球罐顶部放空管断裂事故分析

球罐顶部放空管断裂事故分析球罐顶部放空管断裂事故分析 1 事故概况 事故概况 2000 年 3 月 27 日上午 昆明市某磷肥厂一台 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 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 108 5mm 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 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 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