一起壓力管道膨脹節(jié)爆炸事故的案例分析

陳 琛 童耀庭 邱 郡 李劍容

(上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院 上海 200062)

壓力管道通常由管道元件，例如管子、管件、閥門、法蘭、補償器、安全保護(hù)裝置等組成[1]，因而壓力管道事故往往源于壓力管道元件的失效[1-4]。本文對一起壓力管道元件膨脹節(jié)爆炸的事故案例進(jìn)行了介紹，通過現(xiàn)場勘查、調(diào)查和相關(guān)試驗，查明了事故的直接原因，進(jìn)一步從壓力管道施工工程涉及的產(chǎn)品制造、采購、出入庫管理、施工組織和現(xiàn)場監(jiān)督等環(huán)節(jié)管理因素入手，分析了事故的間接原因；據(jù)此提出了預(yù)防和減少同類事故的對策和措施。

1 事故簡介

2014年12月某化工企業(yè)內(nèi)發(fā)生一起壓力管道元件爆炸事故。事發(fā)時，某施工單位5名工人按照該化工企業(yè)生產(chǎn)部的工作布置，配合其對氯氣壓縮單元廠房管道進(jìn)行氣密性試驗。試驗過程中，冷卻器出口管線上的膨脹節(jié)突然發(fā)生爆炸，造成1人死亡、1人受傷。

2 現(xiàn)場勘查、調(diào)查和試驗

2.1 爆炸發(fā)生位置

發(fā)生爆炸的管道位于該化工企業(yè)氯氣壓縮工段，為連接氯氣壓縮三級冷卻器的一根干氯氣管道（管道位號7CID50009-300），設(shè)計壓力1.0MPa、正常工作壓力0.37MPa、公稱直徑300mm，管道等級GC1，管道相關(guān)參數(shù)見表1。事發(fā)前該段管道基本完成安裝尚未進(jìn)行耐壓試驗。事發(fā)時管道系統(tǒng)正在利用氣體廠管線氮氣（壓力為0.8MPa）進(jìn)行氣密性試驗（包括檢漏及吹掃作業(yè)）。爆炸的管道元件膨脹節(jié)位于氯氣壓縮三級冷卻器出口處，位置見圖1。

表1 7CID50009管道相關(guān)參數(shù)

圖1 發(fā)生爆炸的管道元件膨脹節(jié)位置

2.2 爆炸后果

膨脹節(jié)爆破成碎片四處飛散（見圖2），飛出機房最遠(yuǎn)的一塊散片相距爆炸點大約30m。有散片將一名工人安全帽擊成兩半（見圖3），并致其死亡；另有一名工人因爆炸受傷。氣體沖出能量導(dǎo)致整根出口管道及上部的管道彎頭法蘭產(chǎn)生相對偏移（見圖1）。

圖2 膨脹節(jié)爆破碎片四處飛散

圖3 事故中被爆炸碎片擊成兩半的安全帽

2.3 膨脹節(jié)爆炸殘留物勘查

爆炸殘留物勘查顯示，膨脹節(jié)構(gòu)造為單層聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene，PTFE）材料（見圖4）。比對爆炸殘留物與制造單位提供的同型號（PTFEPN0.1型）膨脹節(jié)實物，查閱其制造資料（設(shè)計壓力0.1MPa），進(jìn)一步表明發(fā)生爆炸的膨脹節(jié)構(gòu)造為無加強型波紋管[5]，其U型波紋為單層PTFE材料制成，實物樣式及結(jié)構(gòu)示意如圖5所示。

圖4 爆炸殘留物顯示膨脹節(jié)構(gòu)造為單層PTFE材料

圖5 PTFE-PN0.1型膨脹節(jié)實物與無加強型波紋管結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 膨脹節(jié)初始設(shè)計要求

查閱設(shè)計單位提供的設(shè)計圖樣及綜合材料表，表明該膨脹節(jié)初始設(shè)計要求為不銹鋼襯聚四氟乙烯構(gòu)造的PTFE-金屬復(fù)合波紋補償器[6]，型號SS/PTFE-PN1.6，SS（Stainless Steel）表示不銹鋼，PTFE為聚四氟乙烯，公稱壓力1.6MPa，使用壓力0.25～2.5MPa，使用溫度-50～150℃，直徑300mm，有3個波節(jié)；其中，不銹鋼金屬外套主要起承壓作用，PTFE內(nèi)襯主要起抗氯氣腐蝕作用，實物樣式及結(jié)構(gòu)示意如圖6所示。

圖6 PTFE-金屬復(fù)合波紋補償器實物與結(jié)構(gòu)示意圖

2.5 同型號膨脹節(jié)耐壓試驗

現(xiàn)場所用單層PTFE材料膨脹節(jié)的設(shè)計壓力為0.1MPa，按照GB/T 15700—2008《聚四氟乙烯波紋補償器》規(guī)定，該型號膨脹節(jié)（FB型補償器）的爆破試驗壓力為4倍設(shè)計壓力，即0.4MPa；根據(jù)制造單位提供的試驗證明材料，顯示該型號膨脹節(jié)爆破壓力為0.5MPa。對制造單位同型號膨脹節(jié)抽樣進(jìn)行耐壓試驗，結(jié)果表明其爆破臨界壓力為0.65MPa。

