某球罐頂部放空管斷裂事故分析

1、某球罐頂部放空管斷裂事故分析 1、事故概況 2000年3月27日上午,昆明市某磷肥廠一臺400m3 氮氣球罐因檢修需要,在降壓放空排氣時 (當(dāng)時罐內(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,斷開后的放空管從兩個操作人員之間飛過墜入地面,幸無人傷亡,但造成氮氣供應(yīng)長時間中斷,嚴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)計數(shù)據(jù)和現(xiàn)場檢查 (1 )該球罐的工藝參數(shù)為設(shè)計壓力:3.06mpa;設(shè)計溫度:常溫;使用介質(zhì):氮氣;容器類別:二類;容積:400m3 。 (2 )該球罐頂部設(shè)有一個直徑為500mm的人孔,人孔蓋為橢圓型封頭結(jié)構(gòu),蓋頂部開孔并與一1085mm

2、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,dn100截止閥的開啟度為60mm左右,超過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)檢驗合格出廠,其中人孔蓋封頭與接管焊接均符合國家有關(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)計圖樣要求封頭內(nèi)外均開坡口,為全焊透焊接結(jié)構(gòu)。封頭內(nèi)表面焊縫寬均為15m

3、m,焊高為5mm;外表面為角焊縫,焊高為6mm;其接管長度約為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220mm,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2.55.1mm,呈波浪形,并有不規(guī)則缺口兩個。 (4)接管焊縫無損檢測經(jīng)對封頭與接管的內(nèi)外角焊縫表面進行磁粉探傷和著色探傷,未發(fā)現(xiàn)表面裂紋及其它缺陷。對接管壁厚進行測定 ,除斷口附近變形區(qū)域外壁厚均為4.95.2mm,故可認定接管壁厚為5mm。 (5)管材化學(xué)成分分析和機械性能試驗經(jīng)取樣復(fù)驗,管子化學(xué)

4、成分和機械性能均符合gb3087-82低中壓鍋爐用無縫鋼管標(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,晶粒度級別68級,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hv240248,平均值為hv245,其基體的未變形部位硬度為hv183186。 技術(shù)鑒定表明 :放空管與封頭出廠資料齊全,符合國家有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,選材及尺寸復(fù)驗均符合設(shè)計圖樣要求,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,塑性變形嚴重;微觀金相檢查也表明,斷口邊緣部分組織滑

5、移較為明顯。因此 ,可認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典型的懸臂梁結(jié)構(gòu) ,在排放氮氣時,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(力臂)構(gòu)成一個力矩,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,對管件形成的最大彎矩與閥門的開啟度及出口彎管的角度有關(guān)。這就要求排空操作時,操作人員應(yīng)嚴格遵守操作規(guī)程,把握好閥門開啟度的大小,同時要求在設(shè)計時盡量避免 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 ,放空管閥門短時間內(nèi)一次性開啟過大,致使放空管與人孔

6、蓋連接處承載過大,導(dǎo)致管壁上的平均應(yīng)力超過了管材的屈服極限和強度極限,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間內(nèi)閥門開啟過大和結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理有關(guān)。 4、幾點建議 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、試驗而設(shè)置的排氣裝置。在加強對壓力容器主要受壓元件安全管理的同時,不可忽視對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。筆者提出以下幾點建議供同行參考: (1 )壓力容器的操作工應(yīng)認真執(zhí)行安全操作規(guī)程,加強安全意識。在放空操作時,萬不可將閥門在短時間內(nèi)一次性開啟過大,開啟度最好不要超過閥門公稱直徑的1/3,并做到小心緩慢泄壓。 (2 )放空結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)盡量避免氣流出口處采用90彎管,可選用120135,以減少流體的橫向沖力?？紤]到排氣時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)計上考慮整體加固措施,防止排氣振動過大。 (3 )在制造安裝時,須嚴格執(zhí)行國家有關(guān)壓力容器的法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),嚴格施工紀(jì)律