壓力容器爆炸事故分析

1、唐山旭陽(yáng)安環(huán)部|前前 言言|作為特種設(shè)備的壓力容器廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、能源等工業(yè)領(lǐng)域，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著重要的作用。| 安全生產(chǎn)，對(duì)于任何一個(gè)國(guó)家來(lái)說(shuō)都是關(guān)系民生的大事，是需要常抓不懈的重大課題。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，雖然重特大安全事故死亡人數(shù)逐年有所下降，但是安全生產(chǎn)的形勢(shì)仍然十分嚴(yán)峻。|通過(guò)一起壓力容器爆炸事故，對(duì)壓力容器失效機(jī)理進(jìn)行分析。|事故概況及經(jīng)過(guò)事故概況及經(jīng)過(guò)|1979年12月18日14點(diǎn)7分，吉林市煤氣公司液化氣站的102號(hào)400立方米液化石油氣球罐發(fā)生破裂，大量液化石油氣噴出，順風(fēng)向北擴(kuò)散，遇明火發(fā)生燃燒，引起球罐爆炸。由于該球罐爆炸燃燒，大火燒了19個(gè)小時(shí)，致使

2、五個(gè)400立方米的球罐，四個(gè)450立方米臥罐和8000多只液化石油氣鋼瓶(其中空瓶3000多只)爆炸或燒毀，罐區(qū)相鄰的廠房、建筑物、機(jī)動(dòng)車及設(shè)備等被燒毀或受到不同程度的損壞，400米遠(yuǎn)相鄰的苗圃、住宅建筑及拖拉機(jī)、車輛也受到損壞，直接經(jīng)濟(jì)損失約6270000元，死36人，重傷50人。 |該球罐自投用后兩年零兩個(gè)月使用期間，球罐經(jīng)常處于較低容量，只有三次達(dá)到額定容量，第三次封裝后四天，即在18日破裂。該球罐投用后，一直沒(méi)有進(jìn)行過(guò)檢查，破裂前，安全閥正常，排污閥正常關(guān)閉。球罐的主體材質(zhì)為15MnVR，內(nèi)徑9200毫米，壁厚25毫米，容積400立方米，用于貯存液化石油氣。|二、失效機(jī)理二、失效機(jī)理|

3、（一）壓力容器失效可分為：強(qiáng)度失效，剛度失效，失穩(wěn)失效，和泄漏失效四大類，其中強(qiáng)度失效是最主要的失效形式。|1強(qiáng)度失效是指因材料屈服或斷裂引起的壓力容器失效，包括韌性斷裂，脆性斷裂，疲勞斷裂，蠕變斷裂和腐蝕斷裂等。|（1）韌性斷裂是壓力容器在載荷作用下，產(chǎn)生的應(yīng)力達(dá)到或接近所用材料的強(qiáng)度極限而引發(fā)的斷裂。|（2）脆性斷裂是指變形量很小，且在殼壁中的應(yīng)力值遠(yuǎn)低于材料的強(qiáng)度極限時(shí)發(fā)生的斷裂。這種斷裂是在較低應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生的，故又稱為低應(yīng)力脆斷。|（3）疲勞斷裂是使用中的壓力容器，在交變載荷作用下，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋和突然發(fā)生斷裂失效的過(guò)程。|（ 4）蠕變斷裂是壓力容器在高溫下長(zhǎng)期受載，隨時(shí)間

4、的增加，材料不斷地發(fā)生蠕變變形，造成厚度明顯減薄與鼓脹變形最終導(dǎo)致壓力容器斷裂的現(xiàn)象。|（5）腐蝕斷裂：壓力容器在均勻腐蝕或局部腐蝕時(shí)具有韌性斷裂特征；晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕具有脆性斷裂的特征。|2剛度失效是由于構(gòu)件過(guò)度的彈性變形引起的失效。|3失穩(wěn)失效是在壓應(yīng)力作用下，壓力容器突然失去其原有的幾何形狀引起的失效。|4泄漏失效是由于泄漏引起的失效。|脆性斷口的宏觀特征：脆性斷口的宏觀特征：|在斷裂前沒(méi)有可以觀察到的塑性變形，|斷口一般與正應(yīng)力垂直，斷口表面平齊，斷口邊緣沒(méi)有剪切“唇口”(或很小)。|脆性斷裂的微觀特征：脆性斷裂的微觀特征： |脆性斷裂的微觀判據(jù)是解理花樣和沿晶斷口形態(tài)。|三、事故原

5、因分析三、事故原因分析|1根據(jù)斷口特征和斷裂力學(xué)的估算，該球罐的破裂是屬于低應(yīng)力的脆性斷裂，主斷裂源在上環(huán)焊縫的內(nèi)壁焊趾上，長(zhǎng)約65毫米。|2經(jīng)宏觀及無(wú)損檢驗(yàn)，上、下環(huán)焊縫焊接質(zhì)量很差，焊縫表面及內(nèi)部存在很多咬邊、錯(cuò)邊、裂紋、熔合不良、夾渣及氣孔等缺陷。|夾渣與夾雜物：夾渣與夾雜物：|熔化焊接時(shí)的冶金反應(yīng)產(chǎn)物，例如非金屬雜質(zhì)（氧化物、硫化物等）以及熔渣，由于焊接時(shí)未能逸出，或者多道焊接時(shí)清渣不干凈，以至殘留在焊縫金屬內(nèi)。| |氣孔：氣孔：|在熔化焊接過(guò)程中，焊縫金屬內(nèi)的氣體。| |未熔合：未熔合：|固體金屬與填充金屬之間（焊道與母材之間），或者填充金屬之間（多道焊時(shí)的焊道之間或焊層之間）局部未

