氣體換熱器爆炸事故原因分析

1、內(nèi)蒙古自治區(qū)鍋爐壓力容器檢驗研究院張廉正針對一起氣體換熱器由于焊接缺陷引起的爆炸事針對一起氣體換熱器由于焊接缺陷引起的爆炸事故，通過現(xiàn)場勘測與分析，認為造成氣體換熱器故，通過現(xiàn)場勘測與分析，認為造成氣體換熱器爆炸的原因主要是由于焊接缺陷引起，焊接的多爆炸的原因主要是由于焊接缺陷引起，焊接的多處焊縫沒有達到質(zhì)量標(biāo)準的要求，并且在維修和處焊縫沒有達到質(zhì)量標(biāo)準的要求，并且在維修和檢測方面均未按照標(biāo)準執(zhí)行，這才導(dǎo)致了氣體換檢測方面均未按照標(biāo)準執(zhí)行，這才導(dǎo)致了氣體換熱器的承載能力不足，造成了氣體換熱器的爆炸。熱器的承載能力不足，造成了氣體換熱器的爆炸。并根據(jù)事故原因，給出了防治措施，以確保此類并根據(jù)事故

2、原因，給出了防治措施，以確保此類氣體換熱器的安全運行。氣體換熱器的安全運行。三氣換熱器（氣體換熱器、產(chǎn)品編號三氣換熱器（氣體換熱器、產(chǎn)品編號XXXXBXXXXXXXBXXX）為鋁制板翅式換熱器，一類壓力）為鋁制板翅式換熱器，一類壓力容器容器, 2011, 2011年年 3 3月出廠，月出廠，20122012年年4 4月投產(chǎn)運行。月投產(chǎn)運行。第一腔第一腔第二腔第二腔第三腔第三腔設(shè)計壓力設(shè)計壓力3.8MPa3.8MPa3.8MPa3.8MPa0.08MPa0.08MPa幾何容積幾何容積0.33m0.33m0.35 m0.35 m2.08 m2.08 m介質(zhì)介質(zhì)原料氣原料氣脫碳氣脫碳氣低閃氣低閃氣設(shè)

3、計溫度設(shè)計溫度-10-105050焊接接頭系數(shù)焊接接頭系數(shù)0.850.85腐蝕裕度腐蝕裕度0 0壓力容器類別壓力容器類別I I類類主體材料主體材料5083-H1125083-H112（16 14 1216 14 12）該設(shè)備在設(shè)計以及制造方面多處不滿足設(shè)計制造該設(shè)備在設(shè)計以及制造方面多處不滿足設(shè)計制造標(biāo)準。如：標(biāo)準。如：設(shè)計過程中參考設(shè)計過程中參考JB/T7261-94JB/T7261-94鋁制板翅式換熱鋁制板翅式換熱器器 技術(shù)條件技術(shù)條件標(biāo)準，此為過期作廢標(biāo)準。標(biāo)準，此為過期作廢標(biāo)準。質(zhì)量說明書中采用標(biāo)準為質(zhì)量說明書中采用標(biāo)準為JB/T7261-94JB/T7261-94鋁制板鋁制板翅式換熱

4、器翅式換熱器 技術(shù)條件技術(shù)條件與設(shè)計圖樣技術(shù)要求采與設(shè)計圖樣技術(shù)要求采用的制造標(biāo)準用的制造標(biāo)準JB/T4734-2002JB/T4734-2002鋁制焊接容器鋁制焊接容器不不一致。一致。制造單位提供的質(zhì)量證明文件中，產(chǎn)品質(zhì)量證明制造單位提供的質(zhì)量證明文件中，產(chǎn)品質(zhì)量證明文件中缺少主要受壓元件材質(zhì)證書、材料產(chǎn)品質(zhì)量文件中缺少主要受壓元件材質(zhì)證書、材料產(chǎn)品質(zhì)量計劃或者檢驗計劃，焊接記錄、無損檢測部位圖、計劃或者檢驗計劃，焊接記錄、無損檢測部位圖、產(chǎn)品銘牌的拓印件或者復(fù)印件。不符合產(chǎn)品銘牌的拓印件或者復(fù)印件。不符合固定式壓固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程4.1.44.1.4的要求

