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我们从事故中学到了什么?


我们从 事故 中

学到了什么?
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What have we lent from accidents?

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山东大学机械工程学院
王威强教授
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一、加氢、合成氨等装臵中的氢介质,
当温度和分压足够高,会形成原子等游 离状态,向钢中扩散,与钢中尤其是晶 界里渗碳体中的碳结合生成甲烷,使晶 界开裂,钢的强度降低、脆性增加,最 终发生脆性断裂,设备爆炸,造成灾难 事故。这似乎是常识,但我们却常常忘 记……
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? 2000 年 12 月 31 日 17 时许,山东某化肥

厂的合成氨塔底部冷气副线入口处的异 径管发生爆炸,当场死亡 1 男 1 女两人, 造成周边管道、设备框架等的严重破坏。

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异径管

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异径管宏观断口形貌

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事故断口形貌

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开裂严重

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冲击断口形貌

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冲击断口形貌

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异径管管外壁未脱碳组织

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开裂严重

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异径管管壁中部部分脱碳组织

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开裂严重

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异径管管内壁临氢侧脱碳层组织

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? 爆炸原因为合成塔内触媒失活,调温副

线长期关闭,导致异径管温度升高,产生 氢腐蚀而造成爆炸事故。

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? 2007年6月11日20时38分许,湖北某
化肥厂的合成氨塔发生爆炸事故,合成塔 被炸成三段,造成周边管道、设备框架等 的毁坏性破坏。报道称事故造成1人重伤、 3人轻伤、19人轻微伤,无人员死亡。

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爆炸后氨合成塔的底部

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爆炸翻卷的氨合成塔中部

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爆炸抛出的氨合成塔顶部

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炸倒的周边设备

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抛出的塔内件

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爆炸场景

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? 该爆炸事故由于多方面原因,未能展开

深入的技术分析。但包括厂方人员在内的 有关人士认为,合成塔内筒局部泄漏或塔 内长时超温,造成塔壁温过度升高,而产 生氢腐蚀是造成爆炸事故的原因。我们认 为按照目前的资料,做出这样的分析是可 以接受的。或许该塔爆炸的真正原因永远 是个谜。
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? 这两起爆炸事故告诫我们:
1. 作为设计者当得知由于技术进步,众多

用户改变了原始设计,由此可能对设备带 来危害或事故,有责任告知用户。 2. 作为使用者当变更原工艺设计条件,尤 其是温度,应当对设备进行全面的考核, 以防使材料性能劣化。 3. 应当全面及时地对设备进行检验,对于 像合成塔一类通过冷介质在塔壁和内件间 的循环来保证塔壁不受损坏者尤应注意。
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? 警示,临氢条件下,应时刻记住Nelson曲线。

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二、锅炉、废热锅炉等设备里水中的微
量钠、钾等强碱离子经蒸发浓缩或蒸汽中 夹带的强碱离子经蒸汽冷凝再蒸发后浓缩 到一定浓度( 5% 以上,实际可达 30% 甚 至更高),会造成低合金高强度钢、碳素 钢严重的应力腐蚀开裂、脆性断裂,使设 备发生爆炸,酿成人员死伤、设备毁坏的 灾难性事故。这已被上世纪无数起锅炉等 事故所证明,然而我们依然忘记……
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? 2005年3月21日21时20分左右,山东
某化肥厂的尿素合成塔发生爆炸事故,合 成塔被炸成三段,造成周边管道、设备框 架等的毁坏性破坏。事故造成4人死亡、 32人重伤,直接经济损失近3000万元。
该设备直径 1400mm ,厚度 110mm ,主体材质为 16MnR 、 15MnVR , 盲 板 材 料 为 Q235A , 内 衬 材 料 为 X2CrNiMo18143Mod ,重量为 115T ,全塔高 26.2 米共十个筒节, 由 1 层 内 衬 、 1 层 盲 层 和 12 层 强 度 层 包 扎 而 成 。 设 计 压 力 21.57MPa ,设计温度 ≤195℃ 。 1999 年 12 月制造,同年安装, 2000年3月投用。
?

