电子书材料~压力容器基础知识讲座(第十章)

第十章压力容器典型案例分析

事故案例一：

1、事故概况     

2000年3月27日上午,昆明市XX磷肥厂一台400m3 氮气球罐因检修需要,在降压放空排气时 (当时罐内压力为1.9MPa),其顶部的放空管与人孔盖封头的连接处突然断裂,断开后的放空管从两个操作人员之间飞过坠入地面,幸无人伤亡,但造成氮气供应长时间中断,严重影响了该厂化肥的正常生产。

     

2、事故原因分析   

1）原始设计数据和现场检查   

(1 )该球罐的工艺参数为设计压力:3.06MPa;设计温度:常温;使用介质:氮气;容器类别:二类;容积:400m3 。   

(2 )该球罐顶部设有一个直径为500mm的人孔,人孔盖为椭圆型封头结构,盖顶部开孔并与一10835mm钢管相焊接,管的另一端与Z41H型DN100的截止阀法兰连接,截止阀的另一端与一根90°弯管连接,放空管总高约3m。    (3 )管件的断裂部位在人孔与管子的角焊缝热影响区。事故发生时,DN100截止阀的开启度为60mm左右,超过了阀门公称直径的一半。管件断裂飞出的方向,与 90°弯管排气的方向正好相反。   

2）技术鉴定   

(1 )竣工资料审查经查有关的技术文件,人孔盖封头与放空管组焊件均经检验合格出厂,其中人孔盖封头与接管焊接均符合国家有关压力容器安全技术标准的规定。   

(2 )接管焊接结构检查经检查接管与封头焊接是插入式结构,按设计图样要求封头内外均开坡口,为全焊透焊接结构。封头内表面焊缝宽均为15mm,焊高为5mm;外表面为角焊缝,焊高为6mm;其接管长度约为100mm,另一端与高颈法兰焊接。   

(3 )接管断口检查封头侧断口边缘距角焊缝顶部距离为2～20mm,断口大部分成45°倾角,管子侧断口存在明显的塑性变形,内径最大值103mm,最小值92mm,其径向变形量为11mm,断口顶部截面厚度为2.5～5.1mm,呈波浪形,并有不规则缺口两个。   

(4)接管焊缝无损检测经对封头与接管的内外角焊缝表面进行磁粉探伤和着色探伤,未发现表面裂纹及其它缺陷。对接管壁厚进行测定,除断口附近变形区域外壁厚均为4.9～5.2mm,故可认定接管壁厚为5mm。     

(5)管材化学成分分析和机械性能试验经取样复验,管子化学成分和机械性能均符合GB3087-82《低中压锅炉用无缝钢管》标准的要求。   

(6)管子断口金相分析经微观金相检查,其显微组织为铁素体+珠光体,非金属夹杂物为1级,晶粒度级别6～8级,基本符合材料标准要求。经分析,断口沿边缘部位组织变形明显,并产生与变形方向相同的二次裂纹,其断口的变形部位硬度为HV240～248,平均值为HV245,其基体的未变形部位硬度为HV183～186。    技术鉴定表明:放空管与封头出厂资料齐全,符合国家有关技术标准的规定,选材及尺寸复验均符合设计图样要求,结构角焊缝经表面探伤检查未发现超标缺陷。但断口宏观检查表明,断口呈灰暗色,塑性变形严重;微观金相检查也表明,断口边缘部分组织滑移较为明显。因此,可认定这是一起典型的塑性破裂事故。   

3）受力分析   

根据工程材料力学的理论分析,该球罐顶部的放空管部件是一个典型的悬臂梁结构,在排放氮气时,流体在出口处突然转角90°,从而使流体的横向冲力与放空管总长(力臂)构成一个力矩,而构件的最大弯矩正好在放空管与人孔盖封头的结合部。流体在排放时,对管件形成的最大弯矩与阀门的开启度及出口弯管的角度有关。这就要求排空操作时,操作人员应严格遵守操作规程,把握好阀门开启度的大小,同时要求在设计时尽量避免 90°弯管,以保证操作安全。  

