一起温水机爆炸事故的技术分析

一起温水机爆炸事故的技术分析

周俊 孙昱蒙

绍兴市质量技术监督检测院 浙江绍兴 312000

摘要：某牌温水机工作时加热内胆发生爆炸，在对现场进行查勘后，通过对同规格型号温水机的结构、工作原理、设计技术进行分析，得出温水机发生爆炸原因，并针对存在的安全隐患给出了产品改进建议。

关键词：温控系统、泄压装置、内胆结构

温水机是为了满足较多人员饮用开水的需求而设计、开发的一种利用电能或其它燃料燃烧转化为热能而生产开水的饮水设备。适用于各个公共场所，如机场、车站、学校、医院、酒楼、宾馆、公司、工厂、机关单位等。^[1]本文对一起温水机的爆炸事故进行技术分析，提出相应的改进建议。

1 事故概况

某公司购进一台温水机，产品执行标准GB4706.1-2005、GB4706.36-2014。温水机于购机当年 6 月投入使用，3个月后加热内胆发生爆炸，爆破口位置为内胆圆筒与底部相连焊缝，未造成人员伤亡。

2 勘查情况

通过对事故现场勘查，对同规格型号产品的结构、工作原理、设计技术进行质量缺陷的分析。

2.1工作原理

对温水机的水管路进行拆解，结合图纸、使用说明书及制造商技术人员的介绍，画出冷热水的走向图1。

图1 温水机工作原理图

（1）进水流程：当加热内胆水温达到设定值时，按下出水按钮时，电脑控制板接到信号后控制进水、出水电磁阀开启，同时将泄压电磁阀关闭，外接进水口的市政水经四个滤瓶、超滤器、大T33、进水电磁阀、安全泄压阀，进入热交换器盘管的外套管进行热交换，将冷水变温水，然后通过管道进入加热内胆。具体冷水走向见图1蓝线。

（2）出水流程：由于受到内胆底部进水压力的推动，热水经加热内胆顶部出口管道进入热交换器盘管的内管，进行热交换将热水变成温水，经过紫外线灯管、出水电磁阀，从出水按钮下方出水。如果感觉出水温度不够理想，可以调节水温调节阀进行调温。具体热水走向见图1红线。

（3）据制造商的温水机产品使用说明书，该机的正常加热流程：当内胆下温度传感器处的水温低于85℃时，电脑控制板控制断路器吸合，开始加热，此时泄压电磁阀开启，并在加热过程中按关10s、开3s的程序进行开、关动作，给加热内胆泄压。当内胆上温度传感器处的水温达到于95℃时，停止加热。

（4）安全保护：包括电控加热系统和安全泄压阀，其主要的配置和工作原理如下：

a、电控加热系统：该机采用电脑控制板、二个温度传感器（见图2红箭头）来控制加热内胆加热；一个泄压电磁阀来排除内胆加热时产生的蒸汽；一个温控切断装置（见图2蓝箭头）来控制意外干烧。

b、安全泄压阀：该阀安装在进水管路上（见图1），主要作用是当进水压力超过设定值时，安全泄压阀动作自动泄压，保证进水压力的稳定。

2.2设计技术分析

通过对温水机的温控系统、泄压装置、内胆结构进行设计技术分析，发现了存在的问题和隐患。

该温水机温控加热系统采用电脑控制板、二个温度传感器来控制加热内胆加热，防止超温；一个温控切断装置和断路器来控制意外干烧。二个温度传感器的感应头位于加热内胆内，温控切断装置安装在加热内胆外壁上。据制造商介绍：上、下二个温度传感器的动作温度分别为95℃、85℃，温控切断装置动作温度为125℃。根据该机的实际配置，只有一个温控切断装置起安全保护作用，所以一旦该装置出现故障，就无法保证温水机的使用安全。因此温控切断装置的动作参数、设置位置和数量值得商榷。

