2015年第19期廣東化工第42卷總第309期www.gdchem.com133低溫甲醇吸附器爆燃泄漏原因分析趙福興,錢英豪,周鵬飛,吳曉風(fēng)(江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院蘇州分院,江蘇蘇州215031)[摘要]文章通過(guò)資料審查,現(xiàn)場(chǎng)觀察及測(cè)量等方法分析了低溫甲醇凈化裝置發(fā)生泄漏爆燃的原因·結(jié)果表明,纏繞墊片選型過(guò)大,法蘭連接螺栓選型錯(cuò)誤及NI法蘭錯(cuò)邊的存在是造成事故的主要原因。并通過(guò)表面探傷,金相檢驗(yàn),排除新生缺陷及材質(zhì)劣化的情況下提出了整改措施[關(guān)鍵詞]吸附器;泄漏;爆燃;纏繞墊片;螺栓[中圖分類號(hào)]TH[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1007-1865(2015)190133-02Leak Analysis of Low Temperature Methanol Adsorber DeflagrationZhao Fuxing, Qian Yinghao, Zhou Pengfei, Wu Xiaofeng(Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute of Jiangsu Province Zhou Branch, Suzhou 215031, China)Abstract: In order to found the leak reason of the Low temperature methanol adsorber Deflagration, the files examination, field observation and measurementwere adopted. Rseurts show that: spirotallic gasket selection is too large, flange connection bolt type errors and the existence of NI flange misalignment, and are themain cause of the accident. and through the surface inspection, metallographic examination, ensure no new defects and new material degradation was generate, andthen proposed measures.Keywords: adsorber; leaks; Deflagration; spirotallic gasket; bolt1基本情況PN40,非有毒、非可燃介質(zhì)及非劇烈循環(huán)場(chǎng)合。而設(shè)計(jì)的法蘭公稱壓力為PN10,根據(jù)HGT206132009《鋼制管法蘭用緊固某公司低溫甲醇吸附器在使用過(guò)程中突發(fā)大火,關(guān)閉氣源后,件》503的規(guī)定,應(yīng)選擇全螺紋螺柱。雙頭螺栓只能用于PN40大火持續(xù)30分鐘左右熄滅,停車造成經(jīng)濟(jì)損失上千萬(wàn)元發(fā)生爆以下,非有毒、非可燃介質(zhì)及非劇烈循環(huán)場(chǎng)合,在承載能力及抗疲勞性能方面,比全螺紋螺柱要差。因此M1人孔法蘭選用雙頭用彈簧支吊架支撐(見(jiàn)圖1)。吸附器采用應(yīng)力分析法設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)使螺柱屬于嚴(yán)重的選型錯(cuò)誤。用年限為20年,設(shè)計(jì)載荷循環(huán)次數(shù)為3650次,設(shè)計(jì)材料為30408,其中法蘭為S30408Ⅲ鍛件,執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為JB47322005裝置內(nèi)的介質(zhì)為甲醇、氫氣、氮?dú)狻⒁谎趸?、甲烷及二氧化碳的混合氣體,屬于易燃、易爆、中度毒性介質(zhì),設(shè)計(jì)中將其劃入第一組介質(zhì);裝置的吸附再生工作壓力:5.35/0.40MPa,吸附/再生工作溫度:-628/200℃,事故發(fā)生時(shí),分子篩吸附器處于正常吸附狀態(tài),吸附器的工作壓力和工作溫度均在工藝指標(biāo)范圍內(nèi),沒(méi)有超壓超溫現(xiàn)象。