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爆炸后尿素合成塔的底部

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爆炸翻卷的尿素合成塔中部

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爆炸抛出的尿素合成塔顶部

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爆炸周边现场

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安装中的 尿塔

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安装中的尿塔

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热电偶下方为 树枝状断口

热电偶上方 为撕裂断口

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中部尿塔的宏观断口形貌

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中间塔体轴向爆破口
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导流槽

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中间筒体热电偶下方的严重应力腐蚀裂纹

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中间筒体热电偶下方的严重应力腐蚀裂纹

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沿晶开裂,典型 的应力腐蚀开裂

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共测两点,含K+ 4.90% 和 17.95% , 含 Na+ 6.97%和16.11%。 共 测 5 点 , 含 Na+ 最 高 5.07%、最低0,平均 2.3%; 含 K+ 最高 2.59%,最低 0 , 平均0.78%。

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含 Na+ 22.1% , K+ 0.12% 等其它离子。

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检漏孔的泄漏情况

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离开爆口两筒节环焊缝垂直轴向截面的径向裂纹

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离开爆口一筒节两检漏孔间环焊缝开裂情况

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裂纹

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裂纹

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底封头与筒节间环焊缝垂直轴向截面的径向裂纹

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? 引起爆炸的根本原因,是检漏蒸汽中的

有害离子被浓缩于层板缝隙中,造成严重 的应力腐蚀开裂,并导致尿塔开裂泄漏, 内部压力迅速下降,诱发塔内高温液体的 蒸汽爆炸。

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?2007年~2008年间,我们又对另外两台
报废尿塔进行了解剖,解剖结果支持了我 们上述结论。
?尿塔1:直径1200mm,厚110mm,20m3,1997年5月

出厂,1998年11月投用,2005年12月被检报废。 ?尿塔2:直径1200mm,厚110mm,24m3,1996年1月 出厂,1996年10月投用,2005年5月报废。

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尿塔1的宏观开裂状况

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尿塔1塔体中部环焊缝严重开裂形貌

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尿塔1底封头与塔体环焊缝严重开裂形貌

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尿塔2的宏观开裂状况

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尿塔2塔体中部环焊缝严重开裂形貌

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? 2001 年 8~9 月,山东某化肥厂合成氨
系统的两台中臵废热锅炉在检验过程中环 焊缝发现严重开裂,如果一旦延误检出将 难免酿成重大事故。
该设备主体筒体直径2200mm,厚25mm,设备总长4019mm, 蒸汽温度 120~124 ,壳程压力 1.0~1.28MPa ,投用 11 年和 7 年, 1999年进行过全面检验。
?
Φ 2200

850

Φ 1600

410

1287

3292

1150

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某化肥厂氨合成装置中置锅炉环焊缝严重应力腐蚀开裂

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某化肥厂氨合成装置中置锅炉环焊缝应力腐蚀开裂

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某化肥厂氨合成装置中置锅炉应力腐蚀开裂

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某化肥厂氨合成装置中置锅炉应力腐蚀开裂

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? 经分析,这两台中臵锅炉为应力腐蚀开

裂,环焊缝未作消除应力退火,炉水分析 取样点盘管换热器腐蚀穿透,每次取样分 析均为冷却软水。 ? 将近一年没有实质排污,碱浓度从4ppm 左右浓缩到高达28%以上。

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? 这几起爆炸事故和报废设备告诫我们:
1. 应当正视“锅炉”水浓缩或蒸汽冷凝再

蒸发,形成浓缩强碱离子溶液,引起低碳 钢、低合金钢应力腐蚀开裂的严重危害性。 2. 充分认识高温高压液体突然失压后,造 成平衡破坏,产生蒸汽爆炸的威力。 3. 停止多层包扎容器的蒸汽检漏,启用真 空检漏或者氮气检漏等方法。

