一起彎頭開裂事故原因分析

簡(jiǎn)添福

（福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院漳州分院，福建 漳州 363000）

一起彎頭開裂事故原因分析

簡(jiǎn)添福

（福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院漳州分院，福建 漳州 363000）

文中通過對(duì)漳州市某公司“7.30”彎頭開裂事故原因進(jìn)行分析，并據(jù)此提出事故教訓(xùn)及防范措施，具有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義。

彎頭；開裂；原因分析

2013年7月30日，漳州市某公司（以下簡(jiǎn)稱“該公司”）的一個(gè)化工生產(chǎn)裝置（以下簡(jiǎn)稱“該裝置”）空冷入口一管線在調(diào)試過程中，發(fā)生彎頭開裂導(dǎo)致氫氣泄漏引發(fā)爆燃的生產(chǎn)安全事故，事故未造成人員傷亡和環(huán)境污染。

1 事故概況

該裝置建于2010年，為年產(chǎn)80萬噸對(duì)二甲苯的生產(chǎn)配套裝置，管線設(shè)計(jì)壓力15.37MPa，設(shè)計(jì)溫度200℃，操作壓力13.76 MPa，操作溫度154℃，彎頭規(guī)格：φ609.6×36mm，彎頭產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：ASME B16.9，ASTM A815，彎頭材質(zhì)：ASTM A815 S32205，直管材質(zhì)：ASTM A790 S31803。

2013年7月30日，該裝置的空冷入口管線在充入氫氣進(jìn)行升壓過程中發(fā)生彎頭開裂事故，并引發(fā)爆炸著火。彎頭開裂部位及開裂形貌見圖1～圖4，裂紋基本沿環(huán)向擴(kuò)展，長(zhǎng)度約1840mm，接近一周長(zhǎng)，裂紋最大張口處位于彎頭的外弧處，最大張口寬度約5mm，距較近一側(cè)的環(huán)縫約490mm(見圖3)，裂紋一端接近環(huán)焊縫(彎頭與直管連接的焊縫)的熔合線，另一端距環(huán)縫約160mm(見圖4)。

圖1 彎頭開裂部位圖

圖2 開裂彎頭宏觀形貌

圖3 裂紋位于外弧處形貌

圖4 裂紋位于內(nèi)弧處形貌

2 事故彎頭理化分析

受事故調(diào)查組委托，從現(xiàn)場(chǎng)提取開裂彎頭和相連直管段（見圖5）用于試驗(yàn)分析，試驗(yàn)（分析）結(jié)果如下。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)取樣圖

2.1 事故彎頭整體檢驗(yàn)

2.1.1 宏觀檢查

事故彎頭未見整體或局部塑性變形跡象,彎頭上的裂紋兩尖端區(qū)域裂紋呈斷續(xù)狀，詳見圖6。

圖6 裂紋尖端附近的宏觀形貌

2.1.2 鐵素體含量測(cè)定

對(duì)事故彎頭的外壁進(jìn)行鐵素體含量測(cè)定，測(cè)點(diǎn)的分布見圖7，測(cè)定結(jié)果見表1。測(cè)定結(jié)果顯示，事故彎頭的鐵素體含量為46.9%～71.7%，彎頭所連直管鐵素體含量為44.6%～59.4%，相對(duì)直管段而言，事故彎頭的鐵素體含量不均勻，波動(dòng)范圍較大。

圖 7測(cè)點(diǎn)部位

表1 鐵素體含量測(cè)定結(jié)果（%）

2.1.3 硬度測(cè)定

用便攜式硬度計(jì)分別對(duì)事故彎頭和直管段的外壁進(jìn)行硬度測(cè)定，測(cè)點(diǎn)的分布見圖7，測(cè)定結(jié)果見表2。測(cè)定結(jié)果顯示，事故彎頭硬度范圍為：232HB～303HB，彎頭所連直管硬度范圍為：216HB～243HB。相對(duì)直管而言，事故彎頭母材硬度不均勻，且波動(dòng)范圍較大，大部分測(cè)點(diǎn)硬度明顯高于直管。

表2 硬度測(cè)試結(jié)果（HB）

2.2 事故彎頭解剖試驗(yàn)

