一起壓力容器爆炸事故的分析

唐文慶

（大連市鍋爐壓力容器檢驗研究院，遼寧　大連　116013）

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一起壓力容器爆炸事故的分析

唐文慶

（大連市鍋爐壓力容器檢驗研究院，遼寧大連116013）

摘要：對一起儲汽罐爆炸事故原因進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)儲汽罐爆炸的直接原因是使用不符合要求的容器，操作工操作失誤使儲汽罐超壓，導(dǎo)致儲汽罐爆炸，釀成事故。

關(guān)鍵詞：儲汽罐；超壓；爆炸原因分析

一、事故概述

2015年7月，遼寧省一家大眾浴池的某臺儲汽罐發(fā)生了爆炸事故。儲汽罐的筒體縱縫、封頭與筒體連接環(huán)縫全部撕裂，接管或管座與殼體連接角焊縫大部分撕裂。與儲氣罐相鄰的桑拿房墻倒塌，桑拿房和浴池的房屋吊頂垮塌，導(dǎo)致正在洗浴的5人受傷，其中1人重傷，直接經(jīng)濟(jì)損失約50萬元。

二、事故現(xiàn)場勘查及校驗、檢驗情況

1.現(xiàn)場勘查情況

事故現(xiàn)場鍋爐房平面示意圖如圖1所示。

通過現(xiàn)場調(diào)查了解到，蒸汽鍋爐平時運(yùn)行壓力為0.3～0.4MPa、溫度144～152℃。運(yùn)行時，分汽缸上除主汽閥外，至少2～3個閥門保持開啟狀態(tài)，其中通向儲汽罐的閥門為常開狀態(tài)。但發(fā)生事故前，操作工將除主汽閥門及儲汽罐閥門以外的閥門全部關(guān)閉，此時，蒸汽鍋爐、分汽缸和儲汽罐形成了一個封閉系統(tǒng)。

爆炸設(shè)備為1臺立式容器，放置于緊靠桑拿室的一角，用于儲存蒸汽供桑拿房使用。該洗浴相關(guān)人員提供的材料中沒有發(fā)現(xiàn)任何有關(guān)該容器的資料，且無銘牌、無安全保護(hù)裝置、材質(zhì)不清，為使用單位私自使用的三無產(chǎn)品。

2.安全閥驗證性校驗

蒸汽鍋爐頂部共兩個安全閥，在事故后成功拆除安全閥1(型號A27H-10，公稱通徑：DN25、壓力級別：0.30～0.70MPa），經(jīng)校驗當(dāng)壓力升至2.0MPa時起跳；另一個安全閥2(型號A27H-10，公稱通徑：DN25、壓力級別：0.70～1.0MPa）的閥座未能成功拆除，無法校驗。

3.母材化學(xué)成分

經(jīng)檢測，材料的化學(xué)成分如表1所示。

表1

從表1可以看出，該材料為鋁合金，其化學(xué)成分符合GB/T 3090-2008標(biāo)準(zhǔn)中的5052鋁合金成分范圍。

4.母材力學(xué)性能分析

試樣力學(xué)性能分析結(jié)果，屈服強(qiáng)度：172MPa，抗拉強(qiáng)度：223MPa，斷后伸長率：12.0%；按GB/ T 3880.2-2012標(biāo)準(zhǔn)，5052鋁合金材料的屈服強(qiáng)度≥160MPa，抗拉強(qiáng)度210～260MPa，斷后伸長率≥8.0%，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

5.事故容器宏觀檢查

現(xiàn)場進(jìn)行宏觀檢查及壁厚測量，內(nèi)徑約500mm、高約1000mm、封頭和筒體壁厚約4.5mm。檢查容器斷裂位置，儲汽罐筒體縱縫，封頭與筒體連接環(huán)縫全部撕裂，接管或管座與殼體連接角焊縫大部分撕裂。檢查撕裂后的焊接接頭，發(fā)現(xiàn)存在嚴(yán)重未熔合，未熔合達(dá)到近2.5mm。

6.斷裂處應(yīng)力分析

按JB/T 4734-2002標(biāo)準(zhǔn)，鋁合金5052 在152℃時的許用應(yīng)力為42.6MPa。

該容器承受內(nèi)壓時候，環(huán)向應(yīng)力為軸向應(yīng)力的兩倍，所以縱縫是相對受力大的位置，而且存在嚴(yán)重未熔合等缺陷，大大降低其有效承載面積，焊縫處是最為薄弱的位置。

由環(huán)向應(yīng)力公式：

式中：P——運(yùn)行時壓力0.4，MPa；

D——內(nèi)徑，500mm；

S——壁厚，但連接焊縫由于未熔合缺陷的存在，僅為2mm。

代入上述公式，計算出δ θ=50MPa。即正常操作時候其焊縫薄弱處承受的壓力就已超過母材的操作溫度下的許用應(yīng)力，事故發(fā)生當(dāng)天，當(dāng)壓力繼續(xù)在密閉系統(tǒng)（安全泄壓裝置失靈）持續(xù)升高時，作為整個系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)的容器焊縫，最先發(fā)生破壞。

三、事故原因分析

1.事故直接原因

（1）該容器無設(shè)計單位，無設(shè)計圖紙和其他設(shè)計文件。

制造單位不清楚，焊接工藝有問題，焊縫存在嚴(yán)重未熔合。容器上未安裝超壓泄放裝置。以上不符合《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的要求。

（2）操作工操作失誤導(dǎo)致超壓。

操作工操作失誤將除主汽閥門及儲汽罐閥門以外的閥門全部關(guān)閉，此時，蒸汽鍋爐、分汽缸和儲汽罐形成了一個封閉系統(tǒng)（圖2），導(dǎo)致儲汽罐發(fā)生超壓爆炸。分汽缸上其他任何一只閥門打開，都可令系統(tǒng)連接至開放空間，而不至于發(fā)生超壓爆炸。

圖2　爆炸前形成的封閉系統(tǒng)圖

2.事故間接原因

（1）安全閥失效。

上述封閉系統(tǒng)在蒸汽鍋爐頂部設(shè)置有安全閥，若該安全閥能夠正常起跳，也可避免此次事故，但據(jù)浴池操作工回憶，運(yùn)行過程中從未發(fā)現(xiàn)安全閥起跳過，由此懷疑兩只安全閥由于長期未校驗，均存在嚴(yán)重銹蝕，令上述封閉系統(tǒng)唯一的泄放途徑失效，導(dǎo)致儲汽罐持續(xù)升壓，最終爆炸。

（2）安全管理不到位。

①容器本體上多個接管均為人為堵死狀態(tài)，也無任何安全保護(hù)措施；

②鍋爐和分汽缸上安全附件均未檢定校驗；

③浴池操作工非專職，致使設(shè)備管理不到位；操作工沒有經(jīng)過專門培訓(xùn)，設(shè)備操作也沒有專門的操作制度。

中圖分類號：TK229.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-0711（2016）01-0060-02

收稿日期：（2015-11-26）