从热水罐的爆炸事故浅谈常压容器的质量控制

・19・第3期
从热水罐的爆炸事故浅谈常压容器的质量控制
胡兆吉
(南昌大学,南昌330029)
摘要本文通过对一起钢制常压热水罐爆炸事故的原因分析,指出了重视常压容器质量控制的重要性及执行《钢制常压容器》标准时值得注意的几个问题。

关键词事故分析常压容器质量控制
1引言
常压容器广泛地应用于众多的工业生产领域。

考虑到经济性,国家没有将该类容器纳入G B150—89《钢制压力容器》(1)标准的管辖范围,也不接受《压力容器安全技术监察规程》(2)的监督与检验。

正是由于这一原因,常压容器的质量控制(包括容器的设计、制造、检验及其使用与管理等各个环节)始终没能得到应有的重视。

本文通过一起常压热水罐爆炸事故的失效原因分析,再一次以血的教训说明必须重视常压容器的安全,将质量控制意识切实贯穿于常压容器的设计、制造、检验及使用管理的各个环节之中。

2事故概况与失效原因分析
98年2月,江西南昌市某厂木材蒸煮车间投入不足3个月的一台钢制常压热水罐在运行时突然发生爆炸,当场炸死一人,炸伤八人,并导致了厂房设备的严重破坏,直接经济损失达25万余元。

爆炸物为一只方形钢制热水罐,外形尺寸为1270×1000×1010mm系用六块3mm厚的钢板经角焊成全密闭承压结构,顶部钢板仅开有两小孔,用于连接2英寸的外接进水管与蒸汽出口管。

钢制热水罐搁置在砖砌炉灶上并用木柴直接加热,所产蒸汽由出汽管经两路支管通向两个用于蒸煮木料的地坑,管路上共装有三只截止阀门用于蒸汽的调节与控制。

对热水罐爆炸后的现场勘查发现:钢制热水罐被炸抛至车间大门30m开外,其后面一块钢板四边角焊全部撕裂开,且在撕裂的角焊缝处发现有大量的未焊透存在,如图1所示。

被撕裂的钢板撞击热水罐后面的一砖结构的贮水池后飞至右侧翼20m开外处,1.5m×1.5m的贮水池被钢板反冲力连根拔脱并
后移约40公分。

检查时,在热水罐及管路系统上未发现安装任何压力表与安全阀等安全附件,且通往两地坑的截止阀门均为闭合状态,这显然是误操作所致。

通过调查分析可知:引起热水罐爆炸的直接原因是操作工误将阀门全部关闭导致热水罐成为密闭的承压系统所致。

然而,该事故的发生并非偶然,热水罐在设计、制造上存在质量问题才是导致设备爆炸的根本原因。

图1热水罐钢板与钢板连接的角接焊缝结构首先,使用单位对热水罐的设计没有引起应有的重视,
在既不具备相关资质,又没有按常压容器的标准要求(3)的情况下,自行设计了该设备,使设备存在多处不合理的结构。

该设备在总体结构设计时采用了矩型结构,矩型结构不仅承压能力低(在《钢制常压容器》(3)中,矩型容器仅推荐用于直接与大气连通且仅承受液体静压的结构),而且钢板与钢板的焊接也只能采用受力较差的角接焊结构,如图1所示。

更为严重的是,这一角焊缝结构的设计本身很不合理(1)(2),为禁用结构形式。

事实表明,这一不合理的结构即为事故发生的隐患,是热水罐爆炸时最先破裂的位置所在。

此外,设计时没有按有关要求(2)在该密闭的承压系统(或设备)中设置压力表、安全阀等可靠的安全附件,致使无法对水箱内的压力进行监督,而且在系统超压时无法提供安全
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化工设备与管道
防范。

其次,使用单位在不具备相应的制造、检验技术与设备的条件下,自行制造了该热水罐,导致本身就不合理的钢板与钢板之间的角接焊缝出现了大量的未焊透缺陷(如图1所示),是设备爆炸的主要原因。

最后,设备管理人员劳动安全法律意识淡薄,缺乏安全生产与管理常识,对承压设备既没有制定相应的安全生产规章制度和操作规程,又未指定专人专岗,造成设备的使用管理混乱,是导致该设备爆炸的主要管理因素。