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?三、碳素钢、低合金钢等经过冷加工,

达到一定变形度,在一定温度下经历一定 时间后,会产生应变时效脆化,温度越高 所需时间越短,如250℃下只需1小时左右, 就会发生脆化。应变时效脆化产生的机理 一般认为是钢中的氮、碳等形成的柯氏气 团所致。发生脆化的钢,韧性降低、强度 和硬度提高,氢脆和应力腐蚀发生的门槛 值降低,容易发生脆性断裂,酿成灾难事 故,但我们对此认识非常淡薄……
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2004 年 6 月 17 日,河南某化肥厂新安装
的φ 1600合成系统在试压过程中,氨分离 器到冷交换器间φ 273×40mm 20G钢厚壁 管弯头突然破裂,造成氮氢气泄漏而发生 爆炸,致1人死亡,1人重伤。后续检测表 明弯头表面存在一条长 230mm、高 3.5mm 的裂纹。裂纹产生的原因,以及与事故的 关系未做进一步分析。管件交货文件不符 合GB6479-2000 20G钢交货状态规定。
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某厂 连 接 废 热 锅 炉 的 ?630mm×10mm
10钢螺旋管蒸汽管道的爆管。

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分析认为:

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1999年1月,山东某化肥厂连接氨合成
塔和冷激器间? 127 ×21 mm 20 钢冷激管 的弯头 a 中部截面环向断裂,呈典型脆 断形貌;弯头 c 沿外侧纵向开裂,长约 300 mm 左右。事故中冷气发生回流,并 形成明火燃烧。
该管线的工艺操作条件为温度40 ℃,压力19MPa, 介质N2 + 3H2 。管线投用时间约2 年。

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弯头c

弯头a

冷激管
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a

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裂纹源

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裂纹

c

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c处内侧塑性变形

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脆性破坏原因分析结论: 冲击吸收能KV8值 /J
弯头a 环向 1 4.0 2 3.9 1 5.2 纵向 2 9.8 1 环向 2 1 直管b 纵向 2 1 9.9 环向 2 7.6 1 7.8 弯头c 纵向 2 7.6

34.2 23.8 67.8 48.5

(纵向)应变时效敏感性系数 /%
取样位置
试样编号 与直管比的应变时效敏感性系数 与自身比的应变时效敏感性系数 1 81.5 91.4

弯头a
2

直管b
1 81.1 2

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结论:

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2007 年 7 月 11 日

23 时许,山东某化肥厂 一分厂 6M50-305/32 型 2 号氮氢压缩机准备 导气开车时,其七段出口油分单向阀至角 阀D间的φ 127×21mm 20G钢弯头C和直管 A 发生粉碎性爆炸(现场找到 30 片),碎 片打断相距 5 米的 DN50 放空管,一处打凹 陷 DN150 水管。角阀 D 出口 B (至角阀 E 侧 )被拉断,阀体从出口侧一角撕裂,出口 法兰透镜垫呈一个断口拉断,飞出时被法 兰螺栓拦住,拦截处有3个凹陷。事故造成 8人当场死亡,1人到医院两天死亡。
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结论:
事故调查组形成了两种不同的观点: 一种观点认为发生了物理爆炸;另一种观 点认为发生了化学爆炸。他们都认为材料 性能正常。 最近我们对其重新取样,实测材料夏 比 V 型缺口冲击吸收能量 KV2 为 7.5 、 9.6 、 9.0J,说明也发生了应变时效脆化。

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2007年11月17日13时许,上述事故的同
一厂家的氨分离器出口到冷交换器进口间 长约14.3米的φ 273×40mm 20钢高压钢管 ,除下弯头长约2.5米外,其余长约11.8米 发生粉碎性破裂,碎片最远飞出距离约 330m ,共发现爆炸碎片 54 块,复原管道 约 80% 。事故造成企业直接经济损失 500 万元。
事故前操作压力25.5MPa,操作温度-2℃,操作介质 为H2、N2、CH4、NH3等)。
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? 发生事故的装置
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? 具体位置
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? 事故管段
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? 未发生事故的同类装置管段
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? 氨分出口