圖2吸附器出口結(jié)構(gòu)圖Fig 2 Adsorber export structureMl人孔墊片選擇為纏繞墊DN600,PN110,D型帶內(nèi)外環(huán)型),選用標(biāo)準(zhǔn)為HGT20631-2009,查看標(biāo)準(zhǔn),外徑D3即外環(huán)內(nèi)徑)應(yīng)為6858222螺栓質(zhì)保書(shū)審查審查螺栓質(zhì)保書(shū),執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為HGT20634-2009《鋼制管法圖1結(jié)構(gòu)圖蘭用緊固件(Cas系列)》,材料為35 CrMoA,規(guī)格為M48供貨狀態(tài)為調(diào)質(zhì),與設(shè)計(jì)一致。化學(xué)成分和機(jī)械性能對(duì)比見(jiàn)表1,表2。2資料審查表1為化學(xué)成分對(duì)比表,表2為力學(xué)性能對(duì)比表,通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)質(zhì)保書(shū)存在以下問(wèn)題:(1)屈服強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度明顯偏高;(2)21設(shè)計(jì)資料審查圖2為吸附器頂部出口結(jié)構(gòu)圖,其中M1為DN60,同時(shí)兼硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值。鑒于力學(xué)性能與標(biāo)準(zhǔn)值差別較大,對(duì)螺栓做人孔,N1為DN200,公稱壓力均為PN10,連接標(biāo)準(zhǔn)為的機(jī)械性能進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。復(fù)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2,符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。雖HGmT206152009,均為對(duì)焊法蘭連接,連接面形式均為凸面(RF滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,但從質(zhì)量控制的要求,螺栓制造廠、寸于Ml人孔法蘭連接選用3 CrMoA材料,規(guī)格為M48的設(shè)備廠及安裝單位在質(zhì)量管理方面均存在嚴(yán)重問(wèn)題。雙頭螺栓。按照HGT20613-2009《鋼制管法蘭用緊固件》50.2的規(guī)定:雙頭螺柱的使用條件應(yīng)符合公稱壓力等級(jí)小于等于表1螺栓材料化學(xué)成分對(duì)比質(zhì)保書(shū)示值0.35中國(guó)煤化工標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值0.320407-0.370400.700.80-1.100CNMHG注:標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值為GB/T30771999合金結(jié)構(gòu)鋼》。收稿日期]2015-08-08[作者簡(jiǎn)介]趙福興(1967-),男,蘇州人,本科畢業(yè),工程師,主要從事鍋爐、壓力容器、壓力管道等特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)工作廣東化工2015年第19期134www.gdchem.com第42卷總第309期表2螺栓材料機(jī)械性能對(duì)比Tab 2 Bolt mat項(xiàng)目屈服強(qiáng)度MPa抗壓強(qiáng)度MPa拉伸率%硬度HB沖擊功J質(zhì)保書(shū)示值1350標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值10227403234285設(shè)計(jì)要求:≥41J復(fù)驗(yàn)值機(jī)械性能標(biāo)準(zhǔn)值為HG720634200.其中沖擊功要求為設(shè)計(jì)要求。3現(xiàn)場(chǎng)情況分析是由以下幾個(gè)因素共同作用導(dǎo)致:達(dá)圖3為M、N接管法蘭受火后狀況,可以清晰的看出M1為纏繞墊DN600PN10,HGT2061200.0D型帶內(nèi)外環(huán)型處存在很大的間隙,并日有錯(cuò)邊存在。量,泄漏墊片的外環(huán)內(nèi)徑706mm,比標(biāo)準(zhǔn)尺寸大了202mm。當(dāng)纏繞墊片寬度大于標(biāo)準(zhǔn)寬度,容易造成墊片剛度不足,預(yù)緊時(shí)便會(huì)產(chǎn)生壓縮超標(biāo),使墊片產(chǎn)生大量屈服,回彈性能明顯降低,密封性能顯著下降。