低溫甲醇吸附器爆燃泄漏原因分析

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(qián)英豪,周鵬飛,吳曉風(fēng)(江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院蘇州分院,江蘇蘇州25031)摘要]文章通過(guò)資料審查,現場(chǎng)觀(guān)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·結果表明,纏繞墊片選型過(guò)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(guò)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(lèi)號]TH[文獻標識碼]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(chǎng)合。而設計的法蘭使用過(guò)程中突發(fā)大火,關(guān)閉氣源后,公稱(chēng)壓力為PN0,根據HG/T20613-2009《鋼制管法蘭用緊固件》5.0.3的規定,應選擇全螺紋螺柱。雙頭螺栓只能用于PN40大火持續30分鐘左右熄滅,停車(chē)造成經(jīng)濟損失上千萬(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(méi)計載荷循環(huán)次數為3650次,設計材料為S30408,其中法蘭為S30408Ⅲ鍛件,執行標準為JB4732-2005裝置內的介質(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(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范圍內,沒(méi)有超壓超溫現象。圖2吸附器出口結構圖Fig 2 Adsorber export structureM1人孔墊片選擇為纏繞墊DN600,PN110,D型帶內外環(huán)型),選用標準為HGT20631-2009,查看標準,外徑D3(即外環(huán)內徑)應為q685822螺栓質(zhì)保書(shū)審査審查螺栓質(zhì)保書(shū),執行標準為HGT206342009《鋼制管法圖1結構圖蘭用緊固件Cas系列)》,材料為35 CrMOA,規格為M48供貨Fig. I Structural Drawing狀態(tài)為調質(zhì),與設計一致?；瘜W(xué)成分和機械性能對比見(jiàn)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(guò)對比發(fā)現質(zhì)保書(shū)存在以下問(wèn)題:(1)屈服強度和抗壓強度明顯偏高;(2)21設計資料審查屈服強度高于抗拉強度,與實(shí)際不符;(3)拉伸率低于規定值:(4)圖2為吸附器頂部出口結構圖,其中M為DN600,同時(shí)兼硬度遠遠低于標準值。鑒于力學(xué)性能與標準值差別較大,對螺栓做人孔,N1為DN200,公稱(chēng)壓力均為PN110,連接標準為的機械性能進(jìn)行復驗。復驗結果見(jiàn)表2,符合標準規定要求。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(mǎn)足標準要求,但從質(zhì)量控制的要求,螺栓制造廠(chǎng)、對于M1人孔法蘭連接選用35 CrMoA材料,規格為M48的設備廠(chǎng)及安裝單位在質(zhì)量管理方面均存在嚴重問(wèn)題雙頭螺栓。按照HGT20613-2009《鋼制管法蘭用緊固件》50.2的規定:雙頭螺柱的使用條件應符合公稱(chēng)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(shū)示值0.350.220500.16標準規定值0.320400.170.370400700.80-1.100.15025未要求未要求注:標準規定值為GBT30771999(合金結構鋼》收稿日期20150808i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螺栓材料機械性能對比Tab2 Bolt material mechanical properties compared屈服強度MPa抗壓強度MPa拉伸率%硬度HB功J13501036-38標準規定值234285設計要求:≥41J復驗值1022.74注:機械性能標準值為HGT20634-2009,其中沖擊功要求為設計要求。3現場(chǎng)情況分析是由以下幾個(gè)因素共同作用導致:圖3為M、N接管法蘭受火后狀況,可以清晰的看出M1()墊片相比標準尺寸過(guò)大墊片依據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(帶內外環(huán)型),處存在很大的間隙,并目有錯邊存在。依據標準,纏繞墊的外徑D3即外環(huán)內徑)應為o6858;經(jīng)現場(chǎng)測量,泄漏墊片的外環(huán)內徑706mm,比標準尺寸大了20.2mm。當纏繞墊片寬度大于標準寬度,容易造成墊片剛度不足,預緊時(shí)便會(huì )產(chǎn)生壓縮超標,使墊片產(chǎn)生大量屈服,回彈性能明顯封性能顯著(zhù)下降。纏繞墊片在螺栓多次預緊后發(fā)生屈服承受壓力時(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的規定:雙頭螺柱的使用條件應符合公稱(chēng)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(chǎng)合。而設計的法蘭公稱(chēng)壓力為PN10,根據HGT20613-2009《鋼制管法蘭用緊固件》5.0.3的規定,應選擇全螺紋螺柱。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。螺栓選型錯誤,導致承載能力及抗疲勞性能下降,且易造成預緊力過(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 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致螺栓受力的不均勻性是導致泄漏發(fā)生的外在原因通過(guò)對M法蘭密封墊片完整區域進(jìn)行測量,墊片的平均外(4)設備在工作期間承受壓力及溫度的交變載荷的作用,會(huì )進(jìn)202mm。當纏繞墊片寬度大于一步加劇泄漏的產(chǎn)生。標準寬度,容易造成墊片剛度不足,預緊時(shí)便會(huì )產(chǎn)生壓縮超標5)另外據對安裝過(guò)程了解,設備安裝后進(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(zhù)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32N1接管法蘭及螺栓分析到要求,使M1法蘭連接面螺栓預緊力過(guò)大且不均勻的可能性大通過(guò)對Nl接管處的連接法蘭進(jìn)行測量,管道側法蘭比容器增,進(jìn)而加劇泄漏的產(chǎn)生側法三向下偏差2mn法蘭之間間20m圖4為N接管法經(jīng)力學(xué)性能試驗數據合格,但足以說(shuō)明螺栓單位、設備制說(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力,螺牙損壞。另外兩根有明顯的、較嚴重的螺42建議理方面的問(wèn)題是導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(guò)大,導致螺紋損壞,法蘭間隙產(chǎn)生。通過(guò)對整個(gè)受火區域進(jìn)行表面探傷,未發(fā)現表面缺陷,通過(guò)對法蘭、管件進(jìn)行金相檢驗,未發(fā)現材質(zhì)劣化。因此建議(1)更換全部雙頭螺栓為全螺紋螺柱;2)更換符合標準要求的纏繞墊片(3)調整彈簧支架,消除接管N處法蘭之間的偏差(4)重新做壓力試驗,并加強日常的巡檢與維護以已參考文獻[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《合金結構鋼》[S[4]HG/T20634-2009《鋼制管法蘭用緊固件(las系列)》[S5]王杜鵑、王強,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[流體機械,2008(9):Fig 4 The Nozzle Flange Bolt OfNI45-474原因分析及建議(本文文獻格式:趙福興,錢(qián)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)以上資料審查和現場(chǎng)分析,可以推測出事故發(fā)生的原因