? 冷交入口

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? 复原管道

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爆炸钢管材质劣化状况(冲击吸收能)
80 70 60 50 GB6479 PG1711-1直管 PG1711-1弯头 PG1711-2直管 PG1711-2弯头 PG1711-3直管 PG1711-3内侧 20 10 0 -20℃ -10℃ -5℃ 试验温度
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KV8 /J

40 30

PG1711-3外侧

0℃

12℃

爆炸钢管退火前后冲击吸收能
100 90 80 70
1-PG1711-1 直管未退火 2-PG1711-1 直管退火 2-PG1711-1 弯头未退火 4-PG1711-1 弯头退火 5-PG1711-2 直管未退火 6-PG1711-2 直管退火 7-PG1711-2 弯头未退火 8-PG1711-2 弯头退火 9-PG1711-3 直管未退火 10-PG1711-3 直管退火 11-PG1711-3 弯头内侧未退火 12-PG1711-3 弯头内侧退火 13-PG1711-3 弯头外侧未退火

KV 8 /J

60 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 试样编号

14-PG1711-3 弯头外侧退火

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? 爆破管材料中 N 含量检测两样,分别为

0.0068% 和 0.0092% , 接 近 或 高 于 GB6479的要求,均高于可能产生应变时 效脆化的下限含量值0.002%。 ? 管材中含有一定量的氢,检测两样,均 为0.00005%。

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爆炸事故原因:
? 经对事故现场调查和对氨分离器及冷交

换器的损坏形式分析,确认氨分出口管 爆炸属正常操作压力下的物理爆炸。 ? 管子和管件制造工艺不当造成的应变时 效脆化是材质劣化的根源,并由此降低 了氢脆门槛值。应变时效脆化和管道运 行过程中的氢脆是引起管道粉碎性物理 爆炸的直接原因。
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? 管件预制厂自行进行了不同类型20钢厚

壁管的实验工作,得出钢管轧制和预制 不当造成应变时效脆化的同样的实验结 果。

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Φ273×40 20钢未热处理弯头冲击吸收能

120 100
GB6479

KV8 /J

80 60 40 20 0 -20℃ -10℃ 0℃ 试验温度 10℃ 20℃

外侧 顶侧 内侧 直边段

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Φ273×40 20钢630~650℃消除应力退火处理弯头 冲击吸收能
120 100
GB6479

KV8 /J

80 60 40 20 0 -20℃ -10℃ 0℃ 试验温度 10℃ 20℃

外侧 顶侧 内侧 直边段

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Φ273×40 20钢750℃不完全退火处理弯头冲击吸收能

