常壓低溫液氨儲罐修復(fù)

何文美

（玖源集團(tuán)工程建設(shè)指揮部 四川廣安）

常壓低溫儲罐在國內(nèi)上世紀(jì)70年代陸續(xù)引進(jìn)，在1000 t/d Kellogg合成氨裝置上均有使用，這些大型常壓低溫儲罐運(yùn)行至今從未發(fā)生本文所述的重大事故。本文所涉及的工廠在設(shè)備投用前由于培訓(xùn)不到位等疏忽，造成在首次充氨中儲罐騰空、局部損壞。

一、低溫液氨儲罐與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

儲罐結(jié)構(gòu)形式為橢圓頂，吊頂保冷式，設(shè)計壓力-0.5～7 kPa，直徑21.6 m，總?cè)莘e7915 m3，有效容積7500 m3，凈重233.705 t，操作壓力5 kPa，試驗壓力8.7 kPa，設(shè)計溫度-35℃，主體材料16MnDR，操作溫度-33.3℃，儲藏介質(zhì)液氨。

按SH 3046-1992《石油化工立式圓筒形鋼制焊接儲罐設(shè)計規(guī)范》與HJG 19-1989《鋼制低溫壓力容器技術(shù)規(guī)定》進(jìn)行設(shè)計。按GBJ 128-1990《立式圓筒形鋼制焊接油罐施工及驗收規(guī)范》及HJG 210-1983《圓筒形鋼制焊接儲罐施工及驗收規(guī)范》進(jìn)行制造、檢驗。

二、事故經(jīng)過

氨罐在整體驗收合格后進(jìn)入充氨準(zhǔn)備和首次充氨工作。充氨72 min時，突然一聲異響，罐體有明顯晃動后又靜止，3 min后，罐體突然騰起約1 m高，然后移位0.5 m落下，罐體發(fā)生爆裂，底部壁板靠近地板角焊縫位置的母材，在幾乎180°的對稱方向撕裂，進(jìn)氨管道與筒體連接處被拉斷，底部44跟錨栓全部斷裂。事故過程中未造成人員傷亡，未造成液氨爆炸。

三、事故原因排查與分析

從現(xiàn)場情況看，常壓低溫液氨儲罐出現(xiàn)事故主要存在兩方面原因，一是超壓；二是儲罐本身存在缺陷，使承壓能力降低。

1.檢查氨罐本體是否存在缺陷

事故發(fā)生后，鍋檢所、監(jiān)理、業(yè)主和施工單位共同對氨罐施工與資料進(jìn)行了全面檢查，原材料超聲波檢測、力學(xué)性能復(fù)驗合格，焊接工藝評定、焊接工藝卡、施焊人員持證情況、焊前培訓(xùn)資料齊全；焊接完成后的對接焊縫進(jìn)行了100%X射線探傷，所有角焊縫進(jìn)行了表面探傷；儲罐制造完成后，底板進(jìn)行了100%真空試驗，整個儲罐進(jìn)行了嚴(yán)密性、強(qiáng)度、穩(wěn)定性試驗，以上檢查均達(dá)到設(shè)計要求。因此罐體質(zhì)量不存在任何問題。

2.檢查是否存在超壓問題

（1）儲罐冷罐時間不夠。操作人員直接按壓力氨儲罐充氨程序?qū)嵤┏浒惫ぷ?，充氨的冷罐時間不足20 min。

（2）儲罐的安全閥（雙閥）各自的根部閥未按規(guī)定打開。液氨揮發(fā)出大量氣氨使儲罐超壓時不能保護(hù)設(shè)備。

（3）事故冰機(jī)未投入狀態(tài)。當(dāng)氣氨壓力高過3.5 kPa時，事故冰機(jī)應(yīng)聯(lián)鎖啟動，因聯(lián)鎖未投入，事故時聯(lián)鎖裝置未能發(fā)揮作用。

（4）充氨速度過快。1 h內(nèi)充入7.5 t低溫液氨，充裝量已經(jīng)超過帶壓儲罐的充氨速度。

圖1 底板壁板變形嚴(yán)重

3.事故原因分析

短時間內(nèi)過多的低溫液氨進(jìn)入常溫狀態(tài)的儲罐，由于溫差蒸發(fā)出大量氣氨，在罐體的呼吸閥，以及放空閥幾乎關(guān)閉的情況下，使罐體內(nèi)壓逐步增高。在壓力上升的過程中，罐體最薄弱的底板產(chǎn)生變形，當(dāng)儲罐內(nèi)壓在頂部形成的作用力大于罐體重量、附件重量、附加力和底板變形力總和時，罐體力學(xué)平衡系統(tǒng)被打破，罐體產(chǎn)生騰空，底板向外產(chǎn)生凸起。由于設(shè)備在騰升過程中充氨進(jìn)口管斷裂，以及罐體底板與筒體的角焊縫開裂，罐內(nèi)的壓力瞬間下降，設(shè)備回座，巨大的沖擊使下部壁板發(fā)生嚴(yán)重變形。

