球罐炸裂失效分析

1、球罐炸裂失效分析 時間:1979年12月18日14時許， 地點：吉林煤氣公司液化氣場 一臺直徑9.2米，容積400m3的球罐突然爆裂，由裂縫噴出的液化石油氣遇明火爆炸燃燒，一起附近3個400m3和一個50m3臥式儲罐以及25m外倉庫中的5000個民用液化氣瓶先后爆炸起火，大火燃燒19h共燒掉液化氣超過700t，燒掉機動車輛15輛以及儲罐區(qū)全部建筑，死亡33人，受傷53人。 此次事故首先是400m3的2#球罐突然發(fā)生破裂，裂口長達13m多，大量的液化石油氣迅速噴出，蔓延到距離200m遠的苗圃，遇到明火（正在殺豬燒水退毛）發(fā)生燃燒，在6萬平方米多的范圍內形成一片火海。由于火勢太猛，消防裝備不適應，

2、無法控制火勢。在大火的烘烤下，相臨的1#球罐嚴重超壓，安全閥開啟，大量液化石油氣噴出，助長了火勢。經過4個多h的烘烤，1#球罐發(fā)生了強烈爆炸，響聲遠及百余里，火焰高達百余m，4塊重達10多t球殼碎片飛出百余m。1#球罐的爆炸，使整個罐區(qū)遭到破壞現場調查和背景調查 1）102#球罐材質：15MnV，15MnVR 2）內徑：9.2m 3）設計壓力：1.57MPa，經常處于較低容量 4）壁厚：25mm 5）坡口：X型 6）液化石油氣：丙烷、丁烷，NH3,CO,H2S 7）環(huán)境溫度：低 8）斷口長度：13m，沿罐環(huán)焊縫B板一側HAZ擴展5m 9）主斷裂紋源位置：斷口上的人字紋表面分析項目 1）外觀檢查

3、：上下環(huán)縫缺陷較多，主要是咬邊，且往往是連續(xù)的，住裂紋源處有長165mm深度大于1mm的咬邊，最深處2.7mm，另外局部存在嚴重錯邊。由外觀檢查知道焊縫處存在嚴重的應力集中。 2）焊縫無損探傷：焊縫無損檢驗多處由未熔合、夾雜、群孔，焊趾部位存在大量裂紋。 4）HAZ硬度和金相組織檢查：上環(huán)焊縫HAZ的HV=279345，近融合線組織為B+M。 5）分析球罐焊接時的預熱溫度;預熱溫度可由組織和硬度共同確定 （1）組織分析：金相組織分析發(fā)現球罐焊接HAZ的組織與80oC預熱焊接試板的組織十分相似。 （2）硬度分析：由實驗結果：To=25oC，HV=320;To=80oC，HV=297;To=180

4、oC,HV=250; To=200oC,HV=225;知在To=80oC時的硬度在279345范圍內。 因此可由組織和硬度確定出預熱溫度為80oC。初步判斷 工作環(huán)境含有H2S腐蝕介質，可能存在應力腐蝕開裂 開裂源為脆性開裂 初步排除冷脆轉變的影響 焊接質量差，存在嚴重的應力集中 出現大量的焊趾裂紋，與H的滲透有關，可能與焊條烘干情況，H2S等因素有關 存在過熱區(qū)脆化的可能性較低 焊接時的預熱溫度為80攝氏度表一 母材化學成分母材分析 對比常用鋼材的標準可以發(fā)現材料的S,P等符合標準，熱裂的傾向不大，b4板部分碳的含量超標，母材對斷裂有一定的影響 B4的碳當量為0.4175，C6碳當量為0.3

5、325 B4板mn/s為85，C6板mn/s為60，熱裂傾向不大，B4的si含量更少，B4的韌性好 B4板冷裂紋敏感指數比C6的大，產生冷裂紋的傾向更大，與裂紋源位于b4熱影響區(qū)相符表2 插銷實驗結果1)由插銷實驗結果分析預熱溫度焊條烘干溫度對B4板焊接裂紋敏感性影響。（1）隨著預熱溫度20150oC升高，插銷臨界應力增大，臨界應力比增大因而使焊接裂紋的敏感性減小。（2）對預熱溫度To=150oC時，烘干溫度分別為250oC和350oC的情況下，可看出：隨著烘干溫度的增大，臨界應力也提高，使焊接裂紋的敏感性減小。分析：(1)預熱能緩解焊后的冷卻速度，有利于擴散氫的溢出，避免產生氫致裂紋，同時也

6、減少焊接熱影響區(qū)及焊縫的淬硬傾向，提高了焊接接頭的抗裂性，此為預熱還降低了焊接應力和拘束度作用，改善接頭性能，使得臨界應力值提高。對裂紋敏感性降低。（2）焊條的烘干溫度越高，則焊條中所含水等雜質減少，從而減少了融入焊縫中氫原子的含量，使擴散氫含量降低，使其對焊接裂紋的敏感性也降低。表3 斜Y坡口對接裂紋實驗結果 1）斜Y坡口對接裂紋實驗結果說明： 1焊條在不烘干條件下，焊接接頭處擴散氫含量很高，焊縫對裂紋極其敏感。 2焊前不預熱時，B4D6板對焊接裂紋及其敏感。C6板不出現焊接裂紋。 3隨著預熱溫度升高，鋼板出現焊接裂紋的可能性大為降低。 2）與插銷實驗相同規(guī)律：隨著預熱溫度升高，鋼板對焊接裂

7、紋的敏感性降低。 由以上可得出焊接時的預熱溫度選擇的不合適偏低 焊條應當已經烘干，但是卻出現了焊趾裂紋，那么H的來源很可能來自雜質中的H2S 8 環(huán)境影響分析（應力腐蝕） 球罐等壓力容器，都是在現場安裝焊接。這樣焊縫中就容易由氫進入。氫時來自焊條、焊劑、空氣中的水分，特別是雨水水分等。隨著焊接的過程中電弧作用下高溫分解，產生氫原子或氫離子，大量的氫原子被熔融金屬所吸附冷卻后成為過飽和物，由于氫的進入焊縫中會誘發(fā)焊縫和熱影響區(qū)產生裂紋。 液化石油氣罐內有H2S介質， H2S+Fe FeS +2H FeS+H2 陽極：FeS+S2- FeS+2e 陰極：2H+ +2e-2H H2S是一種強滲氫介質，阻礙陰極反應所析出的氫原子結合成氫分子的反應，提高表面氫濃度，其結果是加速氫往鋼中的擴散溶解過程，從而破壞金屬基體的連續(xù)性，造成氫脆，因而對于高強度鋼而言，對硫化氫應力腐蝕開裂的敏感性很大，更易產生裂紋，產生應力腐蝕開裂，對102#球罐的破壞產生了重要影響。9 結論經過分析，事故原因有：1根據斷口特征和斷裂力學的估算，該球罐的破裂是屬于低應力的脆性斷裂，主斷裂源在上環(huán)焊縫的內壁焊趾上，長約65毫米。2經宏觀及無損檢驗，上、下環(huán)焊縫焊接質量很差，焊縫表面及內部存在很多咬邊、錯邊、裂紋、熔合不良、夾渣及氣孔等缺陷。3事故發(fā)生前在上下環(huán)焊壁焊趾的一