压力容器典型事故案例调查与剖析

压力容器典型事故案例调查与剖析摘要：提出了压力容器的概念及分类，分析压力容器破环的主要形式、破环的原因和特征。对压力容器典型事故案例进行了分析。提出了压力容器安全的目的和意义与实现措施。关键词：压力容器，事故，调研InvestigationandanalysisofthetypicalpressurevesselaccidentAbstract：Putforwardtheconceptandclassificationofpressurevessels,analyzethemainformandthecausesofthebreaking,thenanalyzethetypicalpressurevesselaccident,putforwardthepurposeandthesignificanceofthepressurevesselssafetyandthemeasures.Keywords：pressurevessels，accident，research正文：一．压力容器安全基础知识概述1.压力容器的定义及特点压力容器是一种承压设备。承压设备是指涉及生命安全、危险性大的锅炉、压力器（含气瓶）、压力管道等承压类特种设备和安全附件。压力容器是承接带有一定压力的流体的密闭设备，是工业生产中必不可少的一类机械设备。压力容器广泛应用于国民经济的各个部门。由于压力容器极宽广的操作范围，包括压力、温度、介质、周围坏境等，使其在设计、制造、使用和管理等方面与其他一般机械设备不同，尤其在安全性能方面更为苛刻和严格。因此，压力容器表现以下与一般机械设备不同的特点：（1）容器应用的广泛性。各种形式和规格的压力容器广泛用于石油、天然气、化工、石油化工、能源、制药、食品、航天和交通运输等部门，在民用和农业部门也屡见不鲜。（2）操作条件的复杂性，甚至进于苛刻。操作的复杂性使压力容器从设计、制造、安全到使用、检验、改造、维护都不同于一般的机械设备，成为一类特殊的承压设备。（3）对安全的高要求。2.压力容器的分类压力容器的型式很多，按不同的需求可以进行不同的分类。但是从压力容器的使用管理和安全监察角度出发，按照“荣归”将压力容器区分为几个类别具体方法如下：（1）按压力容器技术特性分类根据容器承受的压力(p)分为低压、中压、高压、超高压四类。具体划分如下：①低压容器p1.57MPa(16kgf／cm2)②中压容器：1.57MPa(16kgf／cm2)≤p9.81MPa(100kgf／cm2)③高压容器：9.81MPa(100kg／cm2)≤p98.1MPa(1000kgf／cm2)④超高压容器：p≥98.1MPa(1000kgf／cm2)（2）按容器在生产中的作用分类:①反应压力容器(代号R):用于完成介质的物理、化学反应。②换热压力容器(代号E):用于完成介质的热量交换。③分离压力容器（代号S):用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离。④储存压力容器（代号C，其中球罐代号B）：用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质。在一种压力容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，应按工艺过程中的主要作用来划分品种。（3）按安装方式分类：①固定式压力容器：有固定安装和使用地点，工艺条件和操作人员也较固定的压力容器。②移动式压力容器：使用时不仅承受内压或外压载荷，搬运过程中还会受到由于内部介质晃动引起的冲击力，以及运输过程带来的外部撞击和振动载荷，因而在结构、使用和安全方面均有其特殊的要求。③上面所述的几种分类方法仅仅考虑了压力容器的某个设计参数或使用状况，还不能综合反映压力容器的危险程度。