該事故是典型的違規(guī)操作。有方案未嚴(yán)格執(zhí)行，有培訓(xùn)資料卻未先培訓(xùn)，并在事故冰機(jī)、火炬系統(tǒng)、壓力溫度等聯(lián)鎖裝置未投用的情況下魯莽開車，由此造成重大事故。

四、氨罐修復(fù)方案

1.方案一

事故發(fā)生后，部分技術(shù)人員認(rèn)為，設(shè)備騰空后移位回坐，對這種事故在國內(nèi)乃至國際也沒有找到先例，恢復(fù)存在巨大風(fēng)險，應(yīng)該整體報廢，重新訂購材料，原址新建，這樣一勞永逸。持這種觀點的人主要是擔(dān)心那些在事故后沒有開裂的焊縫和板材的性能還能否滿足長期安全運(yùn)行的要求，與其在以后的運(yùn)行過程中日夜擔(dān)心儲罐時刻是否會再出問題，還不如新建為好，避免不必要的擔(dān)心。

2.方案二

一個設(shè)備能否滿足使用條件主要是基于該設(shè)備的材料性能、焊接規(guī)范、施工質(zhì)量等條件。該儲罐是常壓低溫設(shè)備，如果儲罐各部分材料的力學(xué)性能特別是低溫沖擊韌性及焊縫的機(jī)械性能仍然符合低溫儲罐設(shè)計要求，且事故后設(shè)備基礎(chǔ)沉降在規(guī)定范圍內(nèi)，則可進(jìn)行修復(fù)使用。即拆除更換變形、開裂嚴(yán)重的底板和下部第一第二帶板，保留之上部分，這樣既節(jié)約成本，也節(jié)約建造時間。

本著科學(xué)的態(tài)度，從節(jié)約時間和成本出發(fā)，經(jīng)過專題研究討論，最終決定實施第二方案。由設(shè)計院、業(yè)主負(fù)責(zé)審查方案，鍋檢所負(fù)責(zé)檢驗，施工單位負(fù)責(zé)修復(fù)施工，共同完成修復(fù)工作。

五、檢測、檢驗方案與修復(fù)結(jié)果

按照GB 150-1998，儲罐建造以及相關(guān)檢驗規(guī)范，地方鍋檢所執(zhí)行事故罐體的檢驗方案。對罐體母材和縱、橫焊縫進(jìn)行取樣，做機(jī)械性能和沖擊試驗檢測。對設(shè)備本體進(jìn)行磁粉檢驗、超聲波檢驗，對原焊縫射線探傷為二級片的部位進(jìn)行全部射線復(fù)核。經(jīng)過專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)和地方鍋壓力容器監(jiān)督檢驗所全面檢驗，未發(fā)現(xiàn)因事故產(chǎn)生不符合規(guī)范的缺陷。

依據(jù)檢測結(jié)果和既定的修復(fù)方案，原施工單位組織人員全力搶修，儲罐修復(fù)完成后，經(jīng)鍋監(jiān)所檢驗和設(shè)計院重新審查合格。在罐區(qū)整體驗收合格后交付生產(chǎn)使用，由于重新投用的前期準(zhǔn)備工作到位，充氨過程嚴(yán)格按規(guī)程進(jìn)行，實現(xiàn)修復(fù)投用一次成功。

根據(jù)原儲罐建設(shè)周期，如果重新建造，工期4個月，費(fèi)用220萬元，經(jīng)過修復(fù)費(fèi)用審查，儲罐實際修復(fù)時間僅2個月，費(fèi)用130萬元。

六、結(jié)論

針對本次事故，無論是設(shè)計院，鍋監(jiān)所，業(yè)主等均本著科學(xué)分析問題的態(tài)度，從安全、可靠的角度出發(fā)，利用原設(shè)計和制造的依據(jù)提出的修復(fù)方案，并成功實施修復(fù)工作。修后的儲罐在投用3年多的時間里安全、連續(xù)運(yùn)行，證明方案選擇正確、可靠。