图2 温水机温控装置

该温水机加热时产生的蒸汽只能通过泄压电磁阀唯一通路进行排气泄压，如泄压量不足或一旦出现故障，就会存在爆炸隐患。而且制造商基于出水口出水快速、稳定的考虑，在泄压电磁阀进口加装了一片不锈钢小径通孔垫片，大大缩小了泄压通孔面积（见图3、4），这对快速、顺畅的泄压又带来了障碍。（实测泄压电磁阀进口直径为10.72mm，垫片小孔直径为1.65 mm，通孔面积仅为原来的2.4%）

图3 泄压电磁阀 （有不锈钢垫片） 图4 泄压电磁阀（无不锈钢垫片）

（3）该温水机内胆筒体与上下封头采用搭接联接，结构不合理，存在较大的应力集中。

3 事故原因分析

根据爆炸事故现场情况分析，可以明确以下四条：

（1）该温水机爆炸系加热内胆内有气室而引起。

（2）该温水机爆炸前较长时间无人取水。

（3）温控加热系统失灵，内胆持续不断加热。

（4）温控切断装置失效。

根据该温水机的工作原理，发生爆炸的原因有以下两种可能：

a、因为温控切断装置失效，温控加热系统失灵，造成内胆持续不断加热，即使其它部分都正常。此时进水电磁阀常闭，泄压电磁阀按关10s、开3s的程序进行开、关动作，给加热内胆泄压，经过一定时间后，造成内胆液位下降，上部形成一定容积的气室，而泄压电磁阀进口处由于加装了一片不锈钢小径通孔垫片，大大缩小了泄压通孔面积，造成泄压量不足，同时，安全泄压阀泄压量不足，造成内部温度和压力继续不断升高，最终导致内胆超压蒸汽爆炸。

b、因为温控切断装置失效，温控加热系统失灵，造成内胆持续不断加热，若此时泄压电磁阀也失灵，并且进水电磁阀常闭，形成一个从进水电磁阀到出水电磁阀之间包含管路、加热内胆的完全充满水或存在少量气室的液体空间。随着温度的上升，蒸汽量不断增加，压力不断升高，而安全泄压阀泄压量不足，造成内部温度和压力继续不断升高，最终导致内胆超压蒸汽爆炸。

根据现场勘查及技术分析，此次温水机的爆炸原因：温控切断装置失效，温控加热系统失灵，造成内胆持续不断加热，而泄压装置泄压量不足，造成内部温度和压力持续不断升高，最终导致内胆超压发生蒸汽爆炸。

4 隐患及建议

（1）泄压电磁阀无法起到泄压作用。在高于大气压力（过压）下工作的器具，应安装一个合适的压力释放装置以防超压。^[2]制造商基于出水口出水快速、稳定的考虑，在泄压电磁阀进口加装了一片不锈钢小径通孔垫片，大大缩小了通孔面积，而且按关10s、开3s的程序进行开、关动作，加热系统一旦出现故障，就无法及时、快速泄压。

（2）内胆结构不合理。该温水机内胆封头与筒体采用搭接联接，结构不合理，当内胆承压会造成较大的应力集中，承压能力不足。建议封头与筒体采用对接联接，以缓解应力集中。

（3）内胆安全泄压装置不足。根据该机的工作原理，当电气控制系统失灵时，内胆无安全泄压装置，故设置可靠的安全装置有待制造商改进，建议直接设置放空管。

（4）建议制造商在使用说明书中明确描述该机使用环境，并在设计上保证电气系统、控制系统在该使用环境下的正常、可靠运行。

（5）建议制造商对该温水机可能存在的意外情况进行评估，并进行相应的试验，选择最佳或最有效的安全保证措施，确保温水机出现任何意外情况不能正常工作时，均不会发生安全事故。

（6）如果在没有更好的安全保证措施的前提下，建议制造商采用重力式出水方式。

参考文献:

1. QB/T 4270-2011，商用电热开水器[S].2011.

2. GB 4706.36-2014 ,家用和类似用途电器的安全 商用电开水器和液体加热器的特殊要求[S].2014.

作者简介：

姓名：周俊

性别：男

出生年月日：1983年11月12日

籍贯（省和市）：浙江省绍兴市

民族：汉

职位：科室正职

职称：工程师

研究方向：机电设备检验检测技术