6、完全熔化結(jié)合，或者在點(diǎn)焊（電阻焊）時(shí)母材與母材之間未完全熔合在一起，有時(shí)|也常伴有夾渣存在。 |裂紋：裂紋：|焊縫裂紋是焊接過(guò)程中或焊接完成后在焊接區(qū)域中出現(xiàn)的金屬局部破裂的表現(xiàn)。|咬邊：咬邊：|這類缺陷屬于焊縫的外部缺陷，在母體與焊縫熔合線附近因?yàn)槿刍^(guò)強(qiáng)也會(huì)造成熔敷金屬與母體金屬的過(guò)渡區(qū)形成凹陷。 | |3事故發(fā)生前在上下環(huán)焊縫內(nèi)壁焊趾的一些部位已存在縱向裂紋，這些裂紋與焊接缺陷(如咬邊)有關(guān)。|4球罐投入使用后，從未進(jìn)行檢驗(yàn)，制造、安裝中的先天性缺陷未及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除，使裂紋擴(kuò)展、當(dāng)球罐內(nèi)壓力稍有波動(dòng)便造成低應(yīng)力脆性斷裂。|國(guó)務(wù)院1980年曾以國(guó)發(fā)99號(hào)文批轉(zhuǎn)關(guān)于吉林市煤氣公司液化石油氣廠

7、惡性爆炸火災(zāi)事故時(shí)指出：這次事故暴露出來(lái)的壓力容器組裝質(zhì)量差、使用管理混亂，領(lǐng)導(dǎo)干部不重視安全生產(chǎn)，不認(rèn)真執(zhí)行安全規(guī)章制度，不懂業(yè)務(wù)，不注意技術(shù)管理以及對(duì)設(shè)備長(zhǎng)期不檢驗(yàn)等問(wèn)題，在不少企業(yè)、事業(yè)單位中都不同程度的存在，應(yīng)當(dāng)引起各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的嚴(yán)重注意。|四、防止同類事故的措施四、防止同類事故的措施 |1在球罐設(shè)計(jì)、制造、安裝中要把住質(zhì)量關(guān)，特別是要保證焊接質(zhì)量。|2球罐投用后，使用單位的領(lǐng)導(dǎo)要提高安全意識(shí)，重視球罐的安全。|3要建立健全必要的規(guī)章制度，提高管理人員和操作人員的素質(zhì)。|下例為一化工設(shè)備火災(zāi)爆炸事故的預(yù)防措施，我們可以以此為作為借鑒：|1遵守安全布置原則輸送火災(zāi)危險(xiǎn)性為甲、乙類介質(zhì)或有毒、

8、腐蝕性介質(zhì)的管道，不應(yīng)穿過(guò)與其無(wú)關(guān)的建筑物、構(gòu)筑物。|2選材、設(shè)計(jì)、加工、安裝合理根據(jù)輸送介質(zhì)的性質(zhì)、溫度、壓力和流量等因素正確選擇管材，不可隨意選用代材或誤用，不得使用存有缺陷的管材。|3采取防腐措施根據(jù)輸送物料的腐蝕性選擇耐腐蝕材料，如對(duì)硫化氫的腐蝕，不同溫度下使用可采用鉻鋼，不銹鋼或滲鋁鋼；對(duì)高溫條件下的氫脆要用crMo合金鋼；對(duì)不同程度的硫腐蝕，分別采用5Cr、7Cr、9Cr鋼管；為了防止高溫氧化腐蝕，要用奧氏體不銹鋼管、5Cr或9Cr鋼管。 |4消除管道殘余應(yīng)力 為了避免管道振動(dòng)，可采取設(shè)置減振裝置計(jì)等措施。| 5嚴(yán)格安全操作生產(chǎn)操作過(guò)程中嚴(yán)格按照工藝要求控制物料的輸送溫度、壓力、流速等工藝參數(shù)，尤其是用于輸送可燃?xì)怏w、可燃液體、可燃粉粒狀物料的管道，輸送速度不應(yīng)高于工藝值。|6加強(qiáng)防火安全管理在用管道要遵照壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定定期進(jìn)行檢驗(yàn)，檢測(cè)管道的泄漏和受損情況，防止管道系統(tǒng)出現(xiàn)跑冒滴漏現(xiàn)象。|停車檢修和開(kāi)車前應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行管道的排氣置換作業(yè)，檢測(cè)合格后方可動(dòng)火檢修或開(kāi)車。進(jìn)行動(dòng)火檢修作業(yè)時(shí)，要嚴(yán)格執(zhí)行動(dòng)火作業(yè)的各項(xiàng)規(guī)章制度。嚴(yán)禁危險(xiǎn)物料管道和高溫管道周圍堆放易燃易爆物質(zhì)，需要散熱的輸送管道上嚴(yán)禁堆放各種雜物，以防止熱量積累引起火災(zāi)。危險(xiǎn)物料輸送管道的周圍杜絕各種火源。|7采取防靜電措施粉粒狀物料的輸送管道應(yīng)選用導(dǎo)電性