北京首钢电力厂蒸汽管道爆炸事故

北京首钢电力厂蒸汽管道爆炸事故

2000年7月9日凌晨北京首钢电力厂汽机车间主蒸汽管道发生爆炸造成6人死亡直接经济损失75万余元的重大事故

1事故经过

7月9日凌晨0时57分北京首钢电力厂汽机车间主蒸汽母管道北端阀门与管道焊接部位发生泄漏1时01分左右该阀门与主蒸汽母管道焊接部位撕裂发生爆炸阀门见图1连用长约1.5m的管道向北飞出13.3m将3号锅炉汽轮机值班室的南北两堵墙击塌从主蒸汽管道中喷出的高温高压蒸汽将值班室内的控制设备毁坏值班室内6名人员被砸烫伤经送医院抢救无效死亡

图1 爆炸后的阀体

2现场勘查及调查

1首钢电力厂四台220t h锅炉的布置为并联并经主蒸汽管道汇总于蒸汽母管线上蒸汽母管北侧末端有一阀门事故阀门该闸门是在1986年为

调试1号锅炉1号汽轮机时用于吹洗蒸汽管道安装的临时管道阀门编号为11号调试结束后没有将其拆除经调查此事故阀门在投入使用之后未对其进行过定期检查

2对三台锅炉2000年7月9日的运行记录及运行日志进行检查压力均在8.88.9MPa之间温度均在533540之间可以确定在发生爆炸时没有出现超温超压运行现象排除了操作人员违章操作造成事故的可能性

3对失效部件的分析

1焊缝外观及射线探伤

破坏部位焊缝上存在未焊缝和错边未焊透最大深度约8mm见图2最大错边量为7mm对具有射线探伤条件的事故阀门的另一端即未破裂端的焊缝进行了X射线探伤结果表明存在未焊透缺陷

图2 焊接接头低倍形貌

2断口分析

通过对断口的宏观检查其大部分断裂面平齐见图3具有脆性断裂纹的明显特征通过扫描电镜对断口的微观形貌进行观查可以看到大面积断口呈准解理的形貌也具有明显的脆性断裂特征属于脆性断裂

图3 阀体侧断口的断裂全貌

另外在阀体侧的断裂面上可以看到有三处明显的起裂源经扫描电镜观察这三处裂纹源上存在有夹渣焊接缺陷断口位置少部分位于焊缝和热影响区

上而90以上的断口位于阀体母材上

经无损探伤及外观检验分析由于焊缝存在整圈未焊透错边及夹渣等焊接

缺陷且在未焊透的根部应力较高因此容易产生裂纹裂纹从焊缝开始然后

穿过热影响区到达阀体母材迅速扩展

3化学成分分析

对蒸汽母管和阀体材质进行了化学成份分析蒸汽母管的材质为CrMo耐热

合金钢材料阀体材质为碳素铸钢材料

根据原国家劳动总局1980年颁发的蒸汽锅炉安全监察规程中规定对

于壁温大于450且小于565的钢管材料应为15CrMoA或12Cr1MoV蒸汽母管

的材质为CrMo耐热合金钢符合上述规程规定对于铸钢件规程中规定介质

温度超过450的铸钢件应选用耐热合金钢此事故阀门所用材料为碳素铸钢

不符合法规的规定不能用于高温工况

4机械性能试验

沿阀体母材取样试样尺寸为M16110mm试验温度530试验结果见下

表

试验温度试样编号b(MPa) 0.2(MPa) 5(%) (%)

1 119 15

2 17 39

2 210 160 12 35

通过机械性能试验结果可以看到阀体材料530的强度及韧性值仅为

12Cr1MoV耐热钢强度及韧性值的50以下该材料在力学性能方面不能达到

高温使用要求

5金相组织分析

阀体金相组织为铁素体珠光体晶粒粗大且存在许多孔洞

母管组织为铁素体珠光体铁素体内可见碳化物质点晶粒较细小

4分析与结论

断口宏观观察及断口在扫描电镜下观察结果表明裂纹向35号铸钢扩展的过程及最终断裂的斜边其断口都具有准解理的断裂形貌特征同时在断裂源区可以看到许多二次裂纹也就是说蒸汽管爆裂时因焊接缺陷引进的裂纹扩展一定尺寸时沿阀体侧发生了低应力脆断

35号铸钢阀体除了铸件本身材质致密性较差在金相显微镜下可见的孔

洞基体因没有固溶及析出强化相其热稳定性和热强性较差所以不能用于

530的工况条件更不要说是在其工况条件下长期工作

断裂力学告诉我们35号铸钢阀体的断裂韧性比CrMo钢要低裂纹起源于焊缝当裂纹长度达到35号铸钢阀体在350时的临界裂纹长度时就发生了瞬间的低应力脆断

综合上述分析首钢电力厂蒸汽母管北侧末端阀门爆炸的直接原因为

1事故阀门的材质为碳素铸钢该材料的使用不符合国家劳动总局1980年颁发的蒸汽锅炉安全监察规程第四章第37条的有关规定不能用于工况为540的蒸汽母管线上

2焊缝存在错边未焊透及夹渣等严重缺陷是产生裂纹源并引发断裂

的原因