3、事故结论   

该球罐顶部放空管断裂事故的原因是:由于在检修时 ,放空管阀门短时间内一次性开启过大,致使放空管与人孔盖连接处承载过大,导致管壁上的平均应力超过了管材的屈服极限和强度极限,因而造成连接处 (管壁上)的塑性断裂破坏。因此,管子的断裂是与短时间内阀门开启过大和结构设计不合理有关。     

4、几点建议   

压力容器顶部的放空管是按设备工艺要求和为制造、安装及检修、试验而设置的排气装置。在加强对压力容器主要受压元件安全管理的同时,不可忽视对放空装置的安全要求。这一次放空管突然断裂事故,应引起我们的高度重视。

笔者提出以下几点建议供同行参考:   

(1 )压力容器的操作工应认真执行安全操作规程,加强安全意识。在放空操作时,万不可将阀门在短时间内一次性开启过大,开启度最好不要超过阀门公称直径的1/3,并做到小心缓慢泄压。   

(2 )放空结构设计应尽量避免气流出口处采用90°弯管,可选用120°～135°,以减少流体的横向冲力。考虑到排气时底部承受的弯矩载荷较大,建议选用厚壁钢管。另外为了增加该结构的稳定性,应在设计上考虑整体加固措施,防止排气振动过大。   

(3 )在制造安装时,须严格执行国家有关压力容器的法规和技术标准,严格施工纪律,防止放空管用材错误并消除因焊接而造成的缺陷。   

(4)在压力容器日常外观检查及定期内外部检验时,应加强对该部件的安全检查,重点是相应的焊缝及其母材处是否存在表面疲劳裂纹及变形泄漏,一旦发现应及时修复处理。

  事故案例二：  

河北省玉田县孤树镇XX饲料厂压力容器爆炸重大事故    来源：安全管理网            (一)事故概况  

2001年10月26日14时56分，玉田县孤树镇大庄村XX饲料厂蒸罐车间发生压力容器(蒸罐)爆炸事故，造成3人死亡，直接经济损失约15万元。 2001年10月26日13时30分，河北省玉田县孤树镇大庄村XX饲料厂开始工作，用自制压力容器(蒸罐)蒸鸡毛做饲料。第一罐蒸完后，第二罐装料开始供汽，压力升到0.24MPa，14时56分蒸罐发生爆炸，罐盖飞出，罐盖和汽浪将正在蒸罐前操作的1名工人击倒，刮破门口墙角，变向后又将正在车间门外进行粉碎的另2名工人击倒，罐盖滚到距蒸罐31m处。同时，爆炸造成罐体移位，部分房盖(房盖为石棉瓦)被气浪摧毁，共造成3入死亡，直接经济损失约15万元。   

(二)事故原因分析  

1.该厂使用的压力容器(蒸罐)属自制的无任何资料的不合格产品，紧固螺栓座焊缝为浮焊，未焊透，强度不够，并且在1998年12月31日下发锅炉压力容器通知书停止使用的情况下，非法使用，这是导致事故的主要原因。

2．在管理方面，一是该厂无安全生产管理的规章制度和安全操作规程；二是工人进厂都没有进行严格的安全教育和培训，没有县有关部门发放的上岗证；三是安全监察部门的通知书执行不得力，监督不及时。  

3．安全生产管理体制不规范，镇级对该厂的安全生产意识教育不够。   

(三)预防同类事故的措施  

1.严格执行压力容器的安全使用规定，严格按照法规、技术规范和严格标准设计、生产、安装和使用压力容器。有关部门对非法设计生产安装使用的压力容器要坚决取缔。

2.压力容器必须装设安全阀等装置，加强检验，保证其灵敏可靠。

3.气瓶检验单位按规定项目和周期对气瓶进行检验，特别对制造钢印和检验钢印进行重点检查，对超标或钢印模糊不清等不符合安全要求的气瓶，进行破坏性报废处理。     

4.气瓶使用单位使用前，应进行检查，超过标准规定使用年限的气瓶，不得使用；对气瓶制造、检验钢印标记和盛装气体种类压力进行确认，不符合安全技术要求的气瓶严禁使用。使用气瓶必须严格遵守使用说明或警示标签的要求和规定。     