5、。的要求。產(chǎn)品合格證與產(chǎn)品監(jiān)督檢驗證書上標(biāo)明依據(jù)產(chǎn)品合格證與產(chǎn)品監(jiān)督檢驗證書上標(biāo)明依據(jù)壓壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程，而設(shè)計技術(shù)要求為，而設(shè)計技術(shù)要求為固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程，合格證、，合格證、監(jiān)督檢驗證書與設(shè)計技術(shù)要求不相符合。監(jiān)督檢驗證書與設(shè)計技術(shù)要求不相符合。2.12.1現(xiàn)場勘查情況現(xiàn)場勘查情況20152015年某月某日氣體換熱器發(fā)生第一次爆炸，約年某月某日氣體換熱器發(fā)生第一次爆炸，約7 7秒鐘后高壓脫硫泵房位置發(fā)生第二次爆炸。約秒鐘后高壓脫硫泵房位置發(fā)生第二次爆炸。約兩分鐘時高壓脫硫泵房左側(cè)兩分鐘時高壓脫硫泵房左側(cè)DN300DN3

6、00的管道發(fā)生爆的管道發(fā)生爆炸，管道介質(zhì)炸，管道介質(zhì)NHDNHD富液、工作壓力富液、工作壓力3.0MPa3.0MPa、工作、工作溫度溫度5050。事故發(fā)生之后，于事故發(fā)生之后，于20152015年專家組對爆炸現(xiàn)場進年專家組對爆炸現(xiàn)場進行實地勘察，氣體換熱器脫硫氣進口右側(cè)角接行實地勘察，氣體換熱器脫硫氣進口右側(cè)角接焊縫開裂焊縫開裂, ,開裂位置為封頭體與板束堆焊層連接開裂位置為封頭體與板束堆焊層連接的全焊透角接接頭部位、方向從上側(cè)開裂、最的全焊透角接接頭部位、方向從上側(cè)開裂、最初起爆點裂口長度為初起爆點裂口長度為320mm320mm、上部整體裂口長度、上部整體裂口長度為為1050mm1050mm

7、，寬度為，寬度為460mm460mm。事故現(xiàn)場測量圖片如。事故現(xiàn)場測量圖片如2-12-1所示。所示。圖圖2-1 2-1 事故現(xiàn)場測量圖片事故現(xiàn)場測量圖片圖圖2-1 2-1 事故現(xiàn)場測量圖片事故現(xiàn)場測量圖片開裂位置為封頭體與板束堆焊層連接的角接接頭部位、方向從上開裂位置為封頭體與板束堆焊層連接的角接接頭部位、方向從上側(cè)開裂、上部裂口長度為側(cè)開裂、上部裂口長度為1050mm1050mm，側(cè)面裂口寬度為，側(cè)面裂口寬度為460mm460mm。最初起爆口最初起爆口上部開裂焊縫斷口為兩部分，容器原有的陳舊裂紋為暗紅色與灰上部開裂焊縫斷口為兩部分，容器原有的陳舊裂紋為暗紅色與灰色相間，長度約色相間，長度約3

8、20mm320mm；新撕裂部分為灰色撕裂唇，長度約；新撕裂部分為灰色撕裂唇，長度約730mm730mm。管道爆炸后的照片管道爆炸后的照片管道受撞擊后的管道受撞擊后的9090裂口裂口脫硫高閃槽壓力趨勢圖脫硫高閃槽壓力趨勢圖爆炸前裂漏的照片爆炸前裂漏的照片2.2事故宏觀分析事故宏觀分析封頭體與板束堆焊層焊接時存在未熔合而造成的應(yīng)力集中導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋，封頭體與板束堆焊層焊接時存在未熔合而造成的應(yīng)力集中導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋，裂紋逐漸向外側(cè)焊縫擴展。如圖裂紋逐漸向外側(cè)焊縫擴展。如圖2-22-2所示。所示。圖圖2-2 2-2 未熔合導(dǎo)致裂紋及裂紋擴展未熔合導(dǎo)致裂紋及裂紋擴展接管與封頭體連接的角接接頭使用了搭接形式焊