2.2.1 拉伸試驗(yàn)

試驗(yàn)分析試樣按圖8中所標(biāo)部位截取，試樣狀態(tài)為來樣樣品狀態(tài)，試驗(yàn)結(jié)果(見表3)表明，事故彎頭不同部位（外弧、側(cè)弧及內(nèi)?。┰瓲顟B(tài)的力學(xué)性能不均勻，其中外弧部位的斷后延伸率指標(biāo)不滿足ASTM A815中對(duì)S32205 的管件要求。

圖8 試樣截取部位

表3 拉伸試驗(yàn)結(jié)果

2.2.2 金相分析

按圖8沿縱向截取全厚度金相試樣，金相觀察面為縱截面，金相檢驗(yàn)結(jié)果見圖9。結(jié)果表明：

（1）事故彎頭的金相組織均為鐵素體+奧氏體；

（2）事故彎頭金相組織異常粗大(晶粒尺寸達(dá)到2～6mm，見圖9中b-2 和e-2)，晶粒度低于00級(jí)，奧氏體呈板條狀魏氏組織形貌(見圖9中a～d)，表現(xiàn)出典型的過熱組織特征。

圖9 事故彎頭金相檢驗(yàn)結(jié)果（a～d）

3 事故原因分析

根據(jù)相關(guān)調(diào)查取證及理化分析結(jié)果分析，筆者認(rèn)為，導(dǎo)致這起事故發(fā)生的直接原因有兩個(gè)方面：一是事故彎頭違規(guī)制造；二是事故彎頭制造質(zhì)量不符合要求。具體分析如下：

3.1 事故彎頭違規(guī)制造

調(diào)查發(fā)現(xiàn)：根據(jù)TSGD 7002－2006《壓力管道元件型式試驗(yàn)規(guī)則》第七條和第八條的規(guī)定，壓力管道元件產(chǎn)品制造必須經(jīng)過型式試驗(yàn)（技術(shù)文件審查、樣品檢驗(yàn)測(cè)試和安全性能試驗(yàn)）來驗(yàn)證產(chǎn)品的安全性能是否滿足安全技術(shù)要求。該公司彎頭供應(yīng)商提供的型式試驗(yàn)報(bào)告采用的是冷成形加工工藝，而事故彎頭需采用的是熱成形加工工藝。事故彎頭未經(jīng)過TSGD 7002－2006《壓力管道元件型式試驗(yàn)規(guī)則》表B-2規(guī)定的型式試驗(yàn)來驗(yàn)證熱加工成形的產(chǎn)品安全性能是否滿足安全技術(shù)規(guī)范的要求［1］。

3.2 事故彎頭制造質(zhì)量不合格

事故彎頭的理化分析結(jié)果表明，事故彎頭制造質(zhì)量不合格主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

（1）金相組織異常粗大。事故彎頭原狀態(tài)下組織異常粗大（晶粒尺寸達(dá)到2mm～6mm），晶粒度低于00級(jí)，嚴(yán)重超出“該公司對(duì)二甲苯工程及整體公用配套工程加氫裂化裝置高壓管件、法蘭采購(gòu)規(guī)格書”第5.3條中對(duì)晶粒度5～7級(jí)的要求(根據(jù)ASTME112-2004規(guī)定5～7級(jí)晶粒度尺寸為0.0635mm～0.0318mm)［2］。事故彎頭原狀態(tài)下的實(shí)際晶粒度尺寸最大超過規(guī)定值近94倍。

（2）鐵素體含量超標(biāo)。事故彎頭原狀態(tài)下鐵素體含量不均勻且超標(biāo)(46.9%～71.7%)。不滿足“該公司對(duì)二甲苯工程及整體公用配套工程加氫裂化裝置高壓管件、法蘭采購(gòu)規(guī)格書”第5.10條中鐵素體含量40%～60%的要求，也不符合ASTM E562標(biāo)準(zhǔn)和GB/T 21833-2008《奧氏體-鐵素體型雙相不銹鋼無縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于雙相不銹鋼鐵素體含量為40%～60%的要求［3］。