120 100
GB6479

KV8 /J

80 60 40 20 0 -20℃ -10℃ 0℃ 试验温度 10℃ 20℃

外侧 顶侧 内侧 直边段

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Φ273×40 20钢不同热处理弯头-20℃冲击吸收能

120 100
GB6479

KV8 /J

80 60 40 20
火 火 火

外侧 顶侧 内侧 直边段

0
火 正 90 0~ 93 0 ℃ 温 高 加 63 0~ 65 0 ℃



退







75 0℃



63 0~ 65 0 ℃











退

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事故后建议:
? 加强对20钢高压管道的检验,检验内容应着 重包括管材性能和缺陷,不合格者应及时予 以更换。 ? 轧制厂和预制厂应严格按照标准规范加工管 子和管件。 ? 全部更换热弯温度小于750℃或R<5D冷弯而 都未经弯后热处理,用于氨分离器出口的20 钢管道。 ? 进一步弄清化肥用20钢高压厚壁管材质劣化 的规律,提出在用管道性能恢复的方法和新 制管道最佳制造工艺。
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? 上述五起事故提醒我们要注意应变时效脆
化的严重危害性。 ? 应变时效脆化与材料中的氮和碳等元素含量、 冷加工变形度、服役或后续加工温度及时间 等因素有关。解决的办法: 1. 提高冶金质量,降低氮碳等含量; 2. 避开大变形度冷加工; 3. 无法避免的大变形度冷加工,应严格按照标 准要求进行回复或再结晶热处理; 4. 冷加工前的正火处理是提高材料韧性的非常 有效的方法。
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?四、对存在气液两相的系统,气液分
界面是最易发生腐蚀的位臵,对这些位臵 应当加强包括测厚在内的检测。液压试验 是弥补常规无损检测方法漏检、难检缺憾 的最佳方法。然而我们的检测人员不熟知 或疏忽最易发生腐蚀位臵的检测,误解液 压试验的作用,错误地进行试验,使得设 备中缺陷“逃过”两次被检出的机会,最 终造成重大事故……
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? 2008年6月29日凌晨2时20分,奥运前夕,
山东某厂热电分公司的一台 BG-65/39-M 型锅炉在检修完后热验安全阀期间,当 压力升至4.25MPa时,锅炉汽包(锅筒) 与顶部右侧水冷壁上联箱(上集箱)之 间的一根联络管(顶部连接管)发生爆 破,致现场操作人员四死一伤。
? 该锅炉 1979 年设计, 1985 年 10 月制造, 1988 年 9 月安

装, 1989 年 9 月 26 日正式投入使用,累计运行时间 8 万余小时。
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? 结论:爆破直接原因是联络管产生了严重
的密集条状腐蚀凹坑,其产生与给水中氧含量 高于国家标准要求和长时间运行有关。 ? 测厚能够及早发现管中严重凹坑腐蚀,若《锅 炉定期检验规则》中明确规定检测各种管子壁 厚,则完全能够在测厚中发现这一事故隐患。 ? 管材未发生劣化,材料室温和工作温度下的下 屈服强度比为1.16,抗拉强度比为0.91。 ? 检修中更换了水冷壁管,应做水压试验,如严 格按照规定的压力5.25MPa进行水压试验(与 联络管实际爆破压力之比为1.24),爆破联络 管极有可能在水压试验过程中破裂。
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? 教训:
? 尽管锅炉水质存有问题,运行时间较长,

造成管道严重腐蚀;尽管国家相关法规的 规定有不甚明确之处;尽管…… ? 若从事检验的人员有更高的责任心,在严 格按照国家的法律法规进行锅炉检验的同 时,不断从锅炉失效和事故案例中学习, 提高锅炉检验的针对性,或者说建立“基 于失效的检验”的思想,这类事故完全可 以预防。
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?五、 熔盐(通常 53% 硝酸钾、 40%

亚 硝 酸 钠 和 7% 硝 酸 钠 ) , 在 高 温 下 ( 300℃ 左右)硝酸钾的分解受到亚硝酸钠 的抑制。但当系统中有油垢、积碳和其它 有机物,硝酸钾分解出来的氧将于它们反 应生成 CO 、 CO2 等碳化物,使硝酸钾的 分解得以继续进行和加速,最终发生爆炸。 这对于熔盐的供给者和使用者似乎都应当 非常清楚,但他们疏忽了,灾难发生了 ……
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? 2009年1月1日15时17分至17时,山东某

化工厂的两台正在安装调试的管壳式固 定床反应器相继爆炸,第一台反应器爆 炸时造成现场安装调试人员 5 人死亡、 1 人重伤和8人轻伤。由于相关人员已撤离 现场,所幸第二次爆炸没造成人员伤亡。

? 反应器筒体内径 1400mm 、壁厚 12mm 、长度 3000mm ,

材质Q235B。内部列管规格为φ 38×3,共689根,材 质 316L 。设备均为旧设备,原用于生产甲基异丙基 酮装臵,壳程热媒为350号导热油,使用压力为常压, 使用温度为300℃,累计使用约1年。
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121