2.6 事故直接原因

現(xiàn)場勘查、調(diào)查和試驗結(jié)果表明，爆炸發(fā)生的直接原因為管道系統(tǒng)氣密性試驗所用管線氮氣壓力0.8MPa大于壓力管道元件膨脹節(jié)爆破臨界壓力0.65MPa，導(dǎo)致單層PTFE材料膨脹節(jié)不能承受系統(tǒng)氣密性試驗壓力而發(fā)生爆炸事故。

3 管道施工工程各環(huán)節(jié)管理調(diào)查

管理調(diào)查表明，壓力管道施工工程涉及業(yè)主公司（化工企業(yè)）、工程總包單位、施工單位和膨脹節(jié)制造單位，發(fā)生爆炸的膨脹節(jié)歷經(jīng)制造、采購、出入庫管理、施工組織和現(xiàn)場監(jiān)督多個環(huán)節(jié)，始終未能發(fā)現(xiàn)其與初始設(shè)計要求存在明顯不符并被阻止投入現(xiàn)場安裝測試。

3.1 制造單位制造資質(zhì)

膨脹節(jié)制造單位取得的《特種設(shè)備制造許可證》準(zhǔn)予其從事AX級：防腐蝕壓力管道元件（僅限氟塑料襯里管子、氟塑料襯里管件、塑料（PO、PE）襯里管子管件、氟塑料襯里閥門）和B2級：閥門（僅限蝶閥、球閥、截止閥、隔膜閥）的制造，該制造資質(zhì)許可范圍不包括壓力管道元件膨脹節(jié)。

3.2 采購

發(fā)生爆炸的膨脹節(jié)為工程總包單位向制造單位采購。工程開始前總包單位項目部負(fù)責(zé)人聯(lián)系制造單位，要求其派員到現(xiàn)場進(jìn)行膨脹節(jié)制造技術(shù)問題交底，后向制造單位提供了采購要料單，并與之簽訂了膨脹節(jié)采購合同。按照總包單位采購程序規(guī)定“采購金額在20萬以下的，必須有兩家供應(yīng)商報價”，但總包單位違反公司采購控制程序要求，只選擇了一家制造單位。同時，工程總包單位違反《特種設(shè)備安全法》第三十二條“特種設(shè)備使用單位應(yīng)當(dāng)使用取得許可生產(chǎn)并經(jīng)檢驗合格的特種設(shè)備”規(guī)定，未對制造單位是否具有膨脹節(jié)制造資質(zhì)進(jìn)行確認(rèn)，采購了不具備制造資質(zhì)單位制造且不符合設(shè)計要求的膨脹節(jié)。

3.3 制造

根據(jù)《特種設(shè)備目錄》和TSG D0001—2009《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程—工業(yè)管道》，膨脹節(jié)屬于壓力管道元件。制造單位違反《特種設(shè)備安全法》第十八條“特種設(shè)備生產(chǎn)單位應(yīng)當(dāng)具備下列條件，并經(jīng)負(fù)責(zé)特種設(shè)備安全監(jiān)督管理的部門許可，方可從事生產(chǎn)活動”規(guī)定，未取得壓力管道元件膨脹節(jié)的制造資質(zhì)違法從事生產(chǎn)制造。同時，膨脹節(jié)的初始設(shè)計要求為SS/PTFE-PN1.6型PTFE-金屬復(fù)合波紋補償器，制造單位違反TSG D0001第十六條“管道元件制造，應(yīng)當(dāng)有設(shè)計（技術(shù)）文件和制造工藝文件，并且符合有關(guān)安全技術(shù)規(guī)范及其相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求”規(guī)定，制造并提供了達(dá)不到工程總包單位采購要求的PTFEPN0.1型膨脹節(jié)。

3.4 出入庫管理

制造單位于事故發(fā)生前3個月將PTFE-PN0.1型膨脹節(jié)送貨到施工現(xiàn)場并提供送貨單，但違反《特種設(shè)備安全法》第二十一條“特種設(shè)備出廠時，應(yīng)當(dāng)隨附安全技術(shù)規(guī)范要求的設(shè)計文件、產(chǎn)品質(zhì)量合格證明、安裝及使用維護(hù)保養(yǎng)說明、監(jiān)督檢驗證明等相關(guān)技術(shù)資料和文件”，以及TSG D0001第十八條“管道元件制造單位應(yīng)當(dāng)按照管道元件的供貨批量，提供蓋有制造單位質(zhì)量檢驗章的產(chǎn)品質(zhì)量證明文件”規(guī)定，沒有隨貨同時提供產(chǎn)品質(zhì)量證明書。直至事發(fā)隔日才向工程總包單位補寄了該膨脹節(jié)的《產(chǎn)品質(zhì)量保證書》。工程總包單位的材料員在當(dāng)時沒有產(chǎn)品質(zhì)量證明書的情況下辦理了膨脹節(jié)入庫手續(xù)，并由施工單位領(lǐng)取安裝。