5.气瓶使用单位不得对瓶体进行焊接和更改气瓶钢印或颜色标志；不得使用报废气瓶、超过榆验周期的气瓶和表面有明显缺陷的气瓶，不得自行处理瓶内残液。

事故案例三  

XX纸业有限公司液氯钢瓶爆裂重大事故       来源：安全管理网   

(一)事故概况     

2008年9月6口13时30分左右，宁夏永宁县XX纸业有限公司一液氯瓶发生爆裂，造成119人有刺激、中毒症状，其中33人在医院接受医疗观察治疗。     事故钢瓶为8001-液氯钢瓶，于1981年制造，由银川市制钠厂液氯充装站亢装。事发时，该瓶已超过检验周期，处于露天静置状态，未投入使用。爆破口位于气瓶有角阀一侧封头护罩固定焊缝内侧约25mm处的母材沿环向裂刀：，长约750mm，最小壁厚不足4mm，母材内表面光滑，外侧有明显的呈条状腐蚀迹象。

     

(二)事故原因分析   

1.事故钢瓶属于超过安全使用年限的报废气瓶，且腐蚀严重，钢瓶充装液氯后，在露天下暴晒使用和存放，发生爆裂是导致液氯泄黼的直接原因。     

2.气瓶使用单位对气瓶的安全使用，存放管理不当是造成泄漏的主要原因。     3. 气瓶充装单位没有对所亢装的气瓶超过使用年限进行报废处理，反而进行充装，是造成事故的重要原因。     

(三)预防同类事故的措施     

1.有关部门督促充装单位和使用单位加大在用气瓶安全检查的力度，避免使用超期未检或报废的气瓶。     

2.气瓶亢装单位应严格按照《气瓶安全监察规程》和有关标准规定，设专人对气瓶逐只进行充装前检查，必要时测定气瓶壁厚。规程标准禁止充装或标已模糊的气瓶，一律不得充装。

事故案例四：

甘肃省西和县民福锌业有限责任公司压力容器爆炸重大事故  

来源：安全管理网        

（一）事故概况        

2004年5月12日12时31分，甘肃省西和县XX锌业有限责任公司发生一起浸出槽（压力容器）爆炸重大事故，造成1人死亡，1人受伤，直接经济损失455.5万元，间接经济损失1800.8万元。

      

事故设备为锌精矿复合催化氧化直接浸出工艺的关键设备─浸出槽，设计压力0.25MPa，设计温度125℃；设计介质为无毒性、非易燃、强酸性的硫酸锌，硫酸9%、硝酸1%；工作压力0.2MPa，工作温度90～120℃；筒体￠3600312，封头DN3600312，容器高5390mm，筒体与封头材质Q235B，容积47m?，壳体自重1.08t。容器内壁衬里为聚四氟乙烯，外壁保温层为岩棉/50；容器内设有换热面积为11.6m?的蒸汽加热（或自来水冷却）换热盘管，设有YCK三叶斜浆式、可拆涡轮式搅拌器；容器筒体腰部采用法兰（称为设备法兰，16Mn锻钢）连接，上下法兰连接螺栓设计为M303380-T双头螺栓，共72个，材质为35钢。

2004年4月30日曾进行过试验，但未成功。2004年5月12日，进行第二次试验。12时30分时，液相温度为77℃，压力为0.04MPa，开始通入氧气。氧气流量为50m?/h,后调至170m?/h，又调至150～130m?/h。12时31分，1号浸出槽发生爆炸事故。