9、接，并且此接頭存在未焊透和未熔合缺陷。如圖2-3所示圖圖2-3 2-3 錯誤接頭形式以及缺陷錯誤接頭形式以及缺陷接管與封頭體連接的角接接頭位置出現(xiàn)了密集的氣孔、裂紋、未焊透缺陷。如圖2-4所示。圖圖2-4 2-4 角接接頭處的氣孔、裂紋。未焊透角接接頭處的氣孔、裂紋。未焊透通過現(xiàn)場情況觀測可以了解到裂口齊平，斷口呈通過現(xiàn)場情況觀測可以了解到裂口齊平，斷口呈閃爍金屬光澤的結(jié)晶狀，新撕裂焊縫顏色為灰色、閃爍金屬光澤的結(jié)晶狀，新撕裂焊縫顏色為灰色、發(fā)生裂漏部位封頭體與板束堆焊層連接的全焊透發(fā)生裂漏部位封頭體與板束堆焊層連接的全焊透角接接頭，斷口顏色為暗紅色和灰色相間（介質(zhì)角接接頭，斷口顏色為暗紅色和

10、灰色相間（介質(zhì)側(cè)為暗紅色、外側(cè)為灰色），新撕裂的斷口，纖側(cè)為暗紅色、外側(cè)為灰色），新撕裂的斷口，纖維區(qū)和剪切唇很小，大部分是放射區(qū)。破裂容器維區(qū)和剪切唇很小，大部分是放射區(qū)。破裂容器焊縫部位，斷口有裂紋、未焊透、夾渣、未熔合、焊縫部位，斷口有裂紋、未焊透、夾渣、未熔合、氣孔等缺陷。通過對破斷面的觀察，可以確定該氣孔等缺陷。通過對破斷面的觀察，可以確定該容器為脆性破裂。容器為脆性破裂。2.3母材及焊縫金屬化學(xué)成分分析根據(jù)設(shè)計標(biāo)準封頭，接管，法蘭材質(zhì)均為5038-H112。根據(jù)標(biāo)準5038化學(xué)成分如表2-1所示。表表2-1 2-1 母材母材5083Al5083Al合金化學(xué)成分合金化學(xué)成分化化 學(xué)學(xué)

11、 成成 分分 % %SiSiFeFeCuCuMnMnMgMgCrCrZnZnTiTi鋁鋁minmin0.400.400040400.100.100.40-1.00.40-1.04.0-4.94.0-4.90.05-0.250.05-0.250.250.250.150.15余量余量采用焊材為采用焊材為ER5356ER5356，根據(jù)標(biāo)準得知焊材化學(xué)，根據(jù)標(biāo)準得知焊材化學(xué)成分如表成分如表2-22-2所示。所示。表表2-2 2-2 焊絲焊絲ER5356ER5356標(biāo)準化學(xué)成分標(biāo)準化學(xué)成分化化 學(xué)學(xué) 成成 分分 % %SiSiFeFeCuCuMnMnMgMgCrCrZnZnTiTi鋁鋁minmin0.2