3注重常压容器的质量控制
尽管在八十年代初,我国就制定了常压容器的有关行业技术标准如JB2880—81《钢制焊接常压容器技术条件》,但是由于思想上对常压容器的轻视和错误认识,加之有关技术标准的可操作性较差,因此对常压容器的安全与质量控制一直未引起人们应有的重视。

事实上,为了进一步加强常压容器的质量控制,提高常压容器技术规范的可操作性,全国压力容器标准化技术委员会对我国JB2880—81标准进行了较大幅度的修改,制订了新版的常压容器标准《钢制常压容器》(3)(JB/T4735—97,以下简称为新标准)并于1997年元月颁布实施。

新标准为常压容器的设计、制造、检验与验收及监察管理提供了充分的依据。

根据工程实践经验,作者认为,要确保常压容器的安全,必须将质量控制意识贯穿到容器的设计、制造、检验与验收各环节,切实执行新标准的有关规定和要求,并注意以下几方面问题:
(1)注意常压容器标准使用范围:新标准对圆筒形容器、立式圆筒形储罐、圆筒形料仓及矩形容器四种常见的常压容器的适用范围从设计压力、设计温度和容积限度三方面作了明确的规定,见表1。

表1新标准对各类常压容器规定的适用范围
容器类别设计压力P D设计温度t D(℃)容积限度
圆筒形容器-0.02MP a<P D<0.1MP a-20<t D<350注≥500L
立式圆筒形储罐
-500Pa≤P D≤2000P a
-20<t D<35020m3～10000m3
圆筒形料仓t
D<100
不限矩形容器连通大气常温-
对于圆筒形容器,新标准对其设计压力的规定为-0.02MPa<P D<0.1MPa。

当设计压力超过表1所示范围时,则应将其纳入G B150《钢制压力容器》(1)的范围。

对于矩形容器,新标准规定其仅适用于直接与大气连通(或敞开式)且仅承受液体静压作用的场合。

新标准对低温常压圆筒形容器也作了规定:当其设计温度≤-20℃时划归G B150“低温压力容器”管辖;但当其符合G B150标准规定的“低温低应力工况”(即设计温度≤-20℃,但壳体的环向应力≤σS20℃/6且≤50MPa时的工况),且其调整(提高)后的设计温度高于-20℃时,以及奥氏体高合金钢制容器,可按新标准规定进行设计、制造、检验与验收。

新标准对其不适用的几类容器也作了明确规定:即直接受火焰加热的容器、受核辐射作用的容器、盛装毒性为极度或高度危害介质的容器、直接埋入地下的容器、可升降气柜、经常搬运的容器及计算容积小于500L的容器等。

在工程实际中,首先必须明确所设计、制造的容器是否属于常压容器,以便确定容器设计、制造所应执行的相应标准及规定。

(2)注意相关资格与职责要求:新标准对常压容器的设计、制(建)造、检验与验收单位和人员的资格与职责提出了相应的要求。

新标准在3.2条“资格与职责”中明确规定:容器的设计、制造单位必须具备健全的全面质量管理体系;设计单位应对设计文件(一般包括设计计算书和设计图样)的正确性、完整性负责;制造单位必须按照设计图样要求进行容器制造。

如需修改原设计,应取得原设计单位认可。

新标准在15条“制(建)造、检验与验收”中对容
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第3期信息
器施焊的焊工资格提出了要求。

详见文[3]标准。

对容器的无损检测,新标准明确指出必须由持有锅炉压力容器无损检测人员技术等级证书的人员担任。

(3)
注意容器的结构设计与计算:新标准不仅
对每一种形式的容器规定了其适用的范围(见表1
),而且对其总体结构设计(包括焊接结构设计)、主
要零部件的强度、刚度和稳定性的计算都作了具体的规定,可操作性很强。

此外,新标准对常压容器的使用材料和代用材料均作了具体规定。

因此,容器的设计和校审人员完全有可能按标准的有关规定和要求进行容器的设计和校审,应避免随意、盲目的设计与计算。

(4)注意容器的制(建)造、检验与验收要求:新
标准对各常压容器的制(建)造、检验与验收也作出
了具体规定,详见文[3]有关条文。

应当指出:对容器的制造检验要求固然会增加容器的制造成本,但这是确保容器质量与安全的基本要求和重要措施,用户和容器制造单位切不可贪图便宜而随意降低对常压容器的制造与检验要求。

