?1、事故概況
? 2000年3月27日上午,昆明市某磷肥廠一臺(tái)400m3 氮?dú)馇蚬抟驒z修需要,在降壓放空排氣時(shí) (當(dāng)時(shí)罐內(nèi)壓力為1.9MPa),其頂部的放空管與人孔蓋封頭的連接處突然斷裂,斷開(kāi)后的放空管從兩個(gè)操作人員之間飛過(guò)墜入地面,幸無(wú)人傷亡,但造成氮?dú)夤?yīng)長(zhǎng)時(shí)間中斷,嚴(yán)重影響了該廠化肥的正常生產(chǎn)。
? 2、事故原因分析
? 1）原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)檢查
?? (1 )該球罐的工藝參數(shù)為設(shè)計(jì)壓力:3.06MPa;設(shè)計(jì)溫度:常溫;使用介質(zhì):氮?dú)?容器類別:二類;容積:400m3 。
? (2 )該球罐頂部設(shè)有一個(gè)直徑為500mm的人孔,人孔蓋為橢圓型封頭結(jié)構(gòu),蓋頂部開(kāi)孔并與一108×5mm鋼管相焊接,管的另一端與Z41H型DN100的截止閥法蘭連接,截止閥的另一端與一根90°彎管連接,放空管總高約3m。
? (3 )管件的斷裂部位在人孔與管子的角焊縫熱影響區(qū)。事故發(fā)生時(shí),DN100截止閥的開(kāi)啟度為60mm左右,超過(guò)了閥門公稱直徑的一半。管件斷裂飛出的方向,與 90°彎管排氣的方向正好相反。
? 2）技術(shù)鑒定
?? (1 )竣工資料審查? 經(jīng)查有關(guān)的技術(shù)文件,人孔蓋封頭與放空管組焊件均經(jīng)檢驗(yàn)合格出廠,其中人孔蓋封頭與接管焊接均符合國(guó)家有關(guān)壓力容器安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
? (2 )接管焊接結(jié)構(gòu)檢查　經(jīng)檢查接管與封頭焊接是插入式結(jié)構(gòu),按設(shè)計(jì)圖樣要求封頭內(nèi)外均開(kāi)坡口,為全焊透焊接結(jié)構(gòu)。封頭內(nèi)表面焊縫寬均為15mm,焊高為5mm;外表面為角焊縫,焊高為6mm;其接管長(zhǎng)度約為100mm,另一端與高頸法蘭焊接。
? (3 )接管斷口檢查 封頭側(cè)斷口邊緣距角焊縫頂部距離為2～20mm,斷口大部分成45°傾角,管子側(cè)斷口存在明顯的塑性變形,內(nèi)徑最大值103mm,最小值92mm,其徑向變形量為11mm,斷口頂部截面厚度為2.5～5.1mm,呈波浪形,并有不規(guī)則缺口兩個(gè)。
? (4)接管焊縫無(wú)損檢測(cè)　經(jīng)對(duì)封頭與接管的內(nèi)外角焊縫表面進(jìn)行磁粉探傷和著色探傷,未發(fā)現(xiàn)表面裂紋及其它缺陷。對(duì)接管壁厚進(jìn)行測(cè)定 ,除斷口附近變形區(qū)域外壁厚均為4.9～5.2mm,故可認(rèn)定接管壁厚為5mm。
?? (5)管材化學(xué)成分分析和機(jī)械性能試驗(yàn)　經(jīng)取樣復(fù)驗(yàn),管子化學(xué)成分和機(jī)械性能均符合GB3087-82《低中壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)的要求。
? (6)管子斷口金相分析　經(jīng)微觀金相檢查,其顯微組織為鐵素體+珠光體,非金屬夾雜物為1級(jí),晶粒度級(jí)別6～8級(jí),基本符合材料標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)分析,斷口沿邊緣部位組織變形明顯,并產(chǎn)生與變形方向相同的二次裂紋,其斷口的變形部位硬度為HV240～248,平均值為HV245,其基體的未變形部位硬度為HV183～186。
