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文档简介
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
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