3.21”尿素合成塔爆炸事故分析

3.21”尿素合成塔爆炸事故分析
2005年3月21日21时20分左右，平阴鲁西化工第三化肥厂有限公司发生尿素合成塔爆炸事故。

本次事故共造成4人死亡，32人受伤，截至3月28日直接经济损失约780万元。

一，事故基本情况
2005年3月21日，中班接班后生产稳定，合成氨生产能力17.5机，尿素正常负荷
0.75MPa。

21时20分左右，尿素合成塔突然发生爆炸并起火。

整个尿素车间主框架燃起大火，由十个筒节组成的尿塔塔体断为三段，由上而下第十节在原地与基础连接，第九节向西南方向打入框架二楼楼梯方向，第一节至八节整体向东北方向飞出约86m，落至造气车间前，将外管架上的部分蒸汽、软水、提氢等管道砸断，坠入地下七、八米深。

爆炸产生的强烈冲击波使尿素车间主框架遭到严重破坏，并且摧毁了生产厂区内的大部分门窗玻璃。

当班调度员在铜洗岗位听到爆炸声后，意识到发生了事故，启动应急救援预案，用对讲机向值班长下达了紧急停车指令。

并赶到大压缩机岗位，要求停压缩机时不准开近路和放空，防止发生意外事故。

在确认压缩机全部停机后，又通知总配电室电工拉闸停罗茨鼓风机。

此时，供气值班长汇报造气炉均已安全停炉，并封死了气柜进出口水封，断开尿素配电室的电源。

在全厂停车结束后，平阴鲁西化工第三化肥厂有限公司领导组织人员到尿素车间主框架进行救援和灭火。

21时50分左右，尿素车间主框架火势得到控制。

22时左右，厂防化连协助消防队将大火彻底熄灭，由于平阴鲁西化工第三化肥厂有限公司制订了事故应急救援预案，并在日常定期演练，事故发生时充分发挥应急救援预案的作用，避免了事故的扩大。

二，现场勘查情况
爆炸使塔体断为三部分，第一部分是基座，沿第十筒节环焊缝上侧环向断裂，在原地与基础连接，基座严重变形向南偏西45°方向倾斜与地面形成约80°的夹角，混凝土破损钢筋裸露。

断口位于环焊缝上部，整个断口平齐，东北方向断面更为平坦，且多纵向裂口，该位置内数4层钢板为全平断口，全断面均能看到剪切方向向外的剪切唇，其中西南方向断口
剪切较大，内衬不锈钢板外翻成喇叭型。

内衬表面焊缝及封头堆焊层为白亮色，内衬表面为棕褐色，托架检查未见明显减薄。

第二部分是第九个筒节，向南偏西45°斜上方向飞出约12.5m，斜拍在厂西南的控制楼二楼，并反转纵向开裂，开裂面通过安装热电偶位置，除内衬板外的所有层板纵向断裂面的热电偶孔附近及以下区域皆为脆性平断口（总高度为80～100cm），且主断裂面附近可看到有大量纵向张口裂纹，纵向主断裂面的上半部分为韧性的斜断口，断口附近各层板上没有其他裂纹。

内衬表面为灰黑色，经擦拭可见金属本色。

第三部分是第八筒节以上部分，该部分重约100吨，整体向北偏东30°，飞出约86m。

该部分断口断面主要部分位于环焊缝上侧。

整个断面以斜断口为主，断面向外张成喇叭形，外边向外卷曲。

断口东北方向部位断面外层主要位于环焊缝的下部，内层（不计内衬板）有三块钢板断于环焊缝的上部；由东北向西南方，断裂面逐渐由焊缝的下部过渡到环焊缝的上部，并最终在西南方向部位进入上一筒节母材且在母材中形成三角形的撕开口。

观察内衬表面为棕褐色，焊缝为白亮色，托架检查未见明显减薄。

爆炸后，第一部分和第三部分塔内焊在内衬上的筛板支架大都发生变形，变形方向全都指向断裂面。

塔内塔盘除最顶部第一层留在第三部分
塔内顶部外，其它均飞出塔外。

三，事故原因认定
⑴通过平阴化肥厂尿塔爆炸断口以及远离断口取样的宏观和微观断口分析，没有发现明显的焊接制造缺陷，说明制造厂的焊接质量是可信的。

断口分析证明该尿塔在爆炸前已存在大量的应力腐蚀开裂裂纹，且很多应力腐蚀开裂裂纹发生在母材区。

温度比较低的底部筒节产生了比较多和比较严重的应力腐蚀裂纹，形成了承载危险截面。

断裂分析表明，纵向应力腐蚀开裂比较严重的热电偶内插管下方的裂纹已经超过了材料的容限尺寸，是爆炸断裂可能的
一种起始原因；爆裂筒节下环焊缝上侧环向截面上多层层板同时发生应力腐蚀开裂，导致该截面所剩净截面积无几，以至于净截面应力超过了材料的抗拉强度，而导致该截面的层板陆续断裂，是爆炸断裂的另一种可能的起始原因。

