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)督檢驗研究院蘇州分院,江蘇蘇州25031)摘要]文章通過資料審查,現(xiàn)場觀察及測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,纏繞墊片選型過大,法蘭連接螺栓選型錯誤及N法蘭錯邊的存在是造成事故的主要原因。并通過表面探傷,金相檢驗,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]TH[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[文章編號]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 measuresKeywords: 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)場合。而設(shè)計的法蘭使用過程中突發(fā)大火,關(guān)閉氣源后,公稱壓力為PN0,根據(jù)HG/T20613-2009《鋼制管法蘭用緊固件》5.0.3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)損失上千萬元。發(fā)生爆以下,非有毒、非可燃介質(zhì)及非劇烈循環(huán)場合,在承載能力及抗燃事故段位于吸附器工藝氣出口及相鄰管道段,相鄰管道底部采疲勞性能方面,比全螺紋螺柱要差。因此M人孔法蘭選用雙頭沒計載荷循環(huán)次數(shù)為3650次,設(shè)計材料為S30408,其中法蘭為S30408Ⅲ鍛件,執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為JB4732-2005裝置內(nèi)的介質(zhì)為甲醇、氫氣、氮氣、一氧化碳、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)計中將其劃入第一組介質(zhì);裝置的吸附再生工作壓力:535/0.40MPa,吸附/再生工作溫度:-628/200℃,事故發(fā)生時,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),沒有超壓超溫現(xiàn)象。圖2吸附器出口結(jié)構(gòu)圖Fig 2 Adsorber export structureM1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q685822螺栓質(zhì)保書審査審查螺栓質(zhì)保書,執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為HGT206342009《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Fig. I Structural Drawing狀態(tài)為調(diào)質(zhì),與設(shè)計一致?；瘜W(xué)成分和機(jī)械性能對比見表1,表22資料審查表1為化學(xué)成分對比表,表2為力學(xué)性能對比表,通過對比發(fā)現(xiàn)質(zhì)保書存在以下問題:(1)屈服強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度明顯偏高;(2)21設(shè)計資料審查屈服強(qiáng)度高于抗拉強(qiáng)度,與實際不符;(3)拉伸率低于規(guī)定值:(4)圖2為吸附器頂部出口結(jié)構(gòu)圖,其中M為DN600,同時兼硬度遠(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,對螺栓做人孔,N1為DN200,公稱壓力均為PN110,連接標(biāo)準(zhǔn)為的機(jī)械性能進(jìn)行復(fù)驗。復(fù)驗結(jié)果見表2,符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。雖HG/T20615-2009,均為對焊法蘭連接,連接面形式均為凸面(RF)。然螺栓性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,但從質(zhì)量控制的要求,螺栓制造廠、對于M1人孔法蘭連接選用35 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)符合公稱壓力等級小于等于表1螺栓材料化學(xué)成分對比Tab 1 Bolt material chemical composition compared質(zhì)保書示值0.350.220500.16標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值0.320400.170.370400700.80-1.100.15025未要求未要求注:標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值為GBT30771999(合金結(jié)構(gòu)鋼》收稿日期20150808i作者簡介]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)備檢驗檢測工作。廣東化2015年第19期134www.gdchem.com第42卷總第309期表2螺栓材料機(jī)械性能對比Tab2 Bolt material mechanical properties compared屈服強(qiáng)度MPa抗壓強(qiáng)度MPa拉伸率%硬度HB功J13501036-38標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值234285設(shè)計要求:≥41J復(fù)驗值1022.74注:機(jī)械性能標(biāo)準(zhǔn)值為HGT20634-2009,其中沖擊功要求為設(shè)計要求。3現(xiàn)場情況分析是由以下幾個因素共同作用導(dǎo)致:圖3為M、N接管法蘭受火后狀況,可以清晰的看出M1()墊片相比標(biāo)準(zhǔn)尺寸過大墊片依據(jù)HG20612090選擇法蘭密封面處的墊片已經(jīng)損壞,被氣流沖出密封面,Nl法蘭連接繞墊DN600,PN110,HGT20631-2009,D型(帶內(nèi)外環(huán)型),處存在很大的間隙,并目有錯邊存在。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn),纏繞墊的外徑D3即外環(huán)內(nèi)徑)應(yīng)為o6858;經(jīng)現(xiàn)場測量,泄漏墊片的外環(huán)內(nèi)徑706mm,比標(biāo)準(zhǔn)尺寸大了20.2mm。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)緊時便會產(chǎn)生壓縮超標(biāo),使墊片產(chǎn)生大量屈服,回彈性能明顯封性能顯著下降。纏繞墊片在螺栓多次預(yù)緊后發(fā)生屈服承受壓力時回彈不足,是造成發(fā)生泄漏的直接原因。(2)設(shè)計中選用雙頭螺栓選型錯誤。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)符合公稱壓力等級小于等于PN40,非有毒、非可燃介質(zhì)及非劇烈循環(huán)場合。而設(shè)計的法蘭公稱壓力為PN10,根據(jù)HGT20613-2009《鋼制管法蘭用緊固件》5.0.3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 Fire(3)N1接管處連接法蘭錯邊的存在將引起力的不均勻性,從而使Ml接管法蘭、Nl接管法蘭上3IMI接管法蘭墊片分析法蘭錯邊導(dǎo)致螺栓受力的不均勻性是導(dǎo)致泄漏發(fā)生的外在原因通過對M法蘭密封墊片完整區(qū)域進(jìn)行測量,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,會進(jìn)202mm。當(dāng)纏繞墊片寬度大于一步加劇泄漏的產(chǎn)生。標(biāo)準(zhǔn)寬度,容易造成墊片剛度不足,預(yù)緊時便會產(chǎn)生壓縮超標(biāo)5)另外據(jù)對安裝過程了解,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,密封性能顯著下密性試驗,M法蘭連接面多次發(fā)生泄漏,多次緊固螺栓后才達(dá)32N1接管法蘭及螺栓分析到要求,使M1法蘭連接面螺栓預(yù)緊力過大且不均勻的可能性大通過對Nl接管處的連接法蘭進(jìn)行測量,管道側(cè)法蘭比容器增,進(jìn)而加劇泄漏的產(chǎn)生側(cè)法三向下偏差2mn法蘭之間間20m圖4為N接管法經(jīng)力學(xué)性能試驗數(shù)據(jù)合格,但足以說明螺栓單位、設(shè)備制說明螺栓在工作過程中,兩個法蘭之間已經(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42建議理方面的問題是導(dǎo)致此次泄漏爆燃的間接性原因漏后發(fā)生爆燃,瞬間受力過大,導(dǎo)致螺紋損壞,法蘭間隙產(chǎn)生。通過對整個受火區(qū)域進(jìn)行表面探傷,未發(fā)現(xiàn)表面缺陷,通過對法蘭、管件進(jìn)行金相檢驗,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(3)調(diào)整彈簧支架,消除接管N處法蘭之間的偏差(4)重新做壓力試驗,并加強(qiáng)日常的巡檢與維護(hù)以已參考文獻(xiàn)[HGT20613-2009《鋼制管法蘭用緊固件》[S][2JHGT20631-2009《鋼制管法蘭纏繞式墊片》[3]GBT3077199《合金結(jié)構(gòu)鋼》[S[4]HG/T20634-2009《鋼制管法蘭用緊固件(las系列)》[S5]王杜鵑、王強(qiáng),等,人孔法蘭墊片失效原因分析[冂.全面腐蝕控制014(5):49-52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 OfNI45-474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)過以上資料審查和現(xiàn)場分析,可以推測出事故發(fā)生的原因