（4）依据受监察容器的压力高低、介质的危害程度以及生产过程中的重要作用，又将容器分为三类Ⅰ类容器①非易燃或无毒介质的低压容器②易燃或有毒介质的低压分离容器和换热容器Ⅱ类容器①高、超高压容器②剧毒介质的低压容器③易燃或有毒介质的低压反应容器和贮运容器④内径小于lm的低压废热锅炉Ⅲ类容器：①高压、超高压容器②剧毒介质且PV≥196L·MPa(2000L·kgf／cm2)的低压容器或剧毒介质的中压容器③（3）易燃或有毒介质且PV≥490L·MPa(5000L·kgf／cm2)的中压反应容器，或PV≥4900L·MPa(50000L·kgf／cm2)的中压贮运容器（④中压废热锅炉或内径大于1m的低压废热锅炉。3.压力容器破坏的主要形式、原因及特征压力容器及其承压部件在使用过程中，尺寸、形状或材料性能发生改变而完全失去或不能良好的实现原定的功能或继续使用中失去可靠性和安全性，因而需要立即停用进行维修或更换，成为压力容器的破坏形式。压力容器的失效从安全角度分类，通常情况下可分为以下几种形式：韧性破裂、脆性破裂、疲劳破裂、应力腐蚀破裂、蠕变破裂、泄漏。（1）韧性破裂压力容器的韧性破裂往往是受到超过正常工作内压的作用，在其器壁截面上产生的总体薄膜拉伸使材料发生明显塑形变形，如压力升高，一旦应力超过材料的强度极限时，容器就会发生破裂。具有以下特征：容器发生显著的塑形变形，主要表现在容器的周长明显的拉长或面积明显的增大、中间部分有鼓胀，且壁厚面型减薄。（2）脆性破裂容器不发生或未发生充分塑性变形下就破坏的破裂型式称为脆性破裂。造成脆性破裂的原因主要有两方面原因：一是容器的材料原因，即容器本身的韧性差；二是容器本身在制造或使用中存在超标的缺陷。脆性破裂在发生断裂前外观没有明显的征兆和塑性变形，断裂时器壁内的应力比较低，且破坏的容器常断裂成碎块飞出。（3）疲劳破裂疲劳破裂是指在交变载荷（机械载荷或热载荷）下运行，经历长期作用后，在某些局部的应力集中部位发生了破裂或泄漏。造成疲劳破裂的主要原因是高应力低循环疲劳，指材料所受的交变载荷次数在102—105，而相应的应力水平较高，接近或超过材料的屈服极限。有一下特征：常发生在结构局部应力较高或存在材料（包括焊缝及其热影响区）缺陷处；疲劳破裂的断口形貌与脆性端口不同，断口也有三个区，但由于裂纹萌生萌生部分占断口尺寸很小，实际观察叫明显的是裂纹扩展区和最终断裂两个区。（4）应力腐蚀破裂应力腐蚀破裂起源于环境对容器材料的腐蚀，即材料与周围环境介质产生化学或电化学作用，使材料厚度减薄或本身性能发生变化，从而最总导致容器破裂。腐蚀破裂是一种延迟性破坏，一旦萌生腐蚀裂纹，裂纹扩展的速度比纯腐蚀快的多，因此应力腐蚀破裂宏观形态具有脆性破裂的特征。（5）蠕变破裂在高温下工作的压力容器，操作温度超过一定极限，材料就在应力的作用下发生缓慢的塑性变形。蠕变破裂有明显的塑性变形和蠕变小裂纹，断口无金属光泽，呈粗糙颗粒状，表面有高温氧化层和腐蚀物。（6）泄漏失效上述压力容器可能发生的任何形式的破裂，最终都会表现为容器内的介质向外泄漏。根据泄漏的介质性质和容器工况不同，泄漏造成的灾害和危害也不同。泄漏造成大量易燃、易爆、有毒物质向空中释放，并在空旷中扩散，在有火源条件下，会引起燃烧、爆炸，人暴露在这种环境中就会中毒，从而带来严重的人身伤亡、财产损失和环境污染。4.压力容器事故分析方法、内容和步骤化工生产由于使用的原料、半成品和产品绝大多数具有易燃易爆、腐蚀毒害等危险特性，且生产装置大型化、连续化，工艺过程复杂化，潜在着很大的危险性。因此，对现代化的化工生产装置单纯采用传统的安全管理方法已远远不能适应安全生产的需要必须实现现代化管理。目前，国内外已经开发出的危险性分析方法有几十钟之多，这些方法都是依据不同的对象和要求开发出来，有各自的特点，可针对系统的具体情况选择恰当的方法。以下是几种常见的危险性分析方法。（1）预先性分析方法预先性分析是指在一项工程活动（包括设计、施工、生产和维修等）之前，对系统存在的各种危险因素、出现的条件以及导致事故的后果进行宏观的、概略的分析，以便提出安全防范措施。操作步骤：①熟悉系统；②识别危险；③分析触发事件；④找出形成事故的原因事件；⑤确定事故情况和后果；⑥划分危险因素的危险等级。