从设计角度对一起化工压力容器爆炸事故的剖析

从设计角度对一起化工压力容器爆炸事故的剖析
张　英
(内蒙古自治区轻化工设计院)
1992年6月27日15时20分,某市油脂化工厂癸二酸车间两台正在运行的水解釜突然相继发生爆炸。

一台未运行的水解釜和蒸汽缓冲罐也被炸坏,残片四处分散,最远的飞落在厂外距爆炸中心183米处。

同时还摧毁了临近的两栋厂房的一部分。

此次事故造成死亡8人,重伤4人,轻伤13人,直接经济损失36万元。

油脂化工厂癸二酸车间的三台水解釜,都是该厂委托某锅炉厂设计制造的。

水解釜筒体直径1800毫米,材质为20g,筒体壁厚14毫米,封头壁厚16毫米,容积1513立方米。

工作压力0178M Pa,工作温度173℃,工作介质为蓖麻油、氧化锌、蒸汽、水及水解反应后生成的甘油和蓖麻油酸。

釜顶装有安全阀和压力表,设备类别为 类压力容器。

该设计从投入使用到爆炸,实际使用时间为28个月零12天,单台平均累计运行时间约19个月。

经调查分析认为,这起爆炸事故的原因是由于水解釜内介质在加压和较高温度下,对釜壁的腐蚀和磨蚀作用,使筒体壁厚减薄。

因此,承受不住工作压力,从而使水解釜发生爆炸。

这起事故是一起重大的责任事故。

压力容器能否安全运行,与各个环节有关,它包括设计、制造、检验、使用、管理,且各个环节部门都有相应的管理法规。

其中一个环节不到位都会导致事故的发生。

这起事故就是与设计、检验、使用、管理有关的责任事故。

为此劳人锅字(92)第21号文的通报中对各级领导、使用、单位、锅炉压力容器检验及压力容器设计单位及各级劳动部门提出了要求,以确保压力容器的安全运行,防止各种事故的发生。

本文从设计角度就这起事故进行剖析,以引起设计单位的重视并从中吸取教训。

水解釜设备结构比较简单,设计计算并不复杂,是一普通的化工容器,设计上为什么会出问题?问题出在哪里?
现根据处理事故时设计单位提供的工艺条件、计算书、说明书简要归纳如下进行剖析(按GB150-89《钢制压力容器》)
工艺条件
给定工艺参数
序号名 称单位数值
1工作压力M Pa0.78
2工作温度℃173
3工作介质蓖麻油蒸汽
4腐蚀格度mm0.5×7-315
5全容积立方米15
6容器类别
管　口　表
管口符号PN DN用 途
a.b.c.d.g1.650进料、进汽、水
e11650排　空
f11650出　料
h40安全阀
i500入　孔
m15压力表
设计确定有关参数:
设计压力:P 0.9M Pa
设计温度: 180℃
焊缝系数:5 0185
筒体内径:D i 1800mm
钢板负偏差:C1　018mm
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1
5
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　第25卷 内蒙古石油化工
腐蚀裕度:C 2　315mm
常温屈服点:ΡS 250M Pa
〔Ρ〕
137M Pa 〔Ρ〕
t
13314M
Pa 有关计算:筒体壁厚计算
根据∆=
P D i
2〔Ρ〕t 5-
P
m m 公式
代入有关数据∆=7.17mm
设计厚度 S =∆+C =11.47mm 实际选取壁厚S n =14mm 水压试验应力校核水压试验压力值:
P t =1.25p
〔Ρ〕〔Ρ〕
t =1.25×0.9×137
133=1.158M P a
取水压试验压力值P T =1.16M Pa
试验压力下园筒的计算应力值
根据ΡT =P r ·〔D i+(Sn-C1)〕
2(Sn-C1)·5
M Pa 公式
ΡT =93.7M Pa
019×ΡS =225M Pa
满足ΡT <0.9ΡS 要求,故筒体水压试验时满足强度要求。

封头壁厚计算根据∆=
P ·D i
2〔Ρ〕t
·5-0.5P
mm 公式
代入有关数据∆=6.1mm
设计厚度S =∆+C
代入有关数据S =10.4mm 实际选取壁厚S n =16mm 封头的许用压力〔P 〕
根据〔P 〕=2〔Ρ〕t
·∆e
K ·D i+0.5∆e
M Pa 公式
代入有关数据〔P 〕
=1.7M Pa 封头满足使用要求
开孔补强计算(入孔处开孔)入孔接管5529×10材质20g
故开孔处所需补强面积A =d ·∆mm 2
式中:
d :开孔直径,等于接管内直径加2倍厚度附加量mm
∆
:封头开孔处计算厚度mm 代入有关数据A =3157mm 2根据GB 150-89《钢制压力容器》开孔和开孔补强章节。

壳体、接管承受内压所需设计厚度之外的多余金属面积A 1与A 2及补强区内的焊缝面积A 3之和3588mm 2大于A ,开孔处不需补强。

对容器的安全装置安全阀也进行了计算,选取了A 27H -10,PN 110,DN 40安全阀及查阅该安全阀的安全泄放量均满足要求。

就设计文件来说也是完整的,并对设计过程作了详细的说明,包括水解釜的用途与性能,介质腐蚀性能、选材、设备保温等。

但从事故现场可以看到,设备腐蚀相当严重,现场未爆炸罐体中部测厚最薄处只有419mm 。

爆炸罐某些点只有413mm ,甚至更薄,且同类厂家如开封化工三厂、衡水化工厂、维纺化工厂同志介绍亦碳钢腐蚀严重而采用不锈钢。

可见设备事故与设计过程中选材不当有关。

设计单位在设计时就介质腐蚀性及选材问题也曾考虑过,但没有做深入细致的工作,在设计人员不清楚的情况下尊重了用户意见。

没有深入现场进行调查了解,也没有查阅有关数据手册,没有注意到介质工况改变其腐蚀性也在改变,只是根据油脂化工厂介绍情况认定本介质有一定的腐蚀性,腐蚀程度一般而进行了选材设计。

