低温甲醇吸附器爆燃泄漏原因分析

2015年第19期广东化工第42卷总第309期www.gdchem.com133低温甲醇吸附器爆燃泄漏原因分析赵福兴,钱英豪,周鹏飞,吴晓风(江苏省特种设备安全监督检验研究院苏州分院,江苏苏州215031)[摘要]文章通过资料审查,现场观察及测量等方法分析了低温甲醇净化装置发生泄漏爆燃的原因·结果表明,缠绕垫片选型过大,法兰连接螺栓选型错误及NI法兰错边的存在是造成事故的主要原因。并通过表面探伤,金相检验,排除新生缺陷及材质劣化的情况下提出了整改措施[关键词]吸附器;泄漏;爆燃;缠绕垫片;螺栓[中图分类号]TH[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2015)190133-02Leak Analysis of Low Temperature Methanol Adsorber DeflagrationZhao Fuxing, Qian Yinghao, Zhou Pengfei, Wu Xiaofeng(Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute of Jiangsu Province Zhou Branch, Suzhou 215031, China)Abstract: In order to found the leak reason of the Low temperature methanol adsorber Deflagration, the files examination, field observation and measurementwere adopted. Rseurts show that: spirotallic gasket selection is too large, flange connection bolt type errors and the existence of NI flange misalignment, and are themain cause of the accident. and through the surface inspection, metallographic examination, ensure no new defects and new material degradation was generate, andthen proposed measures.Keywords: adsorber; leaks; Deflagration; spirotallic gasket; bolt1基本情况PN40,非有毒、非可燃介质及非剧烈循环场合。而设计的法兰公称压力为PN10,根据HGT206132009《钢制管法兰用紧固某公司低温甲醇吸附器在使用过程中突发大火,关闭气源后,件》503的规定,应选择全螺纹螺柱。双头螺栓只能用于PN40大火持续30分钟左右熄灭,停车造成经济损失上千万元发生爆以下,非有毒、非可燃介质及非剧烈循环场合,在承载能力及抗疲劳性能方面,比全螺纹螺柱要差。因此M1人孔法兰选用双头用弹簧支吊架支撑(见图1)。吸附器采用应力分析法设计,设计使螺柱属于严重的选型错误。用年限为20年,设计载荷循环次数为3650次,设计材料为30408,其中法兰为S30408Ⅲ锻件,执行标准为JB47322005装置内的介质为甲醇、氢气、氮气、一氧化碳、甲烷及二氧化碳的混合气体,属于易燃、易爆、中度毒性介质,设计中将其划入第一组介质;装置的吸附再生工作压力:5.35/0.40MPa,吸附/再生工作温度:-628/200℃,事故发生时,分子筛吸附器处于正常吸附状态,吸附器的工作压力和工作温度均在工艺指标范围内,没有超压超温现象。图2吸附器出口结构图Fig 2 Adsorber export structureMl人孔垫片选择为缠绕垫DN600,PN110,D型带内外环型),选用标准为HGT20631-2009,查看标准,外径D3即外环内径)应为6858222螺栓质保书审查审查螺栓质保书,执行标准为HGT20634-2009《钢制管法图1结构图兰用紧固件(Cas系列)》,材料为35 CrMoA,规格为M48供货状态为调质,与设计一致。化学成分和机械性能对比见表1,表2。2资料审查表1为化学成分对比表,表2为力学性能对比表,通过对比发现质保书存在以下问题:(1)屈服强度和抗压强度明显偏高;(2)21设计资料审查图2为吸附器顶部出口结构图,其中M1为DN60,同时兼硬度远远低于标准值。鉴于力学性能与标准值差别较大,对螺栓做人孔,N1为DN200,公称压力均为PN10,连接标准为的机械性能进行复验。复验结果见表2,符合标准规定要求。