压力容器事故分析

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'压力容器事故分析'
作为特种设备的压力容器广泛应用于石油、化工、 冶金、能源等工业领域,在国民经济发展中起着重要 的作用。安全生产,对于任何一个国家来说都是关系民生 的大事,是需要常抓不懈的重大课题。随着我国经济 的高速发展,虽然重特大安全事故死亡人数逐年有所 下降,但是安全生产的形势仍然十分严峻。本文通过一起压力容器爆炸事故,对压力容器失 效机理进行分析。 吉林市煤气公司液化气站102号球罐爆炸、事故概况及经过图2被炸毁的1弓制,图3被炸毁的数千只气瓶图4被炸出200m的1号罐2020年10月02日14点7分,吉林市煤气公 司液化气站的102号400立方米液化石油气球罐 发生破裂,大量液化石油气喷出,顺风向北扩散, 遇明火发生燃烧,引起球罐爆炸。由于该球罐爆 炸燃烧,大火烧了 19个小时,致使五个400立方 米的球罐,四个450立方米卧罐和8000多只液化 石油气钢瓶(其屮空瓶3000多只)爆炸或烧毁,罐 区相邻的厂房、建筑物、机动车及设备等被烧毁 或受到不同程度的损坏,400米远相邻的苗圃、 住宅建筑及拖拉机、车辆也受到损坏,直接经济 损失约6270000元,死36人,重伤50人。该球 罐自投用后两年零两个川使用期间,球罐经常处 于较低容量,只有三次达到额定容量,第三次封 装后四天,即在18日破裂。该球罐投用后,一一直 没有进行过检查,破裂前,安全阀正常,排污阀 正常关闭。球罐的主体材质为15MnVR,内径9200 毫米,壁厚25毫米,容积400立方米,用于贮存 液化石油气。二. 失效机理(一)压力容器失效可分为:强度失效,刚度失效,失稳失效,和泄漏失效 四大类,其中强度失效是最主要的失效形式。1. 强度失效是指因材料屈服或断裂引起的压力容器失效,包括韧性断裂, 脆性断裂,疲劳断裂,蠕变断裂和腐蚀断裂等。(1) 韧性断裂是压力容器在载荷作用下,产生的应力达到或接近所用材料 的强度极限而引发的断裂。(2) 脆性断裂是指变形量很小,且在壳壁中的应力值远低于材料的强度极 限吋发生的断裂。这种断裂是在较低应力状态下发生的,故又称为低应力脆断。(3) 疲劳断裂是使用中的压力容器,在交变载荷作用下,经一?定循环次数 后产生裂纹和突然发生断裂失效的过程。(4) 蠕变断裂是压力容器在高温下长期受载,随时间的增加,材料不断地 发生蠕变变形,造成厚度明显减薄与鼓胀变形最终导致压力容器断裂的现象。(5) 腐蚀断裂:压力容器在均匀腐蚀或局部腐蚀吋具有韧性断裂特征;品 间腐蚀、应力腐蚀具有脆性断裂的特征。2. 刚度失效是由于构件过度的弹性变形引起的失效。3. 失稳失效是在压应力作用下,压力容器突然失去其原右的儿何形状引起 的失效。4 ?泄漏失效是由于泄漏引起的失效。(-)脆性断裂的特征其特征是断裂时容器没有鼓胀,即无明显的塑性变形,断裂后有碎片产生。 由于脆性断裂时容器的事迹应力值往往很低,爆破片、安全阀等安全附件不会动 作,其后果要比韧性断裂严重得多。引起压力容器脆性断裂的主耍原因是材料自 身脆性或容器存在严重缺陷。脆性断口的宏观特征:在断裂前没有可以观察到的塑性变形, 断口一般与正应力垂直,断口表面平齐,断口边 缘没有剪切“唇口”(或很小)。 脆性断裂的微观特征:脆性断裂的微观判据是解理花样和沿晶断 口形态。三、事故原因分析1. 根据断口特征和断裂力学的估算,该球罐的破裂是属于低应力的脆性断 裂,主断裂源在上环焊缝的内壁焊趾上,长约65毫米。