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122

积碳

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气割痕迹 焊缝

气割痕迹

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? 爆炸原因分析:
? 熔盐由53%硝酸钾、7%硝酸钠强氧化剂

和40%亚硝酸钠还原剂组成。硝酸盐受 热分解生成亚硝酸盐和氧,但是体系中 的亚硝酸盐又和氧生成硝酸盐,即抑制 了硝酸盐的分解:
硝酸盐受热分解

2K N O 3

?
亚硝酸盐抑制分解

2K N O 2 ? O 2

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? 若存在积碳或油污,分解出的氧先和碳发

生反应,生成一氧化碳或者二氧化碳:
2 C + O 2 ? 2 C O + 1 2 6 .4 k J

或 C + O 2 ? C O 2 + 3 9 3 .5 k J ? 这是放热反应。由于分解出的氧不断被碳 消耗掉,亚硝酸盐抑制硝酸盐分解的作用 消失,而且由于是放热反应,介质内部温 度持续攀升,进一步加剧了硝酸盐的分解, 引起恶性循环,致使反应速度加快,最终 导致爆炸的发生。
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? 教训:
? 坚决杜绝通过简单的化学清洗方法,将用

导热油等有机物作过热媒质的设备直接改 为熔盐加热。

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?六、锅炉,无论是蒸汽锅炉还是热水
锅炉,一旦缺水将发生过烧,使炉管产生 过度蠕变,甚至是高温氧化,材料强度大 幅度降低,炉管直径急剧增大,最终将发 生了爆管事故,甚至是更大的事故。这类 事故的发生原因往往非常简单,然而……

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?2001 年 ~ 2003 年间,各油田注水锅炉
发生数起因缺水造成炉管过烧,爆管、爆 炉事故。产生的原因有操作工失恋,切换 锅炉时忘记打开给水阀;还有因突然断水 使锅炉失水等。

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注水加热锅炉爆破门被炸开

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田注水加热锅炉炉管被炸成梅花样

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油田注水加热锅炉炉管严重过热而扭曲、鼓胀

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油田注水加热锅炉炉管严重过热、严重氧化

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?经验教训: 据说油田有关部门立题

研究如何监测炉管壁温,从而当超温时, 自动切断燃烧喷嘴的供油。不知进展如何。 实际上解决的办法还有很多。

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134

?七、失稳是一个老问题,它虽然不像
内压引起的爆炸事故那样往往会带来灾难 性事故,但有时其危害也是不可低估的。 造成失稳的原因经常是对真空或外压的产 生估计不足,或者对是否发生失稳的认识 不足。失稳应当是通过设计能够避免的事 故,但尽管如此,一些灾难性的失稳事故 还是发生了……
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?2006年3月30日,山东某生物化工厂一

发酵罐发生失稳,直接经济损失80多万元。 该罐筒节长10m,壁厚12mm,容积135m3, 设计压力0.4MPa,工作压力不足0.1MPa。 发酵罐工艺流程为:首先高温灭菌,冷却, 然后投料,再灭菌,最后出料冷却。发酵 罐在空罐灭菌冷却过程中发生了失稳现象, 筒节上有四五个波束,罐体发生倾斜。
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?结论和教训:
1. 设计时没有考虑全面危险工况,壁厚增

加2mm,或者设臵加强圈,或者设臵负 压安全阀都可避免事故的发生。 2. 操作时没能严格按照规范进行。 3. 作为专业生产发酵罐的制造商应当不断 积累经验,熟知产品使用中的危险工况, 全面设计;作为用户应当全面介绍设备 所服役的工艺条件,做好设计条件交接。
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?1995 年 夏天,山东某纯碱厂一台直径

