球罐炸裂失效分析

1、球罐炸裂失效分析 時(shí)間:1979年12月18日14時(shí)許， 地點(diǎn)：吉林煤氣公司液化氣場(chǎng) 一臺(tái)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(gè)400m3和一個(gè)50m3臥式儲(chǔ)罐以及25m外倉(cāng)庫(kù)中的5000個(gè)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(jī)動(dòng)車輛15輛以及儲(chǔ)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(zhǎng)達(dá)13m多，大量的液化石油氣迅速噴出，蔓延到距離200m遠(yuǎn)的苗圃，遇到明火（正在殺豬燒水退毛）發(fā)生燃燒，在6萬(wàn)平方米多的范圍內(nèi)形成一片火海。由于火勢(shì)太猛，消防裝備不適應(yīng)，

2、無(wú)法控制火勢(shì)。在大火的烘烤下，相臨的1#球罐嚴(yán)重超壓，安全閥開啟，大量液化石油氣噴出，助長(zhǎng)了火勢(shì)。經(jīng)過4個(gè)多h的烘烤，1#球罐發(fā)生了強(qiáng)烈爆炸，響聲遠(yuǎn)及百余里，火焰高達(dá)百余m，4塊重達(dá)10多t球殼碎片飛出百余m。1#球罐的爆炸，使整個(gè)罐區(qū)遭到破壞現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和背景調(diào)查 1）102#球罐材質(zhì)：15MnV，15MnVR 2）內(nèi)徑：9.2m 3）設(shè)計(jì)壓力：1.57MPa，經(jīng)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(zhǎng)度：13m，沿罐環(huán)焊縫B板一側(cè)HAZ擴(kuò)展5m 9）主斷裂紋源位置：斷口上的人字紋表面分析項(xiàng)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(zhǎng)165mm深度大于1mm的咬邊，最深處2.7mm，另外局部存在嚴(yán)重錯(cuò)邊。由外觀檢查知道焊縫處存在嚴(yán)重的應(yīng)力集中。 2）焊縫無(wú)損探傷：焊縫無(wú)損檢驗(yàn)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(shí)的預(yù)熱溫度;預(yù)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(xiàn)球罐焊接HAZ的組織與80oC預(yù)熱焊接試板的組織十分相似。 （2）硬度分析：由實(shí)驗(yàn)結(jié)果：To=25oC，HV=320;To=80oC，HV=297;To=180

4、oC,HV=250; To=200oC,HV=225;知在To=80oC時(shí)的硬度在279345范圍內(nèi)。 因此可由組織和硬度確定出預(yù)熱溫度為80oC。初步判斷 工作環(huán)境含有H2S腐蝕介質(zhì)，可能存在應(yīng)力腐蝕開裂 開裂源為脆性開裂 初步排除冷脆轉(zhuǎn)變的影響 焊接質(zhì)量差，存在嚴(yán)重的應(yīng)力集中 出現(xiàn)大量的焊趾裂紋，與H的滲透有關(guān)，可能與焊條烘干情況，H2S等因素有關(guān) 存在過熱區(qū)脆化的可能性較低 焊接時(shí)的預(yù)熱溫度為80攝氏度表一 母材化學(xué)成分母材分析 對(duì)比常用鋼材的標(biāo)準(zhǔn)可以發(fā)現(xiàn)材料的S,P等符合標(biāo)準(zhǔn)，熱裂的傾向不大，b4板部分碳的含量超標(biāo)，母材對(duì)斷裂有一定的影響 B4的碳當(dāng)量為0.4175，C6碳當(dāng)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(shù)比C6的大，產(chǎn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果1)由插銷實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析預(yù)熱溫度焊條烘干溫度對(duì)B4板焊接裂紋敏感性影響。（1）隨著預(yù)熱溫度20150oC升高，插銷臨界應(yīng)力增大，臨界應(yīng)力比增大因而使焊接裂紋的敏感性減小。（2）對(duì)預(yù)熱溫度To=150oC時(shí)，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(yīng)力也提高，使焊接裂紋的敏感性減小。分析：(1)預(yù)熱能緩解焊后的冷卻速度，有利于擴(kuò)散氫的溢出，避免產(chǎn)生氫致裂紋，同時(shí)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(yù)熱還降低了焊接應(yīng)力和拘束度作用，改善接頭性能，使得臨界應(yīng)力值提高。對(duì)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(zhì)減少，從而減少了融入焊縫中氫原子的含量，使擴(kuò)散氫含量降低，使其對(duì)焊接裂紋的敏感性也降低。表3 斜Y坡口對(duì)接裂紋實(shí)驗(yàn)結(jié)果 1）斜Y坡口對(duì)接裂紋實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明： 1焊條在不烘干條件下，焊接接頭處擴(kuò)散氫含量很高，焊縫對(duì)裂紋極其敏感。 2焊前不預(yù)熱時(shí)，B4D6板對(duì)焊接裂紋及其敏感。C6板不出現(xiàn)焊接裂紋。 3隨著預(yù)熱溫度升高，鋼板出現(xiàn)焊接裂紋的可能性大為降低。 2）與插銷實(shí)驗(yàn)相同規(guī)律：隨著預(yù)熱溫度升高，鋼板對(duì)焊接裂

7、紋的敏感性降低。 由以上可得出焊接時(shí)的預(yù)熱溫度選擇的不合適偏低 焊條應(yīng)當(dāng)已經(jīng)烘干，但是卻出現(xiàn)了焊趾裂紋，那么H的來源很可能來自雜質(zhì)中的H2S 8 環(huán)境影響分析（應(yīng)力腐蝕） 球罐等壓力容器，都是在現(xiàn)場(chǎng)安裝焊接。這樣焊縫中就容易由氫進(jìn)入。氫時(shí)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(chǎn)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(jìn)入焊縫中會(huì)誘發(fā)焊縫和熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋。 液化石油氣罐內(nèi)有H2S介質(zhì)， H2S+Fe FeS +2H FeS+H2 陽(yáng)極：FeS+S2- FeS+2e 陰極：2H+ +2e-2H H2S是一種強(qiáng)滲氫介質(zhì)，阻礙陰極反應(yīng)所析出的氫原子結(jié)合成氫分子的反應(yīng)，提高表面氫濃度，其結(jié)果是加速氫往鋼中的擴(kuò)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(duì)于高強(qiáng)度鋼而言，對(duì)硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性很大，更易產(chǎn)生裂紋，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂，對(duì)102#球罐的破壞產(chǎn)生了重要影響。9 結(jié)論經(jīng)過分析，事故原因有：1根據(jù)斷口特征和斷裂力學(xué)的估算，該球罐的破裂是屬于低應(yīng)力的脆性斷裂，主斷裂源在上環(huán)焊縫的內(nèi)壁焊趾上，長(zhǎng)約65毫米。2經(jīng)宏觀及無(wú)損檢驗(yàn)，上、下環(huán)焊縫焊接質(zhì)量很差，焊縫表面及內(nèi)部存在很多咬邊、錯(cuò)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