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一起压力容器(分汽缸)爆裂事故分析
摘要: 对某公司爆裂分汽缸的强度、断口特征和设备私自改动导致的后果进行了分析,得出了爆裂事故原因为:管道的安装不规范,导致管道振动,引起接管与设备焊缝处生产裂纹。在不进行缓慢升温操作情况下,发生蒸汽水击,生产剧烈振动和压力的快速升高,加速裂纹扩展,导致脆断的事故发生。
关键词: 压力容器;分汽缸;脆断
1 分汽缸的结构尺寸及操作参数
事故设备结构如图 1 所示。该分汽缸属二类中压固定式压力容器,公称直径为 DN420,壁厚为δ=10 mm,长度 2050 mm,容积 0.37m3,筒体和封头材质均为 16MnR,筒体壁厚 8 mm,设计压力 2 MPa,最高工作压力 1.6 MPa。事故发生时工作压力 1.25 MPa,设计温度 250℃,事故发生时蒸汽温度 204℃,环境温度-20℃。该分汽缸 2015 年 4 月 21 日进行了全面检验,检验有效期至 2018 年 4 月 21 日,2016 年 11 月 30 日停用,2017 年 12 月 14 日,因恢复生产需要重新启动,在启动过程中发生事故。启停过程没有到设备注册机构履行手续。
对该设备进行了强度校核,从强度校核结果可以看出,筒体及封头的名义壁厚远大于设计壁厚,壁厚余量充足,因此,设备的强度不是该分汽缸爆裂的原因。对该设备的接管补强也进行了计算,结果均满足强度要求。
管道与平台发生过剧烈碰撞,造成出汽管 11 发生严重扁塌和弯曲。经现场勘查,出汽管道没有按照 GB50316《工业管道设计规范》固定或者支撑,这样造成出汽管道振动因管道无支撑而放大,从而造成管子与壳体焊缝焊趾处疲劳,一定时间后出现生产疲劳裂纹。经测量,管 11 穿过操作平台处的凹坑深度 17 mm,并伴随有宏观可见裂纹。对该管的严重损伤分析:此管道曾发生过长时间强烈振动,致使φ89 的钢管生产南北两侧出现凹坑,并发生弯曲。
第 1 处改动为疏水阀和手动排污阀,能够自动排除分汽缸内的冷凝水。排
污系统旁通,一是排污畅通,二是疏水系统失灵后能够手动泄水。而勘查中发现此处变成图 1 中排污系统
旁通已经不存在了,改成球阀和截止阀两个串联手动阀。
这一改造后分汽缸不能自动排水,为“水击”产生创造了条件。第 2 处改动拆除了低温时暖设备用的旁路,造成大量 1.25 MPa 饱和蒸汽进入-20℃的低温设备分汽缸后,生产巨大的温差应力,加剧了接管焊趾处裂纹扩展。同时,由于设备排水不畅通,冬季结冰,造成蒸汽进入后生产水击,使设备内压力急剧升高,造成设备突然爆裂,“蒸汽水击”产生的冲击力,可能达到工作压力的几十倍,甚至几百倍[3],因此断口具有脆断特征。
此次事故,主要是由于疏水器失效没有及时更换维修,致使分汽缸中的冷凝水不能及时排放,造成水击现象,引起剧烈振动。不按照规范安装管道,放大了振动,致使接管焊趾处生产疲劳裂纹。在没有暧管接道情况下,设备在低温环境通入大量 204℃水蒸汽,瞬间生产巨大的温差应力,与“水击”同时作用,造成焊趾处疲劳裂纹迅速扩展,发生脆性断裂,引起分起缸事故。