参考文献
1国家技术监督局,《钢制压力容器》(G B150—98),中国标准出版
社,1998
2劳动部锅炉压力容器安全监察局,压力容器安全技术监察规程,
1995
3
国家技术监督局,《钢制常压容器》(JB/T 4735—97)及其释义,中
国标准出版社,1997
玻璃纤维短切毡的用途
玻璃纤维短切毡是由连续玻璃纤维原丝以短切成50mm 长度后,无定向地均匀分布,并配以粉末聚酯粘结剂(或乳液粘结剂)所制成的一种中碱或无碱玻璃纤维无纺毡制品。

玻璃短切毡在国外早已使用,而且比较普遍,而我国起步比较晚,正式投入使用大约十几年时间,而且许多玻璃钢厂家对正确使用短切毡不太熟悉,有此小玻璃钢厂家生产贮罐、贮槽、防腐工程等应必须玻纤短毡作防渗层者而不知道玻纤短切毡为何物者仍旧停留在用方格布的水平上,其质量、防渗漏状况可想而知,由此也引发了行业外使用我们玻璃钢产品的用户对我们玻璃钢产品质量的怀疑。

玻纤短切毡的用途主要有以下几点:
(1)由于玻璃纤维短切毡是连续玻璃纤维原丝
经短切后,无定向随机均匀分布的无纺毡制品,不象方格布那样由经纬纱织成,经纬纱交点形成固定的通路,因此可起抗渗漏作用,对玻璃钢贮罐、贮槽,管道、防腐衬里、防腐工程、玻璃钢船体、浴缸、冷却塔
…等等一切液体介质打交道的玻璃钢制品来讲,其结构层必须用短切毡;
(2)由于玻璃纤维短切毡浸透树脂含量比较
高,可以形成富树脂层,提高制品耐腐蚀性能;
(3)使制品具有较好的回弹性,提高制品的耐冲击性和弹性模量;
(4)由于短切毡质量较重(一般分300g 、450g 、
600g /m 2
),相对方格布可提高工作效率;
玻璃纤维短切毡根据其所用玻璃纤维成份不同,又分为中碱短切毡和无碱短切毡。