（3）硬度超標(biāo)。事故彎頭部分部位硬度超過HB300，不滿足ASTM A815標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)S32205鋼的硬度不大于HB290的要求［4］，且大大超過制造廠彎頭產(chǎn)品質(zhì)量證明書中的硬度測(cè)定值。

（4）延伸率超標(biāo)。事故彎頭外弧部位的延伸率指標(biāo)不滿足ASTM A815標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)S32205鋼的延伸率應(yīng)大于25%的要求［4］。

事故彎頭金相檢驗(yàn)表現(xiàn)出的過熱組織特征，正是由于熱加工工藝不合格引起彎頭晶粒異常粗大、鐵素體含量超標(biāo)，導(dǎo)致硬度和延伸率超標(biāo)，造成事故彎頭質(zhì)量不合格。

由于晶粒異常粗大超標(biāo)、鐵素體含量超標(biāo)，導(dǎo)致彎頭力學(xué)性能的硬度上升超標(biāo)、塑性降低超標(biāo)，在氫氣和壓力作用下易發(fā)生脆性斷裂。雖然事故彎頭經(jīng)過耐壓試驗(yàn)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，由于事故彎頭存在以上四個(gè)方面的嚴(yán)重質(zhì)量缺陷，以致在試車操作過程中，事故彎頭在外弧面拉伸較大位置開裂并引起大量高壓氫氣泄漏燃爆。

因此事故彎頭采用未經(jīng)型式試驗(yàn)驗(yàn)證合格的加工工藝違規(guī)制造，導(dǎo)致制造質(zhì)量不合格是本起事故的直接原因。

4 事故教訓(xùn)及防范措施

（1）強(qiáng)化企業(yè)安全生產(chǎn)主體責(zé)任的落實(shí)。一要嚴(yán)格按照國(guó)家有關(guān)的法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定采購(gòu)合格的管件產(chǎn)品，加強(qiáng)源頭管控，把好采購(gòu)質(zhì)量關(guān)。二要加強(qiáng)對(duì)施工單位的管理，嚴(yán)格施工過程質(zhì)量監(jiān)督，確保工程質(zhì)量合格。

（2）強(qiáng)化政府及有關(guān)部門的安全監(jiān)管職責(zé)。按照“管行業(yè)必須管安全、管業(yè)務(wù)必須管安全、管生產(chǎn)建設(shè)經(jīng)營(yíng)必須管安全”的要求和 “一崗雙責(zé)”的原則，切實(shí)落實(shí)各級(jí)部門的安全監(jiān)管責(zé)任，推動(dòng)安全生產(chǎn)責(zé)任的層層落實(shí)。

（3）深刻吸取事故教訓(xùn)，切實(shí)加強(qiáng)安全生產(chǎn)工作。牢固樹立安全第一、生命至上的理念，始終堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展、安全發(fā)展，正確處理安全與發(fā)展、安全與生產(chǎn)、安全與效益的關(guān)系，全面加強(qiáng)安全生產(chǎn)工作。

[1]戚月娣,等.TSGD7002－2006《壓力管道元件型式試驗(yàn)規(guī)則》[S].北京:新華出版社：2006.

[2]美國(guó)材料與試驗(yàn)學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn).ASTME112-2004金屬平均粒度[S].2004.

[3]俞信霞,等.GB/T21833-2008奧氏體-鐵素體型雙相不銹鋼無縫鋼管[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社：2008.

[4]美國(guó)材料與試驗(yàn)學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn).ASTM A815-2001可鍛鐵素體、鐵素體/奧氏體和馬氏體不銹鋼管道管配件[S].2001.

Cause Analysis of an Elbow Cracking Accident

JIAN Tian-Fu
(Fujian Boiler and pressure vessel Inspection and Research Institute Zhangzhou SUB-Institute, Zhangzhou 363000, Fujian, China)

Based on the analysis of the causes of 7.30 elbow cracking in a company in Zhangzhou, this paper puts forward the accident lessons and preventive measures, which has certain practical signi fi cance.

Elbow; Cracking; Analysis

2017-07-26

簡(jiǎn)添福，男，福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院漳州分院副院長(zhǎng)，教授級(jí)高級(jí)工程師