12、50.250.400.400.100.100 . 0 5 -0 . 0 5 -0.200.204.5-5.54.5-5.50.05-0.200.05-0.200.100.100.06-0.06-0.200.20余量余量在事故現(xiàn)場對母材材料以及熔敷金屬材質(zhì)進行了化學(xué)成分分析，在事故現(xiàn)場對母材材料以及熔敷金屬材質(zhì)進行了化學(xué)成分分析，測得母材以及焊縫熔敷金屬化學(xué)成分分別為下表測得母材以及焊縫熔敷金屬化學(xué)成分分別為下表2-32-3以及以及2-42-4所示。所示。表表2-3 2-3 母材母材AlAl合金化學(xué)成分合金化學(xué)成分化化 學(xué)學(xué) 成成 分分 % %SiSiFeFeCuCuMnMnMgMgCrCrZn

13、ZnTiTi鋁鋁minmin0 01011010 03683680.0230.0230.4810.4814.354.350.1410.1410.00750.00750.0230.023余量余量表表2-4 2-4 焊縫熔敷金屬化學(xué)成分焊縫熔敷金屬化學(xué)成分化化 學(xué)學(xué) 成成 分分 % %SiSiFeFeCuCuMnMnMgMgCrCrZnZnTiTi鋁鋁minmin4.534.530 01361360.0190.0190.0700.0700.9580.9580.020.020.00960.00960.0010.001余量余量通過檢測取得的結(jié)果分析可以看到熔敷金屬的化學(xué)通過檢測取得的結(jié)果分析可以看到熔

14、敷金屬的化學(xué)成分中部分合金元素低于標(biāo)準，而一部分其他元素成分中部分合金元素低于標(biāo)準，而一部分其他元素則超出了熔敷金屬本該低于的成分。則超出了熔敷金屬本該低于的成分。由熔敷金屬標(biāo)準查閱可知：由熔敷金屬標(biāo)準查閱可知：鎂為這種鋁合金的主要合金元素組成部分，而現(xiàn)在鎂為這種鋁合金的主要合金元素組成部分，而現(xiàn)在由檢測結(jié)果分析得知，鎂合金成分嚴重低于合金成由檢測結(jié)果分析得知，鎂合金成分嚴重低于合金成分標(biāo)準，推斷有可能是焊接過程中造成的合金元素分標(biāo)準，推斷有可能是焊接過程中造成的合金元素?zé)龘p嚴重，而導(dǎo)致這種情況出現(xiàn)的最有可能的分析燒損嚴重，而導(dǎo)致這種情況出現(xiàn)的最有可能的分析是焊接參數(shù)選擇不當(dāng)。是焊接參數(shù)選擇不

15、當(dāng)。化學(xué)成分分析中還出現(xiàn)了化學(xué)成分分析中還出現(xiàn)了SiSi元素嚴重超標(biāo)的元素嚴重超標(biāo)的現(xiàn)象，而這種硅元素的超標(biāo)會增大合金的熱現(xiàn)象，而這種硅元素的超標(biāo)會增大合金的熱裂紋傾向，故由此推斷焊接裂紋極有可能是裂紋傾向，故由此推斷焊接裂紋極有可能是由于硅含量超標(biāo)而引起的熱裂紋焊接缺陷。由于硅含量超標(biāo)而引起的熱裂紋焊接缺陷?；瘜W(xué)成分中化學(xué)成分中TiTi和和CrCr成分也低于標(biāo)準要求。成分也低于標(biāo)準要求。由現(xiàn)場勘查結(jié)果和材料化學(xué)成分分析結(jié)果綜合分析，由現(xiàn)場勘查結(jié)果和材料化學(xué)成分分析結(jié)果綜合分析，得出多條關(guān)于此三氣換熱器的缺陷危害分析。得出多條關(guān)于此三氣換熱器的缺陷危害分析。首先，此換熱器共經(jīng)過四次維修，第一次