虽HGmT206152009,均为对焊法兰连接,连接面形式均为凸面(RF满足标准要求,但从质量控制的要求,螺栓制造厂、寸于Ml人孔法兰连接选用3 CrMoA材料,规格为M48的设备厂及安装单位在质量管理方面均存在严重问题。双头螺栓。按照HGT20613-2009《钢制管法兰用紧固件》50.2的规定:双头螺柱的使用条件应符合公称压力等级小于等于表1螺栓材料化学成分对比质保书示值0.35中国煤化工标准规定值0.320407-0.370400.700.80-1.100CNMHG注:标准规定值为GB/T30771999合金结构钢》。收稿日期]2015-08-08[作者简介]赵福兴(1967-),男,苏州人,本科毕业,工程师,主要从事锅炉、压力容器、压力管道等特种设备检验检测工作广东化工2015年第19期134www.gdchem.com第42卷总第309期表2螺栓材料机械性能对比Tab 2 Bolt mat项目屈服强度MPa抗压强度MPa拉伸率%硬度HB冲击功J质保书示值1350标准规定值10227403234285设计要求:≥41J复验值机械性能标准值为HG720634200.其中冲击功要求为设计要求。3现场情况分析是由以下几个因素共同作用导致:达图3为M、N接管法兰受火后状况,可以清晰的看出M1为缠绕垫DN600PN10,HGT2061200.0D型带内外环型处存在很大的间隙,并日有错边存在。量,泄漏垫片的外环内径706mm,比标准尺寸大了202mm。当缠绕垫片宽度大于标准宽度,容易造成垫片刚度不足,预紧时便会产生压缩超标,使垫片产生大量屈服,回弹性能明显降低,密封性能显著下降。缠绕垫片在螺栓多次预紧后发生屈服,在设备承受压力时回弹不足,是造成发生泄漏的直接原因。(2)设计中选用双头螺栓选型错误。按照HGT20613-20094钢制管法兰用紧固件》502的规定:双头螺柱的使用条件应符合公称压力等级小于等于PN40,非有毒、非可燃介质及非剧烈循环场合。而设计的法兰公称压力为PN110,根据HGT20613-2009《钢制管法兰用紧固件》50.3的规定,应选择全螺纹螺柱。双头螺栓只能用于PN40以下,非有毒、非可燃介质及非剧烈循环场合在承载能力及抗疲劳性能方面,比全螺纹螺柱要差。螺栓选型错误,导致承载能力及抗疲劳性能下降,且易造成预紧力过大且不图3M1、N1接管法兰受火后状况均匀,是产生泄漏的主要原因Fig 3 The Nozzle Flange Of MI, NI Subjected Fi(3)N1接管处连接法兰错边的存在将引起力的不均匀性,从而使M1接管法兰、N1接管法兰上的连接螺栓受力不均匀。由于法兰错边导致螺栓受力的不均匀性是导致泄漏发生的外在原因。3IM1接管法兰垫片分析通过对Ml法兰密封垫片完整区域进行测量,垫片的平均外4设备在工作期间承受压力及温度的交变载荷的作用,会步加剧泄漏的产生标准宽度,容易造成垫片刚度不足,预紧时便会产生压缩超标(5)另外据对安装过程了解,设备安装后进行了53MPa的气使垫片产生大量屈服,回弹性能明显降低,密封性能显著下降到要求,使M1法兰连接面螺栓预紧力过大且不均匀的可能性大32N1接管法兰及螺栓分析增,进而加剧泄漏的产生通过对NI接管处的连接法兰进行测量,管道侧法兰比容器侧法兰向下偏差2mm,法兰之间间隙20mm。图4为N1接管法(6)螺栓材料质机械性能数据不符合标准的要求,虽然兰连接螺栓,其中—根螺栓相邻多个螺牙受损,而且色泽较暗经力学性能试验数据合格,但足以说明螺栓制造单位、设备制造说明螺栓在工作过程中,两个法兰之间已经存在偏差,导致螺栓单位、安装单位从技术管理、质量管理都存在很大漏洞。质量管受到较大的剪应力,螺牙损坏。另外两根有明显的、较严重的螺理方面的问题是导致此次泄漏爆燃的间接性原因纹损坏痕迹,痕迹呈光亮的金属色,为新痕迹,据此推断介质泄4.2建议漏后发生爆燃,瞬间受力过大,导致螺纹损坏,法兰间隙产生。对法兰、管件进行金相检验,未发现材质劣化。因此建议(1)更换全部双头螺栓为全螺纹螺柱(2)更换符合标准要求的缠绕垫片;(4厘新做压力试验,并加强日常的巡检与维护(3)调整弹簧支架,消除接管N1处法兰之间的参考文献[JHGT20613-2009《钢制管法兰用紧固件》[S][2JHGT20631-2009《钢制管法兰缠绕式垫片》[S][3]GB/T3077-1999《合金结构钢》[S][4]HG/T206342009《钢制管法兰用紧固件(las.列)》5]王杜鹃、王强,等.人孔法兰垫片失效原因分析门·全面腐蚀控制2014(5):49-5图4N1接管法兰连接螺栓[6]冯秀,魏龙,金属垫片有效密封宽度有限元分析[流体机械,2008(9)Fig 4 The Nozzle Flange Bolt OfNI45474原因分析及建议(本文文献格式:赵福兴,钱英豪,周鹏飞,等.低温甲醇吸附器4.1原因分析爆燃泄漏原因分析[J].广东化工,2015,42(19):133-134)经过以上资料审查和现场分析,可以推测出事故发生的原因中国煤化工CNMHG