一台空压机储气罐爆炸事故分析

一台空压机储气罐爆炸事故分析

摘要本文作者通过超声厚度测试、硬度测试、射线检测、金相检验、化学成分分析以及断口扫

描电镜分析等测试技术对一台空压机储气罐爆炸事故进行分析，找出空压机储气罐发生爆炸的原

因，并为空压机的安全运行提出了针对性的建议。

Abstract: The authors applied the ultrasonic thickness test, hardness test, radiation detection, metallographic examination, chemical composition analysis and scanning electron

microscopy analysis of fracture to analysis the explosion of an air compressor storage tank.

The cause of explosion was found and some Specific proposals were presented at the end.

关键词储气罐，爆炸事故分析

Keywords: Air storage tank, explosion analysis

引言

广州某灯具公司需要使用液化石油气加工玻璃灯具，在爆炸事故发生前两天由于节日停产，爆炸当天也下午4时50分开动空压机在开机20分钟后发生爆炸，造成一维修工人重伤后致死的事故。该空压机放在一楼楼梯底下，爆炸冲击波将空压机周围的墙壁振得摇摇欲坠，事故现场见图1。事故所造成的损失是严重的，分析这起空压机储气罐事故总结经验，对提高我们的检验水平和提高企业的安全管理水平。都具有十分重要的意义。

图1 爆炸事故现场

一、设备概况

该空压机上的压缩机型号为W-2.0/7，额定工作压力为0.7MPa配备电机功率为15 KW。储气罐为华东某锅炉压力容器制造厂制造。容积：0.35m3；规格：Φ500×5×1730mm；主要受压元件材质：Q235-A；设计压力：1.10MPa；设计温度：140℃；工作压力：1.00MPa；工作温度：<100℃；焊缝系数：0.85；腐蚀裕度：1mm；水压试验：1.65MPa；出厂日期：2000年2月。该罐共有焊逢4540mm，

包括两道环焊缝一道纵焊缝；焊缝系数0.85；环焊缝是有垫板的单面焊焊缝；探伤比例10%，实际探伤450mm，用X射线拍片共三张，其中纵缝一张,两环缝丁字口各一张，并有当地监检证明。

二、事故现场调查

爆破后放在楼梯底的空压机储气罐空气入口端被炸开，封头脱落在地上，止回阀飞出掉落地上，压缩机和马达与支座连接的螺栓被剪断，掉落在储气罐旁边。储气罐的另一端外观完好,安全阀仍在罐体上。储气罐爆炸残骸图见图2。

图2 储气罐爆炸后残骸图

三、常规检测

发生事故后，我们对该台储气罐进行了厚度、硬度、射线探伤等检测，检测结果如下：

（一）超声波测厚度

该台储气罐封头公称壁厚为6mm,筒体为5mm。用CTS30测厚仪测得封头最小壁厚为5.7 mm，筒体最小壁厚为4.8 mm，属于正常范围。

（二）硬度检测

对另一端未爆炸的封头环焊缝作硬度抽查其值为焊缝HB107，母材HB137，热影响区HB157，属于正常范围。

（三）射线检测

对所有对接焊缝进行射线检测，发现纵缝有四处未焊透评为Ⅳ级，未爆的环缝有一处有条渣评为Ⅳ级，已爆封头环缝两处有条渣评为Ⅳ级，共有七张Ⅳ级片。（四）化学成分分析

从爆破残骸中取样，用SPECTROTEST移动式金属分析仪做化学成份分析，结果如下表1。经与产品质量证明书使用材料对照，筒体，封头及其焊缝主要合金元素C，Si，Mn，P，S等含量与基本相符。

（五）金相分析

在筒体残骸上做金相检查其显微组织为铁素体＋珠光体，球化等级为1.5，蠕变损伤等级为1级，金相组织未见异常。

表1 化学成分分析结果

注：序号1取样点为封头，序号2取样点为筒体，序号3取样点为焊缝。

四、断口分析

下面就从几个角度分别对断口进行观察和分析。

（一）断口边沿壁厚没有明显变化，不像正常缓慢升压造成超压破坏的断口，超压破坏试验一般都有塑性变形，局部减薄的过程。见图3。

（二）从断口分布的情况看,甩出的封头断口上只有一小段是在环焊缝的熔合线上，其它的纵向,横向断口都不在焊缝上而在母材上，由此判断断口与焊缝的焊接质量关系不是很大。

（三）仔细检查过爆破后的断口特别是起爆点附近的断口，发现除了支座角焊缝处一小段以外，其余基本上都是新断口没有旧裂纹的痕迹，而且大都是韧窝型的韧性断口。因而判断该钢板在裂口处没有先天性裂纹缺陷。

图3 断口外貌

图4 止回阀角焊缝

（四）从止回阀处的断口可以清楚看到该处罐体与止回阀只焊了一道角焊缝。

角焊缝下面罐体用气焊切割开孔的痕迹仍清晰可见，见图4。由此判断这角焊缝处的强度相对比其它地方要低，是一个薄弱环节，应该是一个起爆点。

（五）把残骸的有关部位切割下并拼凑到一起复位，发现压缩机支座前端与罐体的角焊缝在端头有一小段断口相对比较光滑，罐体上的断裂线正好也在这个地方出现交叉，在裂口交汇的尖角处，我们发现尖角的两个侧面都存在旧的断裂面，断裂沿着这些旧断裂面向前延伸，见图5。

图5 残骸复位图图6 旧断口扫描电镜图像

（六）对这两个旧断面进行扫描电镜观察发现：其中一个面（伸向止回阀方向的如图所示的A面）有明显的海滩花样的疲劳弧线条纹。这种弧线的产生是由于载荷大小和应力方向发生变化以及罐体材质不均匀使裂纹扩展不断改变方向

的结果，应该说这是低应力高周疲劳断口上比较典型的疲劳弧线，是识别和判断疲劳失效的主要依据[1]，说明这个旧断面是个疲劳裂纹断面。另在靠近尖角处又发现一处凹坑缺陷，凹坑四周有呈放射性分布的二次裂纹，而且这些裂纹已经贯穿整个壁厚，说明这里在爆破前就已经穿透。在另一个旧断面的边沿靠近新断口处没有弧线只有韧窝状的断裂口，见图6。

对旧断面和凹坑做能谱分析发现除铁以外还有很高的碳和氧，说明表面早已被氧化。出现这种情况，笔者判断是由于局部应力过高和钢板内部有凹坑缺陷。压缩机支座用五道短焊缝固定在储气罐筒体上，分布在支座的四个角和前端上部，空压机的振动也通过这五道短焊缝传到储气罐，而前端上部这道短焊缝就在压缩机底下,承受压缩机的重量和振动比其它地方大，它离止回阀角焊缝很近，其刚性也比其它地方大，所以在焊缝的末端会存在很高的应力集中，局部应力比其它地方大很多。爆破前首先在凹坑缺陷处出现裂纹继而在这里出现疲劳扩展是完全有可能的，由于这些裂纹的存在,虽然只有很少一点地方穿透,大部分地方都还未穿透，但已大大地削弱了这理的强度，形成了除止回阀焊口外的另一个起爆点，并引导了裂口的走向，使爆口分成了四瓣。