一起壓力容器爆炸事故案例

2003年2月5日凌晨1時55分,山西某化工廠三車間i系列冷凝水閃蒸器nt112(以下簡稱nt112)發生爆炸事故,樓上當班職工柴某因操作室坍塌墜落至零米平面死亡。 
爆炸設備及其相關工藝 
爆炸設備(nt112)性能參數:nt112 是i類壓力容器。該設備設計壓力0.6mpa,設計 溫度165℃,規格為φ2500×6916×δ12,容積30m3,介質為蒸汽和冷凝水,主體材料為a48cpr進口鋼(相當於國產16mnr鋼),設備本體有一塊壓力表,出汽管上有兩個安全閥,當設備處於備用狀態時與安全閥不相通,因備用時f1閥門關閉(見圖)。 設備相關工藝過程:nt112前與高壓冷凝水罐np112、np113、np114、np122、np123連線(np為高壓冷凝水罐的簡稱,其後數字為不同高壓冷凝水罐的編號,其內壓力均為5.6mpa,溫度260℃~270℃),後與預脫矽系統相通。即壓力為5.6mpa的水經節流孔板進入冷凝水閃蒸器,減壓降溫後,一部分水變為蒸汽,通過冷凝水閃蒸器進入出汽管送預脫矽,管道壓力0.6mpa(見圖所示);一部分水仍呈液態通過冷凝水出口至出水管進入熱水槽,出水管上有排水管(閥)至地溝(點劃線所示)。 此設備已於2002年11月12日停止使用,即排水閥f6常開,其他閥門均關閉,直至事故發生一直處於備用狀態。2003年2月4日9時15分左右,當班操作工將排水閥f6關閉。 
事故原因分析 
設備在停用期間,本應切斷進水閥打開排水閥f6,使其處於常壓狀態。而三個進水閥(f3、f4、f5)經常壓試水一個滲漏(滴水),一個泄漏(流水),一個不漏(不滴不流),雖關仍漏(兩個閥門不正常)為設備的帶壓、增壓直至超壓提供了壓力源。排水閥f6被關閉(據上述時間推算,排水閥f6關閉時間長達16小時40分),無法卸壓,這是導致超壓爆炸的重要原因。 管理工作存在漏洞,白班職工違章關閉排水閥,而運行記錄未註明,交接班時也未向接班職工說明,致使排水閥一直處於關閉狀態。 從爆炸後設備筒體的斷口來看,絕大部分破口表面較為規則平整,且與母材成30°~45°夾角,屬韌性斷裂。這說明鋼板是由於超壓而撕裂的。 在人孔破口處發現,有大約100mm2的母材鋼板嚴重減薄,實側最小壁厚6.3mm(原設計壁厚為12mm),呈塑性變形特徵。因為設備在製造過程中,人孔部位會產生應力集中,在運行時,受力狀態比較複雜,使其成為整個設備的薄弱部位。又因爆炸後人孔接管帶蓋是單獨飛出去的。由此推斷,破點就在此處。 nt112在備用期間與安全閥不相通,導致其內壓力超設計壓力時,安全閥不能泄壓,失去其應有作用,造成nt112內壓力不斷升高,直至爆炸。 斷裂拉力走向分析: nt112的人孔處破裂後,強大的內部壓力,一部分力將人孔接管帶蓋拋出57米遠。另一部分力從人孔中心線偏下部沿環向拉伸擴展,直至將直徑為2.5米的圓筒全部撕斷,形成底部一段。再一部分力從破點沿縱嚮往上擴展,將中段圓筒縱向撕開成卷板狀,當擴展到筒體環焊縫處時,因環焊縫強度大於母材,所以,這部分力不得不改變走向,沿環焊縫熔合線環向繼續擴展,把母材鋼板全部撕斷,將剩餘的筒體又一分為二。這樣,就形成了爆炸後整個筒體分為三段的結果。 設備爆炸時,內部壓力在瞬間降為零(表壓)。飽和水迅速汽化,體積急劇膨脹,產生巨大的二次壓力,爆炸時的超壓與二次壓力形成合力,強大的合力將上段拋起砸壞車間橫樑和部分管道,使筒體頂部的出汽管拔出飛落造成現場的慘景。 綜上所述,冷凝水閃蒸器nt112爆炸的直接原因是: ①該設備在停運期間,排水閥f6被關閉,進水閥嚴重泄漏,當壓力為5.6mpa的冷凝水不斷流入 nt112時,壓力逐漸升高,又不能排水卸壓,致使其超壓破裂,發生爆炸。 ② 冷凝水閃蒸器nt112,在停用關閉閥門f1的狀態下與安全閥不相通,安全閥不能起到泄壓作用,沒能有效地防止事故發生。 間接原因:管理不嚴,職工違章關閉排水閥f6,巡檢不到位,交接班無記錄,也未口頭交接說明。 
事故防範對策 
對nt112和nt113安全閥設定不合理問題進行完善,在nt112和閥門f1之間加設兩個安全閥,並將現有的兩個安全閥移至 nt113和閥門f2之間,並對其他工藝系統展開調查,發現問題及時整改。 備用設備隔離措施要嚴密,針對備用設備隔離不嚴問題,必須加強設備檢查和維護管理,對於生產過程中設備狀態,要全面掌握,尤其是關鍵閥門的開關狀態必須明確制度,必要時對開關閥門採取上鎖措施。 進一步完善監控儀表、儀器和設備。 進一步研究深化、細化壓力容器安全檢查的辦法,通過技術手段查找和處理事故隱患。