球罐炸裂失效分析

1、球罐炸裂失效分析 时间:1979年12月18日14时许， 地点：吉林煤气公司液化气场 一台直径9.2米，容积400m3的球罐突然爆裂，由裂缝喷出的液化石油气遇明火爆炸燃烧，一起附近3个400m3和一个50m3卧式储罐以及25m外仓库中的5000个民用液化气瓶先后爆炸起火，大火燃烧19h共烧掉液化气超过700t，烧掉机动车辆15辆以及储罐区全部建筑，死亡33人，受伤53人。 此次事故首先是400m3的2#球罐突然发生破裂，裂口长达13m多，大量的液化石油气迅速喷出，蔓延到距离200m远的苗圃，遇到明火（正在杀猪烧水退毛）发生燃烧，在6万平方米多的范围内形成一片火海。由于火势太猛，消防装备不适应，

2、无法控制火势。在大火的烘烤下，相临的1#球罐严重超压，安全阀开启，大量液化石油气喷出，助长了火势。经过4个多h的烘烤，1#球罐发生了强烈爆炸，响声远及百余里，火焰高达百余m，4块重达10多t球壳碎片飞出百余m。1#球罐的爆炸，使整个罐区遭到破坏现场调查和背景调查 1）102#球罐材质：15MnV，15MnVR 2）内径：9.2m 3）设计压力：1.57MPa，经常处于较低容量 4）壁厚：25mm 5）坡口：X型 6）液化石油气：丙烷、丁烷，NH3,CO,H2S 7）环境温度：低 8）断口长度：13m，沿罐环焊缝B板一侧HAZ扩展5m 9）主断裂纹源位置：断口上的人字纹表面分析项目 1）外观检查

3、：上下环缝缺陷较多，主要是咬边，且往往是连续的，住裂纹源处有长165mm深度大于1mm的咬边，最深处2.7mm，另外局部存在严重错边。由外观检查知道焊缝处存在严重的应力集中。 2）焊缝无损探伤：焊缝无损检验多处由未熔合、夹杂、群孔，焊趾部位存在大量裂纹。 4）HAZ硬度和金相组织检查：上环焊缝HAZ的HV=279345，近融合线组织为B+M。 5）分析球罐焊接时的预热温度;预热温度可由组织和硬度共同确定 （1）组织分析：金相组织分析发现球罐焊接HAZ的组织与80oC预热焊接试板的组织十分相似。 （2）硬度分析：由实验结果：To=25oC，HV=320;To=80oC，HV=297;To=180

4、oC,HV=250; To=200oC,HV=225;知在To=80oC时的硬度在279345范围内。 因此可由组织和硬度确定出预热温度为80oC。初步判断 工作环境含有H2S腐蚀介质，可能存在应力腐蚀开裂 开裂源为脆性开裂 初步排除冷脆转变的影响 焊接质量差，存在严重的应力集中 出现大量的焊趾裂纹，与H的渗透有关，可能与焊条烘干情况，H2S等因素有关 存在过热区脆化的可能性较低 焊接时的预热温度为80摄氏度表一 母材化学成分母材分析 对比常用钢材的标准可以发现材料的S,P等符合标准，热裂的倾向不大，b4板部分碳的含量超标，母材对断裂有一定的影响 B4的碳当量为0.4175，C6碳当量为0.3

5、325 B4板mn/s为85，C6板mn/s为60，热裂倾向不大，B4的si含量更少，B4的韧性好 B4板冷裂纹敏感指数比C6的大，产生冷裂纹的倾向更大，与裂纹源位于b4热影响区相符表2 插销实验结果1)由插销实验结果分析预热温度焊条烘干温度对B4板焊接裂纹敏感性影响。（1）随着预热温度20150oC升高，插销临界应力增大，临界应力比增大因而使焊接裂纹的敏感性减小。（2）对预热温度To=150oC时，烘干温度分别为250oC和350oC的情况下，可看出：随着烘干温度的增大，临界应力也提高，使焊接裂纹的敏感性减小。分析：(1)预热能缓解焊后的冷却速度，有利于扩散氢的溢出，避免产生氢致裂纹，同时也

6、减少焊接热影响区及焊缝的淬硬倾向，提高了焊接接头的抗裂性，此为预热还降低了焊接应力和拘束度作用，改善接头性能，使得临界应力值提高。对裂纹敏感性降低。（2）焊条的烘干温度越高，则焊条中所含水等杂质减少，从而减少了融入焊缝中氢原子的含量，使扩散氢含量降低，使其对焊接裂纹的敏感性也降低。表3 斜Y坡口对接裂纹实验结果 1）斜Y坡口对接裂纹实验结果说明： 1焊条在不烘干条件下，焊接接头处扩散氢含量很高，焊缝对裂纹极其敏感。 2焊前不预热时，B4D6板对焊接裂纹及其敏感。C6板不出现焊接裂纹。 3随着预热温度升高，钢板出现焊接裂纹的可能性大为降低。 2）与插销实验相同规律：随着预热温度升高，钢板对焊接裂

7、纹的敏感性降低。 由以上可得出焊接时的预热温度选择的不合适偏低 焊条应当已经烘干，但是却出现了焊趾裂纹，那么H的来源很可能来自杂质中的H2S 8 环境影响分析（应力腐蚀） 球罐等压力容器，都是在现场安装焊接。这样焊缝中就容易由氢进入。氢时来自焊条、焊剂、空气中的水分，特别是雨水水分等。随着焊接的过程中电弧作用下高温分解，产生氢原子或氢离子，大量的氢原子被熔融金属所吸附冷却后成为过饱和物，由于氢的进入焊缝中会诱发焊缝和热影响区产生裂纹。 液化石油气罐内有H2S介质， H2S+Fe FeS +2H FeS+H2 阳极：FeS+S2- FeS+2e 阴极：2H+ +2e-2H H2S是一种强渗氢介质，阻碍阴极反应所析出的氢原子结合成氢分子的反应，提高表面氢浓度，其结果是加速氢往钢中的扩散溶解过程，从而破坏金属基体的连续性，造成氢脆，因而对于高强度钢而言，对硫化氢应力腐蚀开裂的敏感性很大，更易产生裂纹，产生应力腐蚀开裂，对102#球罐的破坏产生了重要影响。9 结论经过分析，事故原因有：1根据断口特征和断裂力学的估算，该球罐的破裂是属于低应力的脆性断裂，主断裂源在上环焊缝的内壁焊趾上，长约65毫米。2经宏观及无损检验，上、下环焊缝焊接质量很差，焊缝表面及内部存在很多咬边、错边、裂纹、熔合不良、夹渣及气孔等缺陷。3事故发生前在上下环焊壁焊趾的一