事故造成1号浸出槽设备法兰连接的72个双头螺栓全部断裂。浸出槽上半部被抛起，撞毁厂房屋顶横梁、撞透楼顶，撞碎搅拌器电机壳体，容器壳体倾斜落下，电机转子被甩出落在10多米远的楼顶上；容器壳体（位于设备下半部设备法兰与耳座之间）裂缝1处；壳体上封头凸缘周围因撞击反作用力产生严重内凹变形，设备法兰裂缝6道（上法兰2道，下法兰4道）；搅拌器、换热（冷却）盘管、管道、阀门损坏，衬里及保温层局部损坏；容器支座钢筋混凝土墩台顶端100mm段开裂；车间一层、二层窗户及其玻璃全被摧毁；车间环形单梁吊车轨道报废。值班人员、车间副主任张某跌入浸出槽内死亡；试车总指挥卢某被气浪冲到，皮肤局部受擦伤。      

（二）事故原因分析        

1.直接原因      

在1号浸出槽的试车过程中，精矿粉中的硫化锌、硫化铁在浸出槽内受热的条件下，与稀硫酸起化学反应，有硫化氢气体生成。由于供给氧气的控制与截断装置简陋，使送入浸出槽内的氧气的量达到了发生化学反应的条件。由于容器衬里─聚四氟乙烯的静电特性决定了非导体会产生静电，而该容器又没有装置导体防静电和非导体防静电设施，于是静电积聚直至放电产生火花，又具备了化学反应所需的点燃这一条件。化学反应H2S+3/2O2=SO2↑+H2O+519kg/mol发生后，有二氧化硫气体生成和大量的热量产生。这些化学反应释放的热量只能使二氧化硫气体体积膨胀以释放能量，结果使容器内部压力瞬间陡然上升，仅靠一只公称通径为DN150的安全阀根本来不及泄压，在容器结构的最薄弱部位发生破坏。   

2.主要原因      

合同约定设备制造单位无压力容器制造资格，未经技术提供方及原始设计方同意，擅自委托他人，在对工艺过程可能出现的反应过程和危险性物质不清楚的情况下，将设备法兰位置及搅拌机位置、个数、转速改变，导致螺栓应力集中；实际提供的容器竣工图与原设计中设计介质要求不符，与实际情况不符；容器类别与实际需要不符，未设计导体和非导体防静电装置的缺陷没有改正；对安全阀的排放能力没有计算；同时容器出厂前违规点焊伤螺栓，安装时未按规定进行报装，擅自指挥不具备压力容器焊接资工现场施焊，错误连接耳座筋板，导致容器壳体出现裂纹。      

设计参数提供者对主要化学反应过程要求出现的危险性物质未说明清楚，同时对存在设计缺陷的设备图样盲目确认，导致压力容器设计介质与实际使用情况不符。      

3.间接原因      

操作人员岗前培训不到位。氧气控制装置不能保证合理控制。      

（三）预防同类事故的措施        

1.严禁将尚未成熟或未经专家鉴定的工艺应用于规模工业生产。      

2.加强对压力容器设计制造单位的监管，设计制造应满足设计条件的实现。

3.进一步加强《特种设备安全监察条例》宣传和执行力度，杜绝特种设备的非法安装和非法使用。      

4.要充分论证锌精矿复合催化氧化直接浸出工艺的可行性。如该工艺的确可行，应当通过形式试验或论证，改进和完善该工艺的关键设备─压力容器（浸出槽）：      

（1）按Ⅲ类压力容器的要求设计制造压力容器。      

（2）确定适当的容积、结构尺寸、设计压力等参数。      

（3）安全附件应优先采用安全阀与爆破片的组合。      

（4）对容器及管道的导体或非导体装设防静电设施。      

（5）通过自动化控制，对供给氧气的量（以mol计）做到总量控制，过量自动切断。控制适宜的温度、流量，防止超温超压和混合气体处于爆炸极限。     

（6）气相介质的冷却降温应优先采用喷淋降温法。

不错，从设计，使用和监检还有安装方面都给各相关人员敲响警钟！受益匪浅

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