冷凝器事故案例分析

案例：高压列管式冷凝器（以下简称冷凝器）是3000吨/年合成氨厂的配套设备。于1974年投产的某省两个化肥厂使用的氨冷凝器于1981年相继发生爆炸事故。为分析事故的原因，除对爆破的冷凝器进行常规的力学性能、化学成分、金相、原结构的应力分析和采用电镜检查外，还选择了11个厂，对同类型的28台氨冷凝器的使用情况做了详细的调查和检查，发现各厂的使用情况各不相同。有的厂使冷凝器长期处于( 230～260)×10²kPa压力下使用，有的厂管理比较混乱，有的厂使用比较正常。经很声波探伤检查氨冷凝器的环焊缝发现，28台中有4台存在约6～15mm深、80～440mm长的裂纹，还有3台也有不同程度的缺陷存在。通过分析与调查结果表明，冷凝器的操作使用条件对设备的安全使用至关重要，使用工况很过了原设计条件，长期处于很压或很低温下运行，都会使 焊缝根部裂纹萌生扩展，以致造成疲劳破坏进而发生爆炸。

冷凝器发生爆炸事故所涉及的因素很多，如设计结构、制造质量、原材料质量和使用 条件等。而这些因素总是伴随在一起产生的。但其中一个起主导作用的因素，即事故发生的主要因素，要在做大量试验研究和分析工作之盾才能作出较为正确的判断。两个厂氨冷凝器发生爆炸事故的原因可归纳如下。

①从冷凝器断口上宏观、微观分析表明冷凝器的爆破是属于疲劳破坏。据运行情况调查，该设备在使用期间压力波动范围很小，开停车次数也不多，根据这种工况，是不可能产生疲劳破坏的。那么疲劳源来自何处呢？一种可能是由于管道振动而引起设备共振而发生疲劳破坏，但管道柔性很大，强度远低于设备，而管道未发生破坏事故，因此这种可能性不大；另一种可能是来自冷凝器管内外温度变化，引起温差应力的变化，致使冷凝器发生破坏。据调查，冷凝器采用了新工艺流程，改变了操作温度，低压壳体内的液氨蒸发温度随生产负荷变化而变化。从应力分析计算结果可知，温度变化15℃时，温差所引起的应力达到6×10⁴kPa，占总应力的20%，已达到低应力疲劳的条件。使用工况远很出了原设计条件，则必然导致冷凝器的疲劳破坏，这正是事故的症结所在。

②从被探测的28台冷凝器的环焊缝的数据、疲劳爆破试验及爆破断口分析可知，氨 冷器环焊缝根部存在着程度不同的未焊透或未熔合等缺陷。这说明其制造质量不好，而在使用条件正常的情况下，尚未发生爆炸事故。

③高压列管式冷凝器的球形封头与管板连接采用单面焊接结杓，有其不足之处。要 求环焊缝完全焊透确有一定困难，如稍有不注意，易产生焊缝根部未焊透或未熔合缺陷。此外，对制造工艺未提出特殊要求，这样，在此种缺陷下，必然加大焊缝根部的应力集中，导致冷凝器加速破坏。

事故教训与防范措施如下：

①严格控制冷凝器的使用条件，如果生产需要采用新的工艺流程，一定要进行应力分析计算。如果其计算结构达到或接近了低应力条件，切不可盲目实施新工艺。

②改进高压列管式冷凝器的球形封头与管板连接的结构型式。

③保证焊接质量，特别是球形封头与管板连接的环焊缝，不允许在焊缝根部出现未 焊透或未熔合缺陷。

④定期检查，如发现裂纹产生或裂纹扩展，应及时修复。