常壓低溫液氨儲(chǔ)罐修復(fù)

何文美

（玖源集團(tuán)工程建設(shè)指揮部 四川廣安）

常壓低溫儲(chǔ)罐在國(guó)內(nèi)上世紀(jì)70年代陸續(xù)引進(jìn)，在1000 t/d Kellogg合成氨裝置上均有使用，這些大型常壓低溫儲(chǔ)罐運(yùn)行至今從未發(fā)生本文所述的重大事故。本文所涉及的工廠(chǎng)在設(shè)備投用前由于培訓(xùn)不到位等疏忽，造成在首次充氨中儲(chǔ)罐騰空、局部損壞。

一、低溫液氨儲(chǔ)罐與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)形式為橢圓頂，吊頂保冷式，設(shè)計(jì)壓力-0.5～7 kPa，直徑21.6 m，總?cè)莘e7915 m3，有效容積7500 m3，凈重233.705 t，操作壓力5 kPa，試驗(yàn)壓力8.7 kPa，設(shè)計(jì)溫度-35℃，主體材料16MnDR，操作溫度-33.3℃，儲(chǔ)藏介質(zhì)液氨。

按SH 3046-1992《石油化工立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)規(guī)范》與HJG 19-1989《鋼制低溫壓力容器技術(shù)規(guī)定》進(jìn)行設(shè)計(jì)。按GBJ 128-1990《立式圓筒形鋼制焊接油罐施工及驗(yàn)收規(guī)范》及HJG 210-1983《圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐施工及驗(yàn)收規(guī)范》進(jìn)行制造、檢驗(yàn)。

二、事故經(jīng)過(guò)

氨罐在整體驗(yàn)收合格后進(jìn)入充氨準(zhǔn)備和首次充氨工作。充氨72 min時(shí)，突然一聲異響，罐體有明顯晃動(dòng)后又靜止，3 min后，罐體突然騰起約1 m高，然后移位0.5 m落下，罐體發(fā)生爆裂，底部壁板靠近地板角焊縫位置的母材，在幾乎180°的對(duì)稱(chēng)方向撕裂，進(jìn)氨管道與筒體連接處被拉斷，底部44跟錨栓全部斷裂。事故過(guò)程中未造成人員傷亡，未造成液氨爆炸。

三、事故原因排查與分析

從現(xiàn)場(chǎng)情況看，常壓低溫液氨儲(chǔ)罐出現(xiàn)事故主要存在兩方面原因，一是超壓；二是儲(chǔ)罐本身存在缺陷，使承壓能力降低。

1.檢查氨罐本體是否存在缺陷

事故發(fā)生后，鍋檢所、監(jiān)理、業(yè)主和施工單位共同對(duì)氨罐施工與資料進(jìn)行了全面檢查，原材料超聲波檢測(cè)、力學(xué)性能復(fù)驗(yàn)合格，焊接工藝評(píng)定、焊接工藝卡、施焊人員持證情況、焊前培訓(xùn)資料齊全；焊接完成后的對(duì)接焊縫進(jìn)行了100%X射線(xiàn)探傷，所有角焊縫進(jìn)行了表面探傷；儲(chǔ)罐制造完成后，底板進(jìn)行了100%真空試驗(yàn)，整個(gè)儲(chǔ)罐進(jìn)行了嚴(yán)密性、強(qiáng)度、穩(wěn)定性試驗(yàn)，以上檢查均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。因此罐體質(zhì)量不存在任何問(wèn)題。

2.檢查是否存在超壓?jiǎn)栴}

（1）儲(chǔ)罐冷罐時(shí)間不夠。操作人員直接按壓力氨儲(chǔ)罐充氨程序?qū)嵤┏浒惫ぷ鳎浒钡睦涔迺r(shí)間不足20 min。

（2）儲(chǔ)罐的安全閥（雙閥）各自的根部閥未按規(guī)定打開(kāi)。液氨揮發(fā)出大量氣氨使儲(chǔ)罐超壓時(shí)不能保護(hù)設(shè)備。

（3）事故冰機(jī)未投入狀態(tài)。當(dāng)氣氨壓力高過(guò)3.5 kPa時(shí)，事故冰機(jī)應(yīng)聯(lián)鎖啟動(dòng)，因聯(lián)鎖未投入，事故時(shí)聯(lián)鎖裝置未能發(fā)揮作用。

（4）充氨速度過(guò)快。1 h內(nèi)充入7.5 t低溫液氨，充裝量已經(jīng)超過(guò)帶壓儲(chǔ)罐的充氨速度。

圖1 底板壁板變形嚴(yán)重

3.事故原因分析

短時(shí)間內(nèi)過(guò)多的低溫液氨進(jìn)入常溫狀態(tài)的儲(chǔ)罐，由于溫差蒸發(fā)出大量氣氨，在罐體的呼吸閥，以及放空閥幾乎關(guān)閉的情況下，使罐體內(nèi)壓逐步增高。在壓力上升的過(guò)程中，罐體最薄弱的底板產(chǎn)生變形，當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)壓在頂部形成的作用力大于罐體重量、附件重量、附加力和底板變形力總和時(shí)，罐體力學(xué)平衡系統(tǒng)被打破，罐體產(chǎn)生騰空，底板向外產(chǎn)生凸起。由于設(shè)備在騰升過(guò)程中充氨進(jìn)口管斷裂，以及罐體底板與筒體的角焊縫開(kāi)裂，罐內(nèi)的壓力瞬間下降，設(shè)備回座，巨大的沖擊使下部壁板發(fā)生嚴(yán)重變形。