3.5 安裝

施工單位項目經(jīng)理兼質(zhì)量員未遵守施工單位崗位職責(zé)“質(zhì)量員應(yīng)對進(jìn)場材料、管道組成件、設(shè)備進(jìn)行檢驗”要求，同時違反TSG D0001第七十四條“管道元件在安裝前應(yīng)當(dāng)按照設(shè)計文件和GB/T 20801的規(guī)定進(jìn)行材質(zhì)復(fù)檢、閥門試驗、無損檢測或者其他的產(chǎn)品性能復(fù)查”規(guī)定，領(lǐng)料后未對管道元件進(jìn)行檢驗，安裝前也未按照設(shè)計文件和國家標(biāo)準(zhǔn)的要求實施復(fù)檢復(fù)查即進(jìn)行了安裝施工，致使不符合設(shè)計要求的膨脹節(jié)被安裝在管道上。

3.6 試驗和爆炸

業(yè)主違反TSG D0001第一百條“使用單位應(yīng)當(dāng)按照管道有關(guān)法規(guī)、安全技術(shù)規(guī)范及其相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，建立管道安全管理制度并且有效實施。管道安全管理制度的內(nèi)容至少包括以下內(nèi)容：（一）管道安全管理機構(gòu)以及安全管理人員的管理；（二）管道元件訂購、進(jìn)廠驗收和使用的管理；（三）管道安裝、試運行以及竣工驗收的管理”規(guī)定，公司生產(chǎn)部在未告知項目部、未制定完整的氣密性試驗保護(hù)措施的情況下，要求作業(yè)人員對該管段進(jìn)行試驗。

事發(fā)當(dāng)日施工單位違反項目管理“在施工現(xiàn)場作業(yè)時必須有甲方（業(yè)主公司）人員在現(xiàn)場監(jiān)護(hù)，且不得擅自動用業(yè)主公司生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備、閥門、管道和消防器材”規(guī)定，作業(yè)組長在業(yè)主公司監(jiān)護(hù)人缺位時擅自指揮開啟進(jìn)氣閥門進(jìn)行管道氣密性試驗，引起膨脹節(jié)爆炸。

4 結(jié)論

1）本起事故中，管道系統(tǒng)氣密性試驗所用管線氮氣壓力0.8MPa大于壓力管道元件膨脹節(jié)爆破臨界壓力0.65MPa，導(dǎo)致單層PTFE材料膨脹節(jié)不能承受試驗壓力而發(fā)生爆炸事故，是事故發(fā)生的直接原因。

2）壓力管道施工工程涉及的業(yè)主公司、工程總包單位、施工單位和膨脹節(jié)制造單位，在產(chǎn)品制造、采購、出入庫管理、施工組織和現(xiàn)場監(jiān)督多個環(huán)節(jié)中存在多處違法違規(guī)行為和管理缺位，始終未能發(fā)現(xiàn)并阻止與初始設(shè)計要求存在明顯不符的膨脹節(jié)被投入現(xiàn)場安裝和測試，是事故發(fā)生的間接原因。

3）責(zé)任單位和責(zé)任人員應(yīng)當(dāng)充分吸取事故教訓(xùn)，深入學(xué)習(xí)并貫徹落實特種設(shè)備相關(guān)法律法規(guī)要求，提升從業(yè)人員安全生產(chǎn)意識和技能，加強特種設(shè)備施工質(zhì)量安全管理，提高安全生產(chǎn)水平，預(yù)防和減少同類事故的發(fā)生。

[1] TSG D0001—2009 壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程—工業(yè)管道[S].

[2] 李永生．從失效案例看當(dāng)前膨脹節(jié)行業(yè)中的若干問題[A]．中國壓力容器學(xué)會膨脹節(jié)委員會、合肥通用機械研究院.第九屆全國膨脹節(jié)學(xué)術(shù)會議膨脹節(jié)實用技術(shù)精選集[C]．安徽:中國壓力容器學(xué)會膨脹節(jié)委員會、合肥通用機械研究院，2006：120-124.

[3] 尚爾峰，王志明，趙立文，等.波紋膨脹節(jié)開裂原因分析[C]. 2015年全國失效分析學(xué)術(shù)會議論文集.北京：《金屬熱處理》編輯部，2015：321-324.

[4] 汪凌云.膨脹節(jié)波紋管失效分析[J].石油化工設(shè)備，2010(02)：52-53.

[5] GB/T 15700—2008 聚四氟乙烯波紋補償器[S].

[6] GB/T 12777—2008金屬波紋管膨脹節(jié)通用技術(shù)條件[S].