36m高近20m壁厚25mm的倒锥台型盐水沉 降槽在盛水试验时发生失稳,设备瞬间展 成平板,巨大的落水将傍边750mm直径的 管道拦腰冲断,两人当场下落不明。因无 标准内的设计方法,设备的设计仅参考了 一台同类型 25m直径的设备,将壁厚按比 例放大,建造时设备基础平整度又没有严 格保证。因未带照相器材,没能留下影像, 成为了永远的遗憾。
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?教训:
1. 任何设计方法和公式都有其适用范围,

当超出其适用范围后,应进行审慎的分 析,方可决定采用与否,或者直接采用 分析设计的方法。 2. 大型容器(无论是否是压力容器)应当 严格要求安装资质,并严格管理。

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?八、水压试验后一定要把水放光,否
则遇低气温(如冬季)会造成设备冻裂, 或者遇水质不纯会造成设备(如奥氏体不 锈钢设备)的应力腐蚀或晶间腐蚀开裂。 我们经常这样教给学生、教给我们的现场 试验者,然而尽管如此,大的恶性事故也 不断发生……

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?1997 年 夏天,山东鲁西南某石油化工

厂安装了一套酸性水汽提装臵,并做完了 系统的水压试验,由于市场原因,这套装 臵当年并未投入生产。时隔一年半,当市 场好转,企业准备开动装臵生产却发现整 套装臵从设备到管道、阀门,严重开裂, 最为严重的是一台中间带人孔的卧式容器, 人孔部位被鼓胀抬高200mm左右,容器底 部冻裂最宽处150mm左右。同样由于当时 没带照相器材,成为了永远的遗憾。
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?九、过程装备误用材料有时后果不堪
设想……

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?2003年1月,山东某化肥厂的尿素溶液

输送管道更换后 1 周左右,操作工巡检无 疑敲击到它,没有听到金属脆声,取而代 之的是闷声,随即设备员过来敲击检验, 车间设备主任,设备科分管,生产部分管 等一一前来检验,就在安排人去取测厚仪, 所有人离开现场的瞬间,管道爆破了……

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正确材料和错误材料的尿素溶液管道在这里交汇

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腐蚀得像纸一样的管道残片(管壁外表面)

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腐蚀得像纸一样的管道残片(管内壁)

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腐蚀形貌

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?十、碳氮等小原子向钢中的扩散是时
间和温度的函数……

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?2003年9月山东某化肥厂氨合成塔氨冷

管组检修回装时,不慎受到撞击断裂,致 使上下氨冷管组报废。冷管组材料 18-8奥 氏体不锈钢。氨冷管断裂原因的分析表明, 氨冷管在氮环境中长期运行,发生渗氮是 氨冷管断裂的原因,是不可避免的,应加 强检测,以免造成更大的设备风险。

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氨合成塔冷管组

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氨合成塔冷管组材料表层脆性剥落

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157

氨合成塔冷管断口

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氨合成塔冷管断口

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氨合成塔冷管壁渗氮层

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氨合成塔冷管壁渗氮层显微硬度压痕

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?十一、往复式压缩机灾难性事故中
多数是由于活塞杆与活塞之间连接螺纹的 疲劳断裂所致……

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?1999年5月28日19时许,山东某化肥厂

1#氮氢气循环压缩机在运行过程中,由于 活塞杆活塞端锁紧螺母处螺纹发生断裂, 螺母横卧,致使运动中的活塞与缸头发生 撞击并导致压缩机缸体、机身断裂与破损, 工艺气体泄漏,发生二次空间爆炸,引起 火灾,造成2人死亡、3人严重烧伤,循环 压缩机 2 台报废、 2 台损坏,高压铜泵 1 台 报废、3台损坏等,直接经济损失约115万 元,间接经济损失约194万元。
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活塞杆断口形貌

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活塞杆断口形貌

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166

活塞杆断口形貌

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螺帽断裂形貌

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螺纹根部车削痕迹

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?结论:
致使活塞杆横截面上材料性能严重不均 匀,抗疲劳性能大幅减低; 没有滚压加工螺纹,螺纹粗糙,抗疲劳 性差; 螺纹加工完,没有进行无损检测,容易 遗留制造缺陷; 备件入厂未做检验; 活塞存在野蛮安装现象。
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1. 没有严格按照热处理工艺要求进行处理,

2.
3. 4. 5.