两种断裂都会引起塔内介质的迅速泄漏，导致塔内介质发生气-液相平衡的破坏，最终发生''平衡破坏型蒸气爆炸''。

⑵所有证据证明爆炸尿塔所产生的应力腐蚀开裂集中于检漏蒸汽所处的比较低的温度区域，如热电偶内插管下方、塔体的底部筒节、环焊缝上侧等，说明造成该塔应力腐蚀的主要介质原因应是检漏蒸汽液化及液化水溶液中含有应力腐蚀的敏感元素。

通过对筒体焊缝中应力腐蚀裂纹缝隙和层板缝隙中夹杂物成分电子探针分析，以及第十筒节透气孔渗出物的成分分析，查到含量很高的钾、钠离子，结合对脱盐水的分析和水处理过程的勘查，可以认为是蒸汽中微量钾、钠离子浓缩所致。

⑶制造厂制造的平阴化肥厂R－1102尿塔检漏孔实际结构造成了检漏蒸汽向塔体层板间的泄漏，使多个层板同时产生应力腐蚀开裂，加速了塔体层板的应力腐蚀开裂速度，是造成这次爆炸事故的结构上的原因。

同时，制造厂提供给平阴化肥厂的R－1102尿塔《技术文件和资料》中竣工图没有蒸汽检漏孔结构。

同时图纸中所标注的层板层数和厚度为8mm （316L）+6mm（Q235-A）+12mm（16MnR）+14×6mm（15MnVR）共17层板，而实际结构则为8mm（316L）+6mm（Q235-A）+12mm（16MnR）+9×8mm（15MnVR）+2×6mm（15MnVR）共14
层板，两者严重不符。

综上所述，制造厂所制造的平阴化肥厂尿素合成塔的检漏管采用管螺纹连接方式与16MnR 层板连接，该检漏管密封不严或在使用过程中产生松动，使检漏蒸汽漏入到尿塔的层板之间，漏进层板间的蒸汽中的钠等碱离子被浓缩到较高浓度，从而产生了严重的应力腐蚀开裂，并致使尿塔在爆炸前存在了大量和严重的应力腐蚀裂纹。

经计算证明这些应力腐蚀裂纹中有的已达到和超出层板材料容限尺寸，或者爆炸筒节环向断口断面由于应力腐蚀开裂的作用，致
使有的环向截面的净截面应力达到或超出材料的屈服极限乃至抗拉强度，两种情况都具备了尿塔大幅度开裂，并使内部介质严重泄漏的条件，最终产生内部介质的爆沸和爆炸。

能量计算说明，尿塔内部介质爆沸所产生的爆炸能量是尿塔爆炸所需能量的20倍左右，是尿塔气相空间介质中能量最大的氢爆炸的40倍以上，完全具备尿塔爆炸的能量条件。

由于采用蒸汽检漏方法，中国石化集团南京化学工业公司化工机械厂制造的平阴鲁西化工第三化肥厂有限公司的R－1102尿素合成塔检漏孔实际结构造成了检漏蒸汽向塔体层板间的泄漏，使多个层板同时产生应力腐蚀开裂，加速了塔体层板的应力腐蚀开裂速度，是造成这次事故的主要原因。

四，尿素合成塔腐蚀种类及其机理
尿塔衬里与内件的腐蚀受许多因素的影响搞清每类腐蚀的作用机理影响因素，有助于采取相应的防腐蚀措施。

1.化学腐蚀
合成尿素的反应分两步进行
2NH3+CO2---NH4COONH2+159KJ
NH4COONH2---(NH2)2CO+H2O-28.45KJ
2.3.4.5.6.7
五，防范措施
平阴鲁西化工第三化肥厂有限公司''3·21''事故的发生，造成了重大人员伤亡和财产损失，教训十分深刻。

为认真吸取事故教训，防止类似事故的发生，提出如下防范措施：（一）中国石化集团南京化学工业公司化工机械厂应认真吸取事故教训，严格贯彻国家有关标准规范，强化责任，切实把设备产品质量放在企业工作的首位来抓，严格防止不合格的压力容器设备进入市场。

（二）平阴鲁西化工第三化肥厂有限公司要吸取这次事故教训，严格生产设备购入，加强设备技术档案管理。

对购入的压力容器设备要严格审查产品设计制造图纸和使用技术说明书等技术资料，定期停车检修，确保生产安全。

（三）安监、质监部门要严格依照《安全生产法》、《危险化学品安全管理条例》和《特种设备安全监察条例》的规定要求，吸取教训，加强危险化学品生产企业的安全管理和特种设备的安全监管，确保高危行业安全生产。