无碱短切毡机械强度比较高,电绝缘性能比较好,对水和碱性介质耐腐蚀性能比较好,因此生产机械强度要求比较高,电绝缘性能比较好,贮放水和碱性介质的玻璃钢制品。

中碱短切毡相比无碱短切毡而言,机械性能、电绝缘性能差,但对酸性介质耐腐蚀性能却比较好,因此生产要求性能一般的制品和酸性介质的制品宜选择中碱短切毡。

・3・Vol.37No.3
A pp lication of Metal Mould-less Ex p losive Workin g Tech2 ni q ue in Field of Low Tem p erature Pressure Vessel Fabrication
W an g N anhai
Min Pin Commercial Co.Ltd,China S p ace Bureau Bei j in g,100013
Abstract:In t his p a p er,t he metal ex p losive workin g techni q ue and t he fabrication characteristics of metal vessels wit h double la y ers were int roduced.Based on t he com p arison between new and t radi2 tional techni q ues,t he reliabilit y of t he techni q ue for mould-less hi g h ener gy inte g ral formin g of s p heroidal vessels wit h double la y ers was stated,and t he p ros p ective a pp lication of t his techni q ues to t he fabri2 cation of t he low tem p erat ure p ressure vessels was p resented.
K e y words:metal mould-less ex p losive workin g,re p eated loadin g,low tem p erat ure vessels wit h double la y ers
Some Problems in Multi-sta g es Fil m Eva p oration
E q ui p ment Desi g n
L i u Di an y u
Hei Lon gj ian Dair y Machiner y Factor y An Da,151400
Abstract:Wit h t he exam p le of t he a pp lication of t hree sta g es film eva p oration e q ui p ment to concent rate t he solution of g lucose, some ke y p oint s in t he desi g n and t he o p eration of t his kind of e2 q ui p ment were stated in t his article.
K e y words:film eva p oration e q ui p ment,desi g n,a pp lication, p roblem
A pp l icaton of Medium Pressure Stea m-stri pp in g Device
f or Process Condensed Li q uid
Zh u Xi aosi,Guan Zhe p ei
Zhon gy uan Da Hua Grou p Co.Po Yan g,457004
M i n Hon g
Po Yan g Met h y l Alcohol Factor y Po Yan g457004 Abstract:In t his article,t he a pp lication of t he medium p res2 sure steam-st ri pp in g device p rocess condensed li q uid in t he lar g e ammonia p lant was int roduced.The anal y sis and discussion for t he existin g p roblems were,t hen,carried out.
K e y words:lar g e ammonia p lant,p rocess condensed li q uid, medium steam-st ri pp in g device
Discussion f or Problem of Mass Clo g in Lar g e T ank Desi g n
Fan Fen g l an
Lan Zhou Colle gy of Petrochemical In dustr y Lan Zhou,730060
Abstract:In t his article,based on t he anal y sis of t he mass flow t yp e and t he causes of t he mass clo g in t he lar g e tanks,t he met hods to p rotect t he p henomena were int roduced.
K e y words:lar g e tank,mass flow t yp e,clo g brid g e
Seal Desi g n f or side inserted A g itator
Cai Xi ao j u n
De p t of Mechanical En g ineerin g,Bei j in g Institute of Petrochemical
Indust r y Bei j in g,102600
Abstract:The workin g characteristics of side inserted a g ita2 tors were anal y zed first in t his p a p er.Then,t hemet hods to solve t he p roblem in shaft seal desi g n were p resented.
K e y words:side insertion,a g itator,sealin g
Brief Discussion of Q ualit y Control f or Atmos p heric Vessels
Based on Ex p losion of H eat Water Tank
Hu Zhao j i
Nan Chan g U niversit y Nan Chan g,330029
Abstract:Based on t he anal y sis of t he ex p losive causes of t he heat water tank,t he im p ortance of t he q ualit y cont rol for t he steel at mos p heric vessels was stated in t his article.Att hesametimes,some p roblems existin g t he execution of t he standard“Steel At mos p heric Vessel"were also p resented.
K e y words:anal y sis of accident,atmos p heric vessel,q ualit y control
Method f or Calculatin g O p timum Dia meter of Vertical
C y l indrical T ank
L i B i n g
Desi g n Instit ute,Ton g Tin g Nit ro g enous Fertilizer Factor y
Yue Yan g,414003
Abstract:In order to obtain t he minimum wei g ht of t he c y lindrical tank,t he e q uation for calculatin g t he wei g ht of t he tank was first established.The ultimate t heor y was,t hen,used to derive t he o p timum diameter.After carr y in g out t he reiterative calculation, t he final o p timum diameter of t he tank can be determined.
K e y words:vertical c y lindrical tank,o p timum diameter,cal2 culation met hod
Some Problems Existin g in Desi g n of S p heroidal T ank Fabricated with Q uenched and tem p ered Hi g h Stren g th Steel
Y u W en di
China Tian Cen Chemical En g ineerin g Co,Jian g su Branch
Abstract:In t his article,some p roblems existin g in t he de2 si g n of s p heroidal tank were briefl y stated,includin g t he advanta g es and disadvanta g es of use of q uenched and tem p ered hi g h st ren g t h steel as t he material of s p heroidal tank shell,t he dividin g t yp e of t he shell,t he weldin g p rocess and t he occurrence of t he weldin g crack. Then,t he measures to solve t hese p roblems were p ro p osed.
K e y words:q uenched hi g h st ren g t h steel,s p heroidal tank,di2 vidin g t yp e,fabricatin g p rocess,p revention of crack
Ref orm of Mechanical Seal f or Po wered Se p arators
Cai M i n
Si Chun Research Institute of Sealin g Technolo gy Chen g Du,610041
Abstract:In t his p a p er,t he cause of severe wear of A301 mechanical seal at t he at mos p here end used in p owered se p arator for p ol yp ro py lene p ro j ect was anal y zed.Than,t he reform met hod to solve t he p roblem was p resent hed.
K e y words:mechanical seal,wear,anal y sis of cause,reform。