纏繞墊片在螺栓多次預(yù)緊后發(fā)生屈服,在設(shè)備承受壓力時(shí)回彈不足,是造成發(fā)生泄漏的直接原因。(2)設(shè)計(jì)中選用雙頭螺栓選型錯(cuò)誤。按照HGT20613-20094鋼制管法蘭用緊固件》502的規(guī)定:雙頭螺柱的使用條件應(yīng)符合公稱壓力等級(jí)小于等于PN40,非有毒、非可燃介質(zhì)及非劇烈循環(huán)場(chǎng)合。而設(shè)計(jì)的法蘭公稱壓力為PN110,根據(jù)HGT20613-2009《鋼制管法蘭用緊固件》50.3的規(guī)定,應(yīng)選擇全螺紋螺柱。雙頭螺栓只能用于PN40以下,非有毒、非可燃介質(zhì)及非劇烈循環(huán)場(chǎng)合在承載能力及抗疲勞性能方面,比全螺紋螺柱要差。螺栓選型錯(cuò)誤,導(dǎo)致承載能力及抗疲勞性能下降,且易造成預(yù)緊力過(guò)大且不圖3M1、N1接管法蘭受火后狀況均勻,是產(chǎn)生泄漏的主要原因Fig 3 The Nozzle Flange Of MI, NI Subjected Fi(3)N1接管處連接法蘭錯(cuò)邊的存在將引起力的不均勻性,從而使M1接管法蘭、N1接管法蘭上的連接螺栓受力不均勻。由于法蘭錯(cuò)邊導(dǎo)致螺栓受力的不均勻性是導(dǎo)致泄漏發(fā)生的外在原因。3IM1接管法蘭墊片分析通過(guò)對(duì)Ml法蘭密封墊片完整區(qū)域進(jìn)行測(cè)量,墊片的平均外4設(shè)備在工作期間承受壓力及溫度的交變載荷的作用,會(huì)步加劇泄漏的產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)寬度,容易造成墊片剛度不足,預(yù)緊時(shí)便會(huì)產(chǎn)生壓縮超標(biāo)(5)另外據(jù)對(duì)安裝過(guò)程了解,設(shè)備安裝后進(jìn)行了53MPa的氣使墊片產(chǎn)生大量屈服,回彈性能明顯降低,密封性能顯著下降到要求,使M1法蘭連接面螺栓預(yù)緊力過(guò)大且不均勻的可能性大32N1接管法蘭及螺栓分析增,進(jìn)而加劇泄漏的產(chǎn)生通過(guò)對(duì)NI接管處的連接法蘭進(jìn)行測(cè)量,管道側(cè)法蘭比容器側(cè)法蘭向下偏差2mm,法蘭之間間隙20mm。圖4為N1接管法(6)螺栓材料質(zhì)機(jī)械性能數(shù)據(jù)不符合標(biāo)準(zhǔn)的要求,雖然蘭連接螺栓,其中—根螺栓相鄰多個(gè)螺牙受損,而且色澤較暗經(jīng)力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格,但足以說(shuō)明螺栓制造單位、設(shè)備制造說(shuō)明螺栓在工作過(guò)程中,兩個(gè)法蘭之間已經(jīng)存在偏差,導(dǎo)致螺栓單位、安裝單位從技術(shù)管理、質(zhì)量管理都存在很大漏洞。質(zhì)量管受到較大的剪應(yīng)力,螺牙損壞。另外兩根有明顯的、較嚴(yán)重的螺理方面的問(wèn)題是導(dǎo)致此次泄漏爆燃的間接性原因紋損壞痕跡,痕跡呈光亮的金屬色,為新痕跡,據(jù)此推斷介質(zhì)泄4.2建議漏后發(fā)生爆燃,瞬間受力過(guò)大,導(dǎo)致螺紋損壞,法蘭間隙產(chǎn)生。對(duì)法蘭、管件進(jìn)行金相檢驗(yàn),未發(fā)現(xiàn)材質(zhì)劣化。因此建議(1)更換全部雙頭螺栓為全螺紋螺柱(2)更換符合標(biāo)準(zhǔn)要求的纏繞墊片;(4厘新做壓力試驗(yàn),并加強(qiáng)日常的巡檢與維護(hù)(3)調(diào)整彈簧支架,消除接管N1處法蘭之間的參考文獻(xiàn)[JHGT20613-2009《鋼制管法蘭用緊固件》[S][2JHGT20631-2009《鋼制管法蘭纏繞式墊片》[S][3]GB/T3077-1999《合金結(jié)構(gòu)鋼》[S][4]HG/T206342009《鋼制管法蘭用緊固件(las.列)》5]王杜鵑、王強(qiáng),等.人孔法蘭墊片失效原因分析門(mén)·全面腐蝕控制2014(5):49-5圖4N1接管法蘭連接螺栓[6]馮秀,魏龍,金屬墊片有效密封寬度有限元分析[流體機(jī)械,2008(9)Fig 4 The Nozzle Flange Bolt OfNI45474原因分析及建議(本文文獻(xiàn)格式:趙福興,錢英豪,周鵬飛,等.低溫甲醇吸附器4.1原因分析爆燃泄漏原因分析[J].廣東化工,2015,42(19):133-134)經(jīng)過(guò)以上資料審查和現(xiàn)場(chǎng)分析,可以推測(cè)出事故發(fā)生的原因中國(guó)煤化工CNMHG