xiàn)場人員重大傷亡。因此，這是一起鍋爐嚴重結(jié)渣而由落渣誘發(fā)的機械一熱力破壞事故。
另一種意見認為，3月6日～3月10回爐內(nèi)結(jié)渣嚴重，由于燃燒器長時間下擺運行，加劇了灰斗結(jié)渣。這為煤裂角氣和煤氣的動態(tài)產(chǎn)生和積聚創(chuàng)造了條件?；以淙朐樊a(chǎn)生的水蒸汽進入冷灰斗，形成的振動加速了可燃氣體的生成。經(jīng)分析計算，在0.75秒內(nèi)局部動態(tài)產(chǎn)生了2.7千克以上混合可燃氣體，逐步沿灰斗上升，在上升過程中，由于下二次風與可燃氣混合，混合溫度在470度左右（未達著火溫度）。突遇熾熱碎渣的進入或火炬（燃燒器噴焰）隨機飄入，引起可燃氣體爆炸，爐膛壓力急劇升高，爐膛出口壓力達2.72手帕以上，觸發(fā)MFT動作。爆炸時，兩側(cè)墻鼓出，在爆炸和爐底結(jié)渣的聯(lián)合作用下，灰斗與兩側(cè)墻連接處被撕裂，灰斗失穩(wěn)下塌，包角管和聯(lián)箱水平相繼破裂，大量水汽泄出，爐內(nèi)壓力猛烈升高，使事故擴大。
（六）鍋爐投入運行后，在燃用設(shè)計煤種及其允許變動范圍內(nèi)煤質(zhì)時出現(xiàn)前述的嚴重結(jié)渣和再熱汽溫低、局部管段管壁超溫問題，與制造廠鍋爐爐膛的結(jié)構(gòu)設(shè)計和布置等不完善有直接關(guān)系，它是造成這次事故的根本原因。
另外，除上述諸技術(shù)原因外，北侖電廠及有關(guān)單位在管理上存在的一些問題，也是導致這起事故發(fā)生的原因：該事故機組自3月1日以來，運行一直不正常，再熱器管壁溫連續(xù)超過報警溫度。雖經(jīng)采取調(diào)整火焰中心，加大吹灰和減輕負荷等措施，壁溫超限問題仍未解決。按ABB-CE公司鍋爐運行規(guī)程規(guī)定，再熱器壁溫的報警溫度為607度，3月6日至3月10日，再熱器壁溫多在640度和670度之間，鍋爐負荷已從600兆瓦減至500兆瓦，再減至450兆瓦，到3月10日減至400兆瓦，再熱器壁溫仍嚴重超限。按運行規(guī)程規(guī)定，再熱器壁溫嚴重超溫采取措施而無效時，應采取停爐措施。運行值班長曾多次向華東電管局總調(diào)度和浙江省電管局調(diào)度請示，但上級部門非但不同意停爐，而且還要求將鍋爐負荷再提高一些，要求鍋爐堅持運行到3月15日計劃檢修時再停爐。結(jié)果因結(jié)焦嚴重，大塊焦渣崩落，導致該起特大事故發(fā)生。
因此，該起事故原因的認定結(jié)論為：制造廠鍋爐爐膛設(shè)計、布置不完善及運行指揮失當；是一起鍋爐設(shè)備嚴重損壞和人員群亡的責任事故。事故的直接原因是鍋爐嚴重結(jié)渣。
四、事故處理
該起事故發(fā)生后，電力工業(yè)部及浙江省有關(guān)部門組成了事故調(diào)查組，對事故責任認定如下：
（一）該臺鍋爐在投入運行以后，在燃用設(shè)計煤種及允許變動范圍內(nèi)的煤種時，出現(xiàn)了鍋爐結(jié)渣、再熱汽溫達不到設(shè)計值而過熱器、再熱器管壁嚴重超溫的問題；雖然采取了降負荷運行和下擺燃燒器等防止結(jié)渣，但積渣日趨嚴重，最終釀成了事故。另外樓梯間、平臺、過道不暢造成了人員眾多傷亡，因此制造廠對事故負有主要責任。
（二）在運行管理上，北侖港電廠對引進的設(shè)備和技術(shù)研究、消化不夠，又缺乏經(jīng)驗，在采取一系列常規(guī)措施未能改善鍋爐運行狀況的情況下，未能及時對爐內(nèi)嚴重結(jié)渣作出正確判斷，因而沒有采取果斷停爐措施。對事故負有運行管理不當?shù)拇我熑巍?/p>
為了認真吸取事故教訓，除積極組織對外談判外，電力部已對有關(guān)責任人進行了處理：⑴對北侖港電廠廠長給予降職處分；⑵對廠總工程師給予行政記大過處分；⑶對浙江省電力局局長通報批評，生產(chǎn)副局長通報批評；⑷其他有關(guān)直接責任人員也做了相應處理。另對調(diào)查組提出的防止事故的對策。要求ABB-CE公司解決的項目，將通過談判達到。