（2）危险和操作研究危险和操作性研究是查明生产装置和工艺过程中工艺参数及操作控制中可能出现的偏差，针对这些偏差，找出原因，分析后果，提出对策的一种分析方法。操作步骤如下：①建立研究小组；②资料准备；③将系统划分成若干个部分；④分析偏差；⑤结果整理。（3）故障类型和影响分析故障类型和影响分析是指系统危险性分析的重要方法之一。操作步骤如下：①熟悉系统；②确定分析的深度；③绘制逻辑图；④分析故障类型的影响；⑤结果汇总。（4）事件树分析事件树分析是从一个初始事件开始，按顺序分析事件向前发展中各个环节成功与失败的过程与结果。任何一个事故都是由多个环节事件发展变化形成的。操作步骤：①确定初始事件；②找出与初始事件有关的环节事件；③画事件树；④说明分析结果。（5）事故树分析事故树分析是从结果到原因找出与灾害事故有关的各种因素之间因果关系及逻辑关系的分析方法。这是一种作图分析方法。操作步骤：①确定和熟悉系统；②确定顶上事件；③详细分析事故的原因；④确定不予考虑的事件；⑤确定分析的深度；⑥编事故树；⑦定性分析；⑧定量分析。二．压力容器典型事故案例分析(一)事故概况2004年4月15日2l时，重庆天原化工总厂氯氢分厂1号氯冷凝器列管腐蚀穿孔，造成含铵盐水泄漏到液氯系统，生成大量易爆的三氯化氮。16日凌晨发生排污罐爆炸，1时23分全厂停车2时15分左右，排完盐水后4h的1号盐水泵在静止状态下发生爆炸，泵体粉碎性炸坏。16日17时57分，在抢险过程中，突然听到连续两声爆响，液氯储罐内的三氯化氮突然发生爆炸。爆炸使5号、6号液氯储罐罐体破裂解体井炸出1个长9m、宽4m、深2m的坑，以坑为中心，在200m半径内的地面上和建筑物上有大量散落的爆炸碎片。爆炸造成9人死亡，3人受伤，该事故使江北区、渝中区、沙坪坝区、渝北区的15万名群众疏散，直接经济损失277万元。(二)事故原因分析爆炸直接因素关系链为：设备腐蚀穿孔呻盐水泄漏进入液氯系统一氯气与盐水中的铵反应生成三氯化氮一三氯化氮富集达到爆炸浓度(内因)→启动事故氯处理装置振动引爆三氯化氮(外因)。1.直接原因(1)设备腐蚀穿孔导致盐水泄漏，是造成三氯化氮形成和富集的原因。根据重庆大学的技术鉴定和专家的分析，造成氯气泄漏和盐水流失的原因是1号氯冷凝器列管腐蚀穿孔。腐蚀穿孔的原因主要有5个；①氯气、液氯、氯化钙冷却盐水对氯气冷凝器存在普遍的腐蚀作用。②列管内氯气中的水分对碳钢的腐蚀。③列管外盐水中由于离子电位差异对管材发生电化学腐蚀和点腐蚀。④列管与管板焊接处的应力腐蚀。⑤使用时间较长，并未进行耐压试验，使腐蚀现象未能在明显腐蚀和腐蚀穿孔前及时发现。1992年和2004年1月该液氯冷冻岗位的氨蒸发系统曾发生泄漏，造成大量的氨进入盐水，生成了含高浓度铵的氯化钙盐水。1号氯冷凝器列管腐蚀穿孔，导致含高浓度铵的氯化钙盐水进入液氯系统，生成并大量富集具有极具危险性的三氯化氮爆炸物，为16日演变为爆炸事故埋下了重大事故隐患。(2)三氯化氮富集达到爆炸浓度和启动事故氯处理装置造成振动，引起三氯化氮爆炸。经调查证实，厂方现场处理人员未经指挥部同意，为加快氯气处理的速度，在对三氯化氮富集爆炸的危险性认识不足的情况下，急于求成，判断失误，凭借以前操作处理经验，自行启动了事故氯处理装置，对4号、5号、6号液氯储罐(计量槽)及1号、2号、3号汽化器进行抽吸处理。在抽吸过程中，事故氯处理装置水封处的三氯化氮因与空气接触和振动而首先发生爆炸，爆炸形成的巨大能量通过管道传递到液氯储罐内，搅动和振动了液氧储罐中的三氯化氮，导致4号、5号、6号液氯储罐内的三氯化氮爆炸。2.间接原因(1)压力容器设备管理混乱，设备技术档案资料不齐全，两台氯液气分离器未见任何技术和法定检验报告，发生事故的冷凝器1996年3月投入使用后，一直到2001年1月才进行首检，没进行耐压试验。近两年无维修、保养、检查记录，致使设备腐蚀现象未能在明显腐蚀和腐蚀穿孔前及时发现。(2)安全生产责任制落实不到位。2004年2月12日，集团公司与该厂签订安全生产责任书以后，该厂未按规定将目标责任分解到厂