該事故是典型的違規(guī)操作。有方案未嚴(yán)格執(zhí)行，有培訓(xùn)資料卻未先培訓(xùn)，并在事故冰機(jī)、火炬系統(tǒng)、壓力溫度等聯(lián)鎖裝置未投用的情況下魯莽開(kāi)車(chē)，由此造成重大事故。

四、氨罐修復(fù)方案

1.方案一

事故發(fā)生后，部分技術(shù)人員認(rèn)為，設(shè)備騰空后移位回坐，對(duì)這種事故在國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際也沒(méi)有找到先例，恢復(fù)存在巨大風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)該整體報(bào)廢，重新訂購(gòu)材料，原址新建，這樣一勞永逸。持這種觀點(diǎn)的人主要是擔(dān)心那些在事故后沒(méi)有開(kāi)裂的焊縫和板材的性能還能否滿(mǎn)足長(zhǎng)期安全運(yùn)行的要求，與其在以后的運(yùn)行過(guò)程中日夜擔(dān)心儲(chǔ)罐時(shí)刻是否會(huì)再出問(wèn)題，還不如新建為好，避免不必要的擔(dān)心。

2.方案二

一個(gè)設(shè)備能否滿(mǎn)足使用條件主要是基于該設(shè)備的材料性能、焊接規(guī)范、施工質(zhì)量等條件。該儲(chǔ)罐是常壓低溫設(shè)備，如果儲(chǔ)罐各部分材料的力學(xué)性能特別是低溫沖擊韌性及焊縫的機(jī)械性能仍然符合低溫儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)要求，且事故后設(shè)備基礎(chǔ)沉降在規(guī)定范圍內(nèi)，則可進(jìn)行修復(fù)使用。即拆除更換變形、開(kāi)裂嚴(yán)重的底板和下部第一第二帶板，保留之上部分，這樣既節(jié)約成本，也節(jié)約建造時(shí)間。

本著科學(xué)的態(tài)度，從節(jié)約時(shí)間和成本出發(fā)，經(jīng)過(guò)專(zhuān)題研究討論，最終決定實(shí)施第二方案。由設(shè)計(jì)院、業(yè)主負(fù)責(zé)審查方案，鍋檢所負(fù)責(zé)檢驗(yàn)，施工單位負(fù)責(zé)修復(fù)施工，共同完成修復(fù)工作。

五、檢測(cè)、檢驗(yàn)方案與修復(fù)結(jié)果

按照GB 150-1998，儲(chǔ)罐建造以及相關(guān)檢驗(yàn)規(guī)范，地方鍋檢所執(zhí)行事故罐體的檢驗(yàn)方案。對(duì)罐體母材和縱、橫焊縫進(jìn)行取樣，做機(jī)械性能和沖擊試驗(yàn)檢測(cè)。對(duì)設(shè)備本體進(jìn)行磁粉檢驗(yàn)、超聲波檢驗(yàn)，對(duì)原焊縫射線(xiàn)探傷為二級(jí)片的部位進(jìn)行全部射線(xiàn)復(fù)核。經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)和地方鍋壓力容器監(jiān)督檢驗(yàn)所全面檢驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)因事故產(chǎn)生不符合規(guī)范的缺陷。

依據(jù)檢測(cè)結(jié)果和既定的修復(fù)方案，原施工單位組織人員全力搶修，儲(chǔ)罐修復(fù)完成后，經(jīng)鍋監(jiān)所檢驗(yàn)和設(shè)計(jì)院重新審查合格。在罐區(qū)整體驗(yàn)收合格后交付生產(chǎn)使用，由于重新投用的前期準(zhǔn)備工作到位，充氨過(guò)程嚴(yán)格按規(guī)程進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)修復(fù)投用一次成功。

根據(jù)原儲(chǔ)罐建設(shè)周期，如果重新建造，工期4個(gè)月，費(fèi)用220萬(wàn)元，經(jīng)過(guò)修復(fù)費(fèi)用審查，儲(chǔ)罐實(shí)際修復(fù)時(shí)間僅2個(gè)月，費(fèi)用130萬(wàn)元。

六、結(jié)論

針對(duì)本次事故，無(wú)論是設(shè)計(jì)院，鍋監(jiān)所，業(yè)主等均本著科學(xué)分析問(wèn)題的態(tài)度，從安全、可靠的角度出發(fā)，利用原設(shè)計(jì)和制造的依據(jù)提出的修復(fù)方案，并成功實(shí)施修復(fù)工作。修后的儲(chǔ)罐在投用3年多的時(shí)間里安全、連續(xù)運(yùn)行，證明方案選擇正確、可靠。