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?教训:
1. 严格按照热规范要求进行处理;疲劳部

件螺纹采用滚压等加工方法,提高抗疲 劳性能;最后加工完毕后必须进行无损 检测。 2. 建立关键备件入厂检验制度并严格执行。 3. 使用测力扳手,杜绝野蛮安装现象。

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171

?十二、生产物料中的微量杂质,如
H2S、SO2等往往是造成过程设备失效的元 凶,它们有时会引起应力腐蚀开裂,有时 会与钢中的MnS等结合,产生HIC……

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?山东某厂甲醇装臵碳洗涤塔系西德设备,材

质 WSTE36 ,设计压力 6.0MPa ,设计温度 150 ℃ , 塔径 1700mm ,壁厚 31mm ,于 1987 年 5 月投用。 因工艺需要, 1994 年在顶部改造加高 5.48m 塔段, 材质16MnR,塔径不变,壁厚32 mm。1996年12 月自检超声测厚发现,塔最高人孔对面壳体有 500×500mm范围夹层。1997年9月欲对夹层安全 评定,无损检测时发现夹层区内表面多处沟状腐 蚀、鼓包甚至裂纹,随即厂方更换了此塔段。不 幸,该塔段运行不足 1 年,再次发生了严重的鼓 包、开裂,达二、三十处之多。情形与前相同, 但更加严重,发生之处依然为钢板夹层区。
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?设备入口: ?介质(wt%):H2 45.71,CO 46.99, CO2 4.99,CH4

0.31,N2 0.25,H2S和COS 1.74(其中H2S约3000ppm) 及 NH3 、 Fe(CO)5 、 Ni(CO)5 、 Cl- 、 V- 、 Ca2+ 等微量杂 质。 ?压力5.1MPa,温度134℃。 ?设备出口: ?介质 (wt%) : H2 46.10 , CO 46.99 , CO2 4.78 , CH4 0.39和?S 1.74。 ?压力5.0MPa,温度37℃。 ?在塔的高度方向分三处加入循环水和冷凝液,温度 在35℃~60℃之间。
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塔壁夹层区马蹄状腐蚀凹坑

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壳体钢板夹层严重鼓胀

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夹层钢板中的阶梯状硫化氢致开裂

阶梯状

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夹层钢板中的阶梯状硫化氢致开裂
与其它裂纹可不贯通

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夹层钢板中的阶梯状硫化氢致开裂

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夹层钢板中的阶梯状硫化氢致开裂
与主应力方向无关

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?经验和教训:
1. 生产工艺中尽可能降低微量杂质,如、

SO2 等的含量,避开其腐蚀作用敏感温 度区。 2. 选择 HIC 低敏感材料,如超低碳不锈钢、 纯净钢、加铜或加钙与稀土等低碳钢或 低合金等。 3. 对 H2S 含量较高的工作环境,要加密钢 板超声扫查密度,排出钢板夹层。
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人们常说:

启示

? 聪明人不犯同样的错误。 ? 不在同一个地方摔倒两次。

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但对人类来说却常常逃脱不掉这样的魔咒: ? 容易摔倒的地方,总有人摔倒。 ? Everything which can go wrong, will go wrong.

启示

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要破除这一魔咒,我们要: ? 路标标志明确——做好安全宣传,建立基于 失效的设计、基于失效的检验的思想。 ? 要一慢二看三通过——严格按照规程操作、 检验…… ? 尽可能多地修无障碍路——尽最大可能设计 和制造出本质安全的设备特别是装臵系统。

启示

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谢谢大家!

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