储罐在外部安装和氮气置换时严重变形事故

储罐在外部安装和氮气置换时严重储罐在外部安装和氮气置换时严重 变形事故变形事故 事故概况 经过 2003 年 某石化企业因生产需要增建 20 000 m3 的低温丙 烯立式贮罐 在建造结束后的外管系安装和氮气置换过程中 发现内罐壳壁出现多处内凸变形 内罐罐底进出料管附近严重 隆起 距出料管左侧 4 5 m 处罐壁与罐底焊缝热影响区形成 0 5 m 的裂口 使得内外罐壁之间的珠光砂进入内罐内和隆起罐底 下 在内罐内堆起两个小山坡 造成丙烯罐的失效破坏 该贮罐从 2002 年 11 月起 开始下料 组装 焊接和检验 焊工经考试合格 2003 年 5 月内罐经充水试验合格 内罐罐体 气密性试验 14 kpa 合格 6 月上旬内罐清洗合格 封内罐人孔 外罐合格封外罐 然后将罐底出料管与泵区管线连接 组装过程 中存在强行组装现象 并拆除出料管上的切断阀 安装 3 软 管 向贮罐内通入氮气置换干燥 同时在外方专家指导下 负 责安装的公司拆除出料管与贮罐外壳壁间膨胀节的 4 个定位保 护螺栓 6 月中旬干燥作业合格 回装切断阀并恢复出料管线 时 发现出料管向外罐内缩 80mm 当即用电视探头对接管部 位及内罐壁进行检查 发现有殊光砂进入内罐 日后接通 4 连通管线 准备进行罐内仪表风置换 此时发现出料管继续向 外罐内收缩 因此停止仪表风置换 更换成 10 连通管线进行 罐内置换 然后检查人员进入内罐检查 发现贮罐内壁出现多 处内凸变形 罐底底板严重隆起 距出料管左侧 4 5 m 处罐壁 与罐底焊缝热影响区形成 0 5 m 的裂口 珠光砂由此裂口进入 内罐内 致使该罐不能投入使用 事故原因分析 1 贮罐结构简介 该罐是由日本 toyo 工程公司按美国石油协会 api620 10 edi 2002 规范设计 由某安装公司负责建设的 20 000 m3 大型低温立式贮罐 其基本结构为具有内 外圆筒的平底贮罐 内 外筒直径 分别为 34 9m 和 36 3m 内 外筒高度分别为 21 8m 和 23 15m 其材料分别 a537 c1 2 和 a283c 相当于我国 16mnr 和 a516 60 内筒平底板厚 6 4 mm 外罐为拱形顶 内筒顶盖为 悬挂在外罐顶型钢骨架上的平盖 内 外罐之间有保温材料包 裹及充填珠光砂 1 设计时余量不足是造成本次事故的内在原因 该贮罐的设计在强度和刚度方面虽然符合 api620 规范的 要求 但存在余量太小 致使在施工 安装和氮气置换中稍有 不慎 就会导致薄弱环节的失效 本贮罐在施工和氮气置换时 产生的 3 5 层内环板变形和底板的隆起说明了这点 在内罐罐壁的强度设计时 没有计及罐体自重引起的轴向 压缩应力 没有考虑钢板的负公差 而设计余量又几乎为零 致使内罐壁的强度不足 按第三强度理论 在内罐壁的刚度设计时 取外压力为 2 4 kpa 并将下面 5 层罐体壁板取 10 392 9 mm 的当量厚度 设计时没有计及大型 贮罐罐体可能产生的椭圆度和钢板的负公差 使设计余量十分 微小 甚至使内罐部分罐壁的刚度显得不足 2 在贮罐出料管切断阀与泵区管线连接时的强行组装和 氮气置换过程中 与外罐相连的膨胀节保护螺栓的拆除 是本 次事故的诱发因素 对贮罐罐体进行了详细的力学分析 即在出料管切断阀端 施加不同的载荷时 计算切断阀端产生的轴向位移 计算得到 当轴向位移与安装时切断阀端与管端间隙相一致时 罐体所受 到的作用力 罐体在该力的作用下 会使内罐体底板产生隆起 变形 隆起高度随着轴向载荷或位移的增加而加大 再由于与外罐相连的膨胀节保护螺栓的拆除 在出料管端 由于罐根阀的重量将对内罐壁产生较大的弯矩 并将增加内罐 底板的隆起变形 3 置换过程中 珠光砂的吸湿膨胀是造成罐壁变形的主 要原因 在内罐底板已隆起和进入珠光砂后 置换过程中可能 出现的外压力也是加剧罐壁变形和底板隆起的促进因素 由设计数据可见 内罐的外压力主要是由珠光砂引起的 而珠光砂装填得较实 再由于加装时天气潮湿 装填后的珠光 砂吸湿会使侧压力增大 从而导致内罐壁的变形 这点在后来 珠光砂的卸除过程中 珠光砂极难流出的现象也得到了证明 同时 在内罐氮气置换过程中和置换结束时 有可能产生 内外罐环形空间内的压力超过内罐内的压力 这一方面可能引 起罐体壁板的变形 更主要的是 由于强制组装已经使内罐底 板隆起 珠光砂已进入罐底 在外压力作用下会加剧罐壁的变 形和内罐底板的隆起 因为底板直径大 34 9m 而且厚度很薄 只有 6 4 mm 它承受压力能力很低 只要稍有压力就会使底 板变形而隆起 对策措施 1 设计质量是设备安全的根本保证 即使对从国外进 口的设备 也一定要加强检验 其检验不仅是对制造成品的质 量检验 保证不存在制造缺陷 而且要对它的原始设计资料进 行审核 并将审核结果指导随后的安装施工和生产 2 设备的制造与安装是设备安全的基本保障 在设备 的组装过程中 严禁强行组装和野蛮施工 这一原则应贯穿在 设备的整个安装过程中 否则将会给设备带来过大的附加应力 和残余应力 即使在安装过程中不产生事故 也会