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冷凝器事故案例分析

https://www.zbgthg.com 发布日期:[ 2013年11月5日 ]

案例:高压列管式冷凝器(以下简称冷凝器)是3000吨/年合成氨厂的配套设备。于1974年投产的某省两个化肥厂使用的氨冷凝器于1981年相继发生爆炸事故。为分析事故的原因,除对爆破的冷凝器进行常规的力学性能、化学成分、金相、原结构的应力分析和采用电镜检查外,还选择了11个厂,对同类型的28台氨冷凝器的使用情况做了详细的调查和检查,发现各厂的使用情况各不相同。有的厂使冷凝器长期处于( 230~260)×102kPa压力下使用,有的厂管理比较混乱,有的厂使用比较正常。经超声波探伤检查氨冷凝器的环焊缝发现,28台中有4台存在约6~15mm深、80~440mm长的裂纹,还有3台也有不同程度的缺陷存在。通过分析与调查结果表明,冷凝器的操作使用条件对设备的安全使用至关重要,使用工况超过了原设计条件,长期处于超压或超低温下运行,都会使 焊缝根部裂纹萌生扩展,以致造成疲劳破坏进而发生爆炸。

冷凝器发生爆炸事故所涉及的因素很多,如设计结构、制造质量、原材料质量和使用 条件等。而这些因素总是伴随在一起产生的。但其中一个起主导作用的因素,即事故发生的主要因素,要在做大量试验研究和分析工作之盾才能作出较为正确的判断。两个厂氨冷凝器发生爆炸事故的原因可归纳如下。

①从冷凝器断口上宏观、微观分析表明冷凝器的爆破是属于疲劳破坏。据运行情况调查,该设备在使用期间压力波动范围很小,开停车次数也不多,根据这种工况,是不可能产生疲劳破坏的。那么疲劳源来自何处呢?一种可能是由于管道振动而引起设备共振而发生疲劳破坏,但管道柔性很大,强度远低于设备,而管道未发生破坏事故,因此这种可能性不大;另一种可能是来自冷凝器管内外温度变化,引起温差应力的变化,致使冷凝器发生破坏。据调查,冷凝器采用了新工艺流程,改变了操作温度,低压壳体内的液氨蒸发温度随生产负荷变化而变化。从应力分析计算结果可知,温度变化15℃时,温差所引起的应力达到6×104kPa,占总应力的20%,已达到低应力疲劳的条件。使用工况远超出了原设计条件,则必然导致冷凝器的疲劳破坏,这正是事故的症结所在。

②从被探测的28台冷凝器的环焊缝的数据、疲劳爆破试验及爆破断口分析可知,氨 冷器环焊缝根部存在着程度不同的未焊透或未熔合等缺陷。这说明其制造质量不好,而在使用条件正常的情况下,尚未发生爆炸事故。

③高压列管式冷凝器的球形封头与管板连接采用单面焊接结杓,有其不足之处。要 求环焊缝完全焊透确有一定困难,如稍有不注意,易产生焊缝根部未焊透或未熔合缺陷。此外,对制造工艺未提出特殊要求,这样,在此种缺陷下,必然加大焊缝根部的应力集中,导致冷凝器加速破坏。

事故教训与防范措施如下:

①严格控制冷凝器的使用条件,如果生产需要采用新的工艺流程,一定要进行应力分析计算。如果其计算结构达到或接近了低应力条件,切不可盲目实施新工艺。

②改进高压列管式冷凝器的球形封头与管板连接的结构型式。

③保证焊接质量,特别是球形封头与管板连接的环焊缝,不允许在焊缝根部出现未 焊透或未熔合缺陷。

④定期检查,如发现裂纹产生或裂纹扩展,应及时修复。

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