在设计过程的说明中取了0125mm 年的腐蚀量,设备使用寿命14年。

(实际查阅腐蚀数据手册,油酸对碳钢在150℃时已腐蚀严重,不适用)另外对委托任务书中,推荐主要材料和特殊要求栏中提及的“出料管和蒸汽管优先选用不锈钢管”的意见,没有深入探讨。

从事故现场看不锈钢蒸汽管及出料管由于采用了不锈钢而未见明显腐蚀,可见罐体材料也应选不锈钢。

为此设计中选材不当已埋下了事故隐患,加上检验失控使用管理部门没有安全意(下转第58页)
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25· 从设计角度对一起化工压力容器爆炸事故的剖析 第25卷　
解决硫化物堵塞的方法:①为了防止在EA 206A -H 管侧生成硫化物,保证将适量含CO 量高的原料气注入GA 201与EA 205之间的甲醇中。

②在计划停车期间,将DA 203、DA 204结垢严重的塔板拆出,用机械的方法清洗干净。

③根据实际运行情况,将各泵的过滤网逐步改细,通过清理滤网的办法来除去硫化物。

④在DA 203下塔的进料管线上增加一过滤器(内化、九江均已技改),以减轻硫化物对DA 204塔的影响。

⑤建议在DA 203塔进料管线上增加两个过滤器(一个运行,一个备用),将在EA 206中形成的硫化物直接除去,减少对DA 203塔的影响。

21313　内蒙古化肥厂低温甲醇洗装置的主甲醇换热器EA 206A -H 中先后在4台发生管、壳程严重内漏。

壳程甲醇(高压)串入管程(低压),导致GA 202泵超电流,造成装置被迫停车检修、更换和堵漏。

造成EA 206内漏的原因:①硫化氢腐蚀,在EA 206中,由于甲醇复热使得甲醇中吸收的部分硫化氢等酸性气体解析出来,在EA 206顶部与甲醇中的水形成弱酸造成腐蚀。

②EA 206的管程材质选用碳钢不太合理。

③设备制造质量不过关(设备在水压试压后就发现内漏)。

解决EA 206内漏的方法:①加强DA 204塔的工艺操作,尽量降低甲醇中的水含量,以减轻形成弱酸对设备的腐蚀。

②选用不锈钢材质制造EA 206内芯,逐渐全部更换此换热器,(内化已订购用不锈钢制作的EA 206内芯,并且逐步更换,一劳永逸)。

③加强对购进设备的质量检验。

21314　我厂脱碳装置先后出现过4次二氧化碳吸收塔出口二氧化碳超标现象,分析原因都是由于甲醇
的再生度差、贫甲醇中的硫化氢超标所致。

设计硫化氢小于20m g l ,实际硫化氢大于20m g l 。

贫甲醇中硫化氢超标的原因有两种:①DA 203塔操作不当和塔板结垢严重所致;②脱碳装置导气前,甲醇再生时间短,甲醇未再生合格,硫化氢超标。

处理方法就是加强DA 203塔的操作,严格各项工艺指标。

脱碳装置导气前,要保证有足够的时间进行甲醇再生合格,硫化氢小于20m g l ,水小于1%,氨小于20m g l 。

3　结束语
低温甲醇洗装置是我厂合成氨装置高负荷、低消耗、长周期稳定运行的关键,随着这些存在问题的不断改进和解决,甲醇洗装置工艺将会更加完善。

(上接第52页)识,最终导致了这起事故的发生。

从设计角度出发就这起事故应该吸取的教训。

11进行压力容器设计时,应严格按照国家有关规定,遵循国家颁布的现行各项规程、规范,保证压力容器设计的科学性、严肃性和安全性。

编制的设计文件应齐全、完整,数据选取要正确、可靠、计算要准确无误。

21设备设计人员要不断提高自身素质,了解所设计设备的工艺过程,对介质的特性(包括生成物)尤其是对材料的腐蚀性一定要清楚,否则应深入现场进行调研了解,可查阅有关资料,注意介质组份及不同工况下的特性,做到心中有数。

31设计人员对所设计产品的安全性要负责,对委托方的意见要尊重,但不等于盲目的听信,按
其意见办,而要看其意见是否准确,是否符合压力容器、设计要求是否能保证压力容器安全运行。

绝不能迁就使用、材质、制造等方面客观原因,而不遵循压力容器设计及安全的要求而进行设计。

41设备设计人员应对所设计的产品的制造、运行情况进行回访,听取意见,了解其设计的合理性及使用的安全性,总结经验吸取教训,提高自己的技术水平。

参考资料
1　GB 150-89《钢制压力容器》2　“压力容器安全技术监察规程”
3　内蒙古自治区劳动人事厅文件:内劳人锅字(92)第21
号
4　《压力容器手册》上册(劳动人事出版社,198812)
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85· 低温甲醇洗工艺探讨 第25卷　。