冷却器水压试验造成爆炸事故.docx

冷却器水压试验造成爆炸事故【事故概况、经过】2001 年 2 月 9 日，某压力容器制造厂对新制的冷却器进行出厂前水压试验。当时正值冬令时节，气温较低，加压水温在 45 ，水压试验从上午10:00 开始，至 11:00 时压力升到 7.0 MPa，工人停泵午餐休息，下午 12:00继续启动泵加压，到下午 1:15 水压升至 37 MPa 时，发生了爆炸事故。爆炸事故发生在水冷却器管箱无折边球形封头与管板相连接处，基本上是沿着封头与管板相接焊缝处沿管板侧断裂，封头裂成 3 块（2 块较大，1块较小） ，有 1 块较大的飞出后撞在附近的平板车上反弹，致使中间也开裂，并造成 1 人重伤。【事故原因分析】1 结构简介该水冷器为 U 形管换热器。管程走高压合成气，操作压力为 31.4 MPa，水压试验压力为 39.0 MPa；壳程走冷却水，操作压力为 0.6 MPa。其结构与参数为:管程封头部分为无折边球形封头，球半径为 710 mm，封头壁厚为 85 mm，由 13MnNiMoNbR 厚板冲压而成；壳程为圆筒形，直径为 1 300mm，壁厚为 12 mm；水冷器的管板厚 360 mm，由 20MnMo 锻件加工而成。管板与封头的焊接采用自动焊，焊丝为 H10Mn2。2 事故原因分析事故的原因是多方面的，主要原因如下:2.1 断裂的性质2.1 断裂的性质断口的宏观形貌观察与检查发现，所有断口的断面无明显的收缩或减薄，断裂完全是脆性的。整个断口表面呈现清晰的放射纹，由放射纹排列的方向和断口的颜色很容易辨别出裂源，它是一条最大深度达 23 mm，长度为200 mm 的裂纹。由裂纹断面的颜色可以看出，该裂纹是在爆炸断裂前由低应力脆断引起的，它的形成可以认为是断裂的第一阶段，在试验压力升到 37 MPa 时，开始了断裂的第二阶段，即断裂失稳阶段，所产生的断口表现出快速失稳断裂的典型特征形貌。另外在断口的其他部位，还可见有较多的焊接气孔和夹渣，这表明断裂主要发生在焊缝上。2.2 断裂的力学原因有限元应力分析的结果表明，在封头与管板连接处，其轴向应力（因为裂纹是周向的）沿壁厚分布不均匀，其中最大轴向应力为 301.3 MPa，最小应力为 32.1 MPa。对结构的断裂分析是根据宏观检查的裂纹尺寸及有限元分析得到的应力结果，经分析，该结构产生脆性断裂。2.3 断裂的制造原因断口金相磨片照片可见，断裂是发生在封头与管板相连的焊缝上，并沿着接头区的焊接缺陷扩展，这些焊接缺陷有气孔、夹渣、层间未焊透、再热裂纹和冷裂纹等，因此焊接缺陷是引起爆炸断裂的主要原因。断口附近的金相显微组织分析表明，该处的组织为珠光体+铁素体，其中铁素体呈网状连续分布于晶界，具有该组织的珠光体钢塑性储备会出现明显的降低，并伴有解理型脆性破裂，这类显微组织的出现是由于不当的焊接过程而引起的。对断口的启裂区和扩展区进行扫描电镜观察分析，结果表明其启裂区断口形貌有沿晶撕裂和穿晶塑性韧窝，并发现有大量的气孔和夹渣，这是冷裂纹的典型特征形貌；扩展区的断口形貌以解理、准解理为主，仅在断口的最后断裂区才见到塑性韧窝和解理、准解理的混合断口形貌特征，这也表明材料的塑性储备不足，这与断口的金相分析结果是一致的，它再一次表明焊接过程的不当是此次爆炸事故的重要原因。2.4 断裂的试验原因水冷器水压试验时的水温偏低，未能达到材料压力试验温度的要求(高于15 )，使材料塑性降低；同时水压试验时，本应该连续进行试验，中间不能停顿，而本次水压试验中间停泵 1 h；再有水压试验时由于排气结构设置欠妥，致使水冷器内气体未能排尽，也加大了断裂时的能量。本起事故发生的根本原因是在球形封头与管板连接处的焊接缺陷未能检测出来，因此导致水压试验时的爆炸。【对策措施】（1）压力容器的制造是产品质量的根本保证，尤其是承受高压的、由高强度钢制造的容器。焊接工艺（焊接材料、焊前预热、焊接电流与电压以及焊后热处理等）的制定与考核，以及实际施焊过程一定要严格。（2）压力容器的检验是保证产品完好的重要手段，尤其是对容器、封头、管板等厚壁件的焊缝检验。（3）水压试验是压力容器出厂前的最后一次检验，也是十分重要的一次考验，应严格按有关规范与法规进行。