16、維修位置首先，此換熱器共經(jīng)過四次維修，第一次維修位置為脫硫氣進口右側(cè)人字焊縫；第二次維修位置為脫為脫硫氣進口右側(cè)人字焊縫；第二次維修位置為脫硫氣進口左側(cè)下部封頭體與板束角對接接頭；第三硫氣進口左側(cè)下部封頭體與板束角對接接頭；第三次維修位置為脫硫氣出口右側(cè)下部人字焊縫；第四次維修位置為脫硫氣出口右側(cè)下部人字焊縫；第四次維修位置為脫硫氣進口左側(cè)人字焊縫。次維修位置為脫硫氣進口左側(cè)人字焊縫。通過以上關(guān)于維修的情況可以看出最易出現(xiàn)問題通過以上關(guān)于維修的情況可以看出最易出現(xiàn)問題的位置為脫硫進氣口處的人字焊縫，此處人字焊的位置為脫硫進氣口處的人字焊縫，此處人字焊縫共出現(xiàn)兩次維修，兩側(cè)分別是脫硫氣進氣口左縫

17、共出現(xiàn)兩次維修，兩側(cè)分別是脫硫氣進氣口左側(cè)和右側(cè)焊縫。脫硫氣出氣口也是人字焊縫出現(xiàn)側(cè)和右側(cè)焊縫。脫硫氣出氣口也是人字焊縫出現(xiàn)裂漏，可以看出此人字焊縫存在隱患。并且除去裂漏，可以看出此人字焊縫存在隱患。并且除去第一次和最后一次是聯(lián)系廠家維修，剩余兩次為第一次和最后一次是聯(lián)系廠家維修，剩余兩次為自聘焊工維修，四次維修均沒有維修方案、維修自聘焊工維修，四次維修均沒有維修方案、維修記錄、檢驗檢測記錄。由此，對于此氣體換熱器記錄、檢驗檢測記錄。由此，對于此氣體換熱器的維保檢修均沒有達到要求。的維保檢修均沒有達到要求。其次，封頭體與板束堆焊層焊接時存在未熔合而其次，封頭體與板束堆焊層焊接時存在未熔合而造成

18、的應(yīng)力集中導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋，在使用過程裂紋造成的應(yīng)力集中導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋，在使用過程裂紋逐漸向外側(cè)焊縫擴展。裂紋造成的應(yīng)力集中使得逐漸向外側(cè)焊縫擴展。裂紋造成的應(yīng)力集中使得裂紋擴展導(dǎo)致失穩(wěn)狀態(tài)，成為了本次爆炸事故的裂紋擴展導(dǎo)致失穩(wěn)狀態(tài)，成為了本次爆炸事故的又一誘因。又一誘因。再次，接管與封頭體連接的角接接頭使用了搭接再次，接管與封頭體連接的角接接頭使用了搭接形式焊接，并且此接頭存在未焊透和未熔合缺陷。形式焊接，并且此接頭存在未焊透和未熔合缺陷。角接接頭用搭接形式代替，本身就不能滿足在力角接接頭用搭接形式代替，本身就不能滿足在力學(xué)性能上的要求，而且還有未熔合未焊透的缺陷，學(xué)性能上的要求，而且還有未熔合未

19、焊透的缺陷，更加使得焊接接頭本該擁有的力學(xué)性能不能達到更加使得焊接接頭本該擁有的力學(xué)性能不能達到標(biāo)準要求。也成為誘發(fā)事故的一項原因。標(biāo)準要求。也成為誘發(fā)事故的一項原因。之后，接管與封頭體連接的角接接頭位置出現(xiàn)了密之后，接管與封頭體連接的角接接頭位置出現(xiàn)了密集的氣孔、裂紋、未焊透缺陷。氣孔的形成原因是集的氣孔、裂紋、未焊透缺陷。氣孔的形成原因是鋁材料焊接時的凝固行為，氣孔是由熔化物凝固之鋁材料焊接時的凝固行為，氣孔是由熔化物凝固之前氣體不能逸出造成，這些氣體可能來自于保護氣前氣體不能逸出造成，這些氣體可能來自于保護氣體或熔池攪拌帶入的氣體，導(dǎo)致氣孔的形成。氣孔體或熔池攪拌帶入的氣體，導(dǎo)致氣孔的形