2. 经宏观及无损检验,上、下环焊缝焊接质量很差,焊缝表而及内部存在 很多咬边、错边、裂纹、熔合不良、夹渣及气孔等缺陷。夹渣与夹杂物:熔化焊接时的冶金反应产物,例如 非金属杂质(氧化物、硫化物等)以及 熔渣,由于焊接时未能逸出,或者多道 焊接时清渣不干净,以至残留在焊缝金属内。气孔:在熔化焊接过程中,焊缝金属内的 气体。未熔合:固体金属与填充金属之间(焊道与 母材之间),或者填充金属之间(多道焊 时的焊道之间或焊层之间)局部未完全 熔化结合,或者在点焊(电阻焊)时母 材与母材之间未完全熔合在一起,有时 也常伴有夹渣存在。裂纹:焊缝裂纹是焊接过程中或焊接完成 后在焊接区域中出现的金属局部破裂的 表现。 咬边:这类缺陷属于焊缝的外部缺陷,在母体与焊缝熔 合线附近因为熔化过强也会造成熔敷金属与母体金属 的过渡区形成凹陷。3. 事故发生前在上下环焊缝内壁焊趾的一些部位已存在纵向裂纹,这些裂 纹与焊接缺陷(如咬边)有关。4. 球罐投入使用后,从未进行检验,制造、安装屮的先天性缺陷未及吋发 现和消除,使裂纹扩展、当球罐内压力稍冇波动便造成低应力脆性断裂。国务院1980年曾以国发99号文批转《关于吉林市煤气公司液化石油气厂恶 性爆炸火灾事故》时指出:这次事故暴露出来的压力容器组装质量差、使用管理 混乱,领导干部不重视安全生产,不认真执行安全规章制度,不懂业务,不注意 技术管理以及对设备长期不检验等问题,在不少企业、事业单位中都不同程度的 存在,应当引起各级领导的严重注意。四. 防止同类事故的措施1. 在球罐设计、制造、安装屮要把住质量关,特别是要保证焊接质量。2. 球罐投用后,使用单位的领导要提高安全意识,重视球罐的安全。3. 要建立健全必要的规章制度,提高管理人员和操作人员的素质。下例为一化工设备火灾爆炸事故的预防措施,我们可以以此为作为借鉴:1. 遵守安全布置原则输送火灾危险性为甲、乙类介质或有毒、腐蚀性介质的管道,不应穿过与其 无关的建筑物、构筑物。2. 选材、设计、加工、安装合理根据输送介质的性质、温度、压力和流量等因索正确选择管材,不可随意选 用代材或谋用,不得使用存有缺陷的管材。3. 采取防腐措施根据输送物料的腐蚀性选择耐腐蚀材料,如对硫化氢的腐蚀,不同温度下使 用可采用銘钢,不锈钢或渗铝钢;对高温条件下的氢脆要用cr-Mo合金钢;对 不同程度的硫腐蚀,分别采用5Cr、7Cr. 9Cr钢管;为了防止高温氧化腐蚀,要 用奥氏体不锈钢管、5"或9"钢管。4. 消除管道残余应力为了避免管道振动,可采取设置减振装置计等措施。5. 严格?安全操作生产操作过程屮严格按照工艺要求控制物料的输送温度、压力、流速等工艺 参数,尤其是用于输送可燃气体、可燃液体、可燃粉粒状物料的管道,输送速度 不应高于工艺值。6 .加强防火安全管理在用管道要遵照《压力管道安全管理与监察规定》定期进行检验,检测管道 的泄漏和受损情况,防止管道系统出现跑冒滴漏现象。停车检修和开车前应按规定进行管道的排气置换作业,检测合格后方可动火 检修或开车。进行动火检修作业时,要严格执行动火作业的各项规章制度。严禁危险物料管道和高温管道周围堆放易燃易爆物质,需要散热的输送管道 上严禁堆放各种朵物,以防止热量积累引起火灾。危险物料输送管道的周围杜绝 各种火源。7. 采取防静电措施粉粒状物料的输送管道应选用导电性能良好的材料制造,并设性能良好的静 电消除装置。工厂和车间的氧气管道、乙烘管道、汕料储
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