? 技術(shù)鑒定表明 :放空管與封頭出廠資料齊全,符合國(guó)家有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,選材及尺寸復(fù)驗(yàn)均符合設(shè)計(jì)圖樣要求,結(jié)構(gòu)角焊縫經(jīng)表面探傷檢查未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷。但斷口宏觀檢查表明,斷口呈灰暗色,塑性變形嚴(yán)重;微觀金相檢查也表明,斷口邊緣部分組織滑移較為明顯。因此 ,可認(rèn)定這是一起典型的塑性破裂事故。
? 3）受力分析
? 根據(jù)工程材料力學(xué)的理論分析,該球罐頂部的放空管部件是一個(gè)典型的懸臂梁結(jié)構(gòu) ,在排放氮?dú)鈺r(shí),流體在出口處突然轉(zhuǎn)角90°,從而使流體的橫向沖力與放空管總長(zhǎng)(力臂)構(gòu)成一個(gè)力矩,而構(gòu)件的最大彎矩正好在放空管與人孔蓋封頭的結(jié)合部。流體在排放時(shí),對(duì)管件形成的最大彎矩與閥門的開(kāi)啟度及出口彎管的角度有關(guān)。這就要求排空操作時(shí),操作人員應(yīng)嚴(yán)格遵守操作規(guī)程,把握好閥門開(kāi)啟度的大小,同時(shí)要求在設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免 90°彎管,以保證操作安全。
? 3、事故結(jié)論
? 該球罐頂部放空管斷裂事故的原因是:由于在檢修時(shí) ,放空管閥門短時(shí)間內(nèi)一次性開(kāi)啟過(guò)大,致使放空管與人孔蓋連接處承載過(guò)大,導(dǎo)致管壁上的平均應(yīng)力超過(guò)了管材的屈服極限和強(qiáng)度極限,因而造成連接處 (管壁上)的塑性斷裂破壞。因此,管子的斷裂是與短時(shí)間內(nèi)閥門開(kāi)啟過(guò)大和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理有關(guān)。
? 4、幾點(diǎn)建議
? 壓力容器頂部的放空管是按設(shè)備工藝要求和為制造、安裝及檢修、試驗(yàn)而設(shè)置的排氣裝置。在加強(qiáng)對(duì)壓力容器主要受壓元件安全管理的同時(shí),不可忽視對(duì)放空裝置的安全要求。這一次放空管突然斷裂事故,應(yīng)引起我們的高度重視。筆者提出以下幾點(diǎn)建議供同行參考:
? (1 )壓力容器的操作工應(yīng)認(rèn)真執(zhí)行安全操作規(guī)程,加強(qiáng)安全意識(shí)。在放空操作時(shí),萬(wàn)不可將閥門在短時(shí)間內(nèi)一次性開(kāi)啟過(guò)大,開(kāi)啟度最好不要超過(guò)閥門公稱直徑的1/3,并做到小心緩慢泄壓。
? (2 )放空結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免氣流出口處采用90°彎管,可選用120°～135°,以減少流體的橫向沖力。考慮到排氣時(shí)底部承受的彎矩載荷較大,建議選用厚壁鋼管。另外為了增加該結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,應(yīng)在設(shè)計(jì)上考慮整體加固措施,防止排氣振動(dòng)過(guò)大。
? (3 )在制造安裝時(shí),須嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家有關(guān)壓力容器的法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),嚴(yán)格施工紀(jì)律,防止放空管用材錯(cuò)誤并消除因焊接而造成的缺陷。
? (4)在壓力容器日常外觀檢查及定期內(nèi)外部檢驗(yàn)時(shí),應(yīng)加強(qiáng)對(duì)該部件的安全檢查,重點(diǎn)是相應(yīng)的焊縫及其母材處是否存在表面疲勞裂紋及變形泄漏,一旦發(fā)現(xiàn)應(yīng)及時(shí)修復(fù)處理。