20、成。氣孔的存在降低了焊接接頭的嚴密性和塑性，使得焊縫的存在降低了焊接接頭的嚴密性和塑性，使得焊縫有效截面積減小而使得接頭機械強度以及承載能力有效截面積減小而使得接頭機械強度以及承載能力下降，并且如果在制造和修復(fù)壓力容器過程中若由下降，并且如果在制造和修復(fù)壓力容器過程中若由于氣孔問題造成返修次數(shù)超標(biāo)，可能會導(dǎo)致壓力容于氣孔問題造成返修次數(shù)超標(biāo)，可能會導(dǎo)致壓力容器報廢。因此此角接接頭處的氣孔、裂紋、未焊透器報廢。因此此角接接頭處的氣孔、裂紋、未焊透也是造成此次爆炸事故的又一誘導(dǎo)因素。也是造成此次爆炸事故的又一誘導(dǎo)因素。最后，裂口齊平，斷口呈閃爍金屬光澤的結(jié)晶狀，最后，裂口齊平，斷口呈閃爍金屬光澤的

21、結(jié)晶狀，新撕裂焊縫顏色為灰色、發(fā)生裂漏部位封頭體與新撕裂焊縫顏色為灰色、發(fā)生裂漏部位封頭體與板束堆焊層連接的全焊透角接接頭，斷口顏色為板束堆焊層連接的全焊透角接接頭，斷口顏色為暗紅色和灰色相間（介質(zhì)側(cè)為暗紅色、外側(cè)為灰暗紅色和灰色相間（介質(zhì)側(cè)為暗紅色、外側(cè)為灰色），新撕裂的斷口，纖維區(qū)和剪切唇很小，大色），新撕裂的斷口，纖維區(qū)和剪切唇很小，大部分是放射區(qū)。破裂容器焊縫部位，斷口有裂紋、部分是放射區(qū)。破裂容器焊縫部位，斷口有裂紋、未焊透、夾渣、未融合、氣孔等缺陷。通過對破未焊透、夾渣、未融合、氣孔等缺陷。通過對破斷面的觀察，可以確定該容器為脆性破裂。斷面的觀察，可以確定該容器為脆性破裂。首先，此

22、類壓力容器應(yīng)該在設(shè)計和制造過程中嚴首先，此類壓力容器應(yīng)該在設(shè)計和制造過程中嚴格遵循國家標(biāo)準，包括維修等過程務(wù)必出具符合格遵循國家標(biāo)準，包括維修等過程務(wù)必出具符合標(biāo)準要求的維修方案、維修記錄、和檢驗檢測記標(biāo)準要求的維修方案、維修記錄、和檢驗檢測記錄。不能忽視設(shè)計制造中過程的重要性。錄。不能忽視設(shè)計制造中過程的重要性。其次在焊接過程中也要聘請具有焊接某一固定壓其次在焊接過程中也要聘請具有焊接某一固定壓力容器的資質(zhì)的人員進行制造和維修。制定符合力容器的資質(zhì)的人員進行制造和維修。制定符合要求的焊接工藝規(guī)程，讓焊接流程規(guī)范化，合格要求的焊接工藝規(guī)程，讓焊接流程規(guī)范化，合格化。在焊接完成后務(wù)必落實好檢驗檢測工作。一化。在焊接完成后務(wù)必落實好檢驗檢測工作。一定要盡可能使焊縫達到其該有的承載能力。如產(chǎn)定要盡可能使焊縫達到其該有的承載能力。如產(chǎn)生氣孔裂紋等缺陷，一定是在焊接過程中采取了生氣孔裂紋等缺陷，一定是在焊接過程中采取了不合理的參數(shù)，或者有一些焊前準備工作不夠完不合理的參數(shù)，或者有一些焊前準備工作不夠完善。務(wù)必在之后的工作中杜絕此類失誤。善。務(wù)必在之后的工作中杜絕此類失誤。最后，在進行