安全警示2013年第26期 --一起锅炉爆炸事故

一起锅炉爆炸事故

2013年6月17日中午12:21:14，某工厂满负荷运转过程中，直流式蒸汽发生器-E号（OTSG-E）锅炉由于炉膛注入过量的燃料，造成超压爆炸。

1.事故背景

独立运行的SAGD注1作业通常采用天然气来产生蒸汽注井。该工厂为控制成本，被设计成可以使用合成气注2、产出气注3和天然气中的任何一种或是三者的混合气来进行生产。

OTSG-E是SAGD设施中6台OTSG中的一台。由蒸汽发生器单元与两个气体涡轮发电机共同为SAGD井作业提供蒸汽。OTSG-A、OTSG-B、 OTSG-C和OTSG-D 坐落在燃料主管汇的下游，消耗混合燃料气（天然气+合成气+产出气）。OTSG-E和OTSG-F由于建造时间晚，而则坐落于主管汇的上游，消耗100%的合成气。

2.事故经过

2013年6月17日12：18，某工厂满负荷的正常运转。 改质一体化装置（Upgrader）的气化设施产出高压合成气，通过变压吸附器（PSA）单元将高压气变成低压合成气送进下游混合燃料主管汇。

12:18:59，为PSA和下游管汇提供合成气的流量阀突然脱断关停。为确保继续能向主管汇供应合成气，系统会自动将PSA的旁通阀打开。但由于旁通阀开启速度过慢，只有少量合成气通过旁通进入了下游管汇，大量高压合成气却进入到了旁通之前的火炬系统被烧掉，从而造成了上

游管汇压力下降。

12:19:37，由于上游管汇的压力下降及输入下游管汇的合成气的减少，导致输往上游的混合燃料气中的天然气比例增高，造成燃料热值的增加，使OTSG-A/B/C/D和两台热蒸汽发生器（HRSG#1和#2）因过载逐个自动关停。

12:20:30，由于下游区的所有设备关停，不再燃烧任何燃料，导致下游管汇的压力（119kPag）高于上游管汇压力（108kPag），混合燃料管汇发生了逆流。OTSG-E和F开始燃烧100%的天然气和产出气。由于上游管汇压力的降低，OTSG-E和F的压力控制阀自动开启到100%，燃料控制阀也开启到100%，以增加燃料的输入。这使得原本燃烧低热值合成气（合成气热值：11662 kJ/Sm3）的OTSG-E和F被注入过量的高热值的天然气和产出气（天然气热值37403 kJ/Sm3 ，产出气热值37025 kJ/Sm3）。

图1 工艺流程示意简图

产出气输送管线 天然气输送管线

合成气输送管线

蓝色线条为主管汇逆流方向和位置

12:21:02， OTSG-F因过载而关停。这使得所有的剩余燃料被送入OTSG-E，而OTSG-E 的流量控制阀仍处于82.6%的开启状态。

12:21:04，送入OTSG-E的燃料的高热值增长率达到1,031 千焦每标准立方米（kJ/Sm3），远高于下游区的锅炉关停报警指（每秒160 kJ/Sm3的增长率）。12:21:09，OTSG-E报警关停。

12:21:14，OTSG-E 发生爆炸。爆炸将锅炉两侧重约1406kg的面板护门炸飞，北侧的门飞出28米落在路中央，南侧的门上翻将锅炉上方平台的梯子撞坏，然后落下砸到地面上，并将OTSG-F的梯子和外壳撞变形。

OTSG‐E

北门位置

南门位置

南门原本所在位置

南门炸飞后停留位置

图2 事故相关照片

3、事故原因

(1)直接原因：注入锅炉的混合燃料气比原本使用的合成气燃烧值高

3.25倍，同时燃料阀开启过大，造成进入锅炉的燃料远超过锅炉

最大连续工况所需的量，锅炉处于超负荷运转而超压爆炸。

(2)系统设计缺陷：系统公用同一燃料主管汇为所有蒸汽发生器提供不

同的燃料气。虽各种气体的热值不同。但触发关停的设计却针对某一种气体而设置的，造成在压力降低时，OTSG-E 仍将燃料阀大开，使锅炉依然处于运行中。

(3)变压吸附器（PSA）旁通阀开启速度过慢，使得只有少量通过旁通

管线进入混合燃料主管汇，因而造成上游管汇压力下降，最终造成主管汇倒流，大量高热值天然气注入OTSG-E。

(4)安全管理存在问题：2004年的下游区HAZOP风险分析中就指出热值

方面潜在的风险，并建议在系统中设置关停来解决此问题，但到投产时，却未实施。而后建的上游区OTSG-E和F的HAZOP风险分析则是照搬下游区，风险分析小组认为下游区的HAZOP风险分析可以覆盖上游区的，而完全忽略了上下游的锅炉管汇布局和使用燃料之间存在的差别及所可能造成的风险。

4、安全提示

(1)加强新方法新技术投入前技术和可操作性的论证和评审。

(2)开展有效的风险分析，对可能产生的风险制定有效的整改方案并实

施。

(3)杜绝走捷径，照搬照抄风险分析。在作业前，需要结合实际情况认

真进行风险识别、并制定有效措施，避免风险点遗漏。

(4)加强对管汇及控制阀门系统的排查和梳理，确保管汇的布局和设置

合理有效。

注1：SAGD是开发稠油的一项前沿技术，其机理是在注汽井中注入蒸汽，蒸汽向上超覆（超覆：overlap，地层学引用的一个普通术语。意指整合层序中地层向陆延伸、尖灭的范围由老至新逐层扩大，较新的层依次掩埋并超越其下伏层的延伸尖灭边界。）在地层中形成蒸汽腔，蒸汽腔向上及侧面扩展，与油层中的原油发生热交换，加热后的原油和蒸汽冷凝水靠重力作用采集到下面的水平生产井中产出。该工厂的SAGD是为开发沥青而使用的。

注2：沥青稀释后被送入Upgrader，其包括一个燃气发生炉和加氢裂化器。这套装置使用沥青质残渣来产生所有的合成气，而合成气则再次供应给SAGD设备，一个废热发电站和质量改善装置，同时还为加氢裂化器提供氢气。

注3：产出气是SAGD在产出沥青时伴随开采出的天然气。