（三）與事故主要責任方美國ABB－CE公司的談判工作本著堅持原則、實事求是、維護國家利益的原則，由中國技術(shù)進出口總公司、水利電力對外公司及華東電管局、浙江省電力局等單位組成談判組，開展對美國ABB－CE公司的談判工作。第一輪談判于1993年9月9日至9月10日進行，談判主要內(nèi)容是雙方各自闡述對事故原因的看法。ABB－CE認為鍋爐下部結(jié)渣是導致事故的主要原因，七種可能的外力造成灰斗失穩(wěn)引起事故，而灰斗的四道剛性梁及四周角部的焊接質(zhì)量不良使灰斗強度不夠。我方認為鍋爐結(jié)構(gòu)不完善，制造質(zhì)量不良，冷灰斗設(shè)計強度低，在鍋爐大量結(jié)渣的情況下又無法觀察和清渣。因此受可能發(fā)生的外力作用，使灰斗失穩(wěn)破壞引起事故。在談判中我方還與ABB-CE公司就如何使鍋爐消除缺陷，盡快達到安全穩(wěn)定運行的各種問題進行了討論。為使下一輪談判順利進行，ABB－CE公司在10月份提交了正式的事故調(diào)查報告及我方需要的爐內(nèi)溫度場、有關(guān)部件的強度計算等分析資料；我方提供了煤種資料及事故原因調(diào)查報告（第二輪談判于當年11月初舉行，談判內(nèi)容及結(jié)論暫略）。
五、防范措施
國內(nèi)大型電站爐結(jié)渣的問題比較普遍，為接受北侖港事故教訓，舉一反三，電力工業(yè)部于1993年9月24日至28日召開了大型電站鍋爐燃燒技術(shù)研討會，邀請科研、制造和大專院校的專家參加，提出技術(shù)改進和加強管理的措施，提高電站鍋爐的安全運行水平。為預防事故再次發(fā)生，具體的防范措施如下：
（一）制造廠（ABB-CE）應采取措施，解決投產(chǎn)以來一直存在的再熱器汽溫低和部分再熱器管壁溫度嚴重超限的問題。
（二）制造廠應研究改進現(xiàn)有噴燃器，防止鍋爐結(jié)焦和煙溫偏差過大的問題。在未改進前，制造廠應在保證鍋爐設(shè)計參數(shù)的前提下，提出允許噴燃器下擺運行的角度和持續(xù)時間。
（三）鍋爐設(shè)計中吹灰器布置密度低，現(xiàn)在吹灰器制造質(zhì)量差，制造廠應采取措施加以改進。在未改進前，電廠應加強檢修、維護和管理，提高現(xiàn)有吹灰器的可用率，必要時換用符合要求的吹灰器。
（四）制造廠應研究適當加強冷灰斗支承的措施，以提高其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性又不致影響環(huán)形集箱的安全。
（五）制造廠應采取措施加裝必要的監(jiān)視測點，如尾部煙溫、煙壓測點、過熱器減溫器進出口汽溫測點、輻射式再熱器出口汽溫測點等，并送入計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。此外，還應考慮裝設(shè)記錄型爐膛負壓表。
（六）制造廠應對冷灰斗的積渣和出渣系統(tǒng)的出渣增加必要的監(jiān)測手段，包括增加必要的爐膛看火孔，以便檢查鍋爐結(jié)渣情況。
（七）制造廠應對不符合安全要求的廠房結(jié)構(gòu)、安全設(shè)施、通道、門、走、平臺和扶梯等進行改進，如大門不能采用卷簾門，看火孔附近要有平臺等。
（八）切實加強燃煤管理。電力部和其他上級有關(guān)部門應共同解決鍋爐燃煤的定點供應問題。電廠要加強對入廠煤、火爐煤的煤質(zhì)分析和管理，完善配煤管理技術(shù)。
（九）電廠應嚴格執(zhí)行運行規(guī)程，加強對鍋爐的運行分析和管理工作。應及時提出鍋爐運行情況的分析意見和異常工況的應急措施。
（十）對事故中波及的設(shè)備和部件進行仔細的檢查。恢復運行前必須進行爐內(nèi)空氣動力場和燃燒調(diào)整試驗。
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