移動式壓力容器安全附件的失效分析與預(yù)防

河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院王甲昌李玉軍

移動式壓力容器安全附件的失效分析與預(yù)防

河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院王甲昌李玉軍

隨著石油化學(xué)工業(yè)和低溫、超低溫技術(shù)的迅速發(fā)展，液化氣體及低溫液體在各個領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，移動式壓力容器是運(yùn)輸這些介質(zhì)的主要設(shè)備，為保證其運(yùn)行安全，設(shè)有相應(yīng)的安全附件，包括緊急切斷裝置、安全閥、液面計、壓力表、溫度計、消除靜電裝置等，安全閥和緊急切斷裝置是常用且關(guān)鍵的兩種。根據(jù)我院近些年來移動式壓力容器的檢驗(yàn)情況統(tǒng)計，檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)罐體出現(xiàn)的質(zhì)量問題呈下降趨勢，而安全附件方面的問題則相對較多，因此，我們認(rèn)為移動式壓力容器應(yīng)當(dāng)定期檢驗(yàn)，安全附件的檢驗(yàn)更應(yīng)該引起足夠的重視。本文中，筆者通過對發(fā)生在我省的較為典型的兩起常溫液化氣體汽車罐車事故案例進(jìn)行分析，來說明安全閥和緊急切斷裝置在移動式壓力容器定期檢驗(yàn)和運(yùn)行過程中的重要性，同時提出相應(yīng)的預(yù)防及控制措施。

一、事故案例

1.案例一。2005年8月，豫東一液化氣站內(nèi)一臺外地液化石油氣汽車罐車（滿載）卸車過程中因裝卸軟管破裂發(fā)生泄漏，遇明火燃燒，站內(nèi)整體過火并導(dǎo)致液化石油氣汽車罐車爆炸，事故造成2人死亡，經(jīng)濟(jì)損失數(shù)百萬元。

查看事故現(xiàn)場，可見原卸車位置僅剩下液化石油氣汽車罐車底盤和罐體后封頭及筒體小部分，前封頭及筒體大部分飛至300米外的一處農(nóng)舍旁，農(nóng)舍一角被砸塌；罐車安全閥及緊急切斷閥均未與罐體分離，但發(fā)現(xiàn)液相緊急切斷閥傳動凸輪與油缸頂桿之間加有一條螺栓（圖1）；安全閥周圍區(qū)域有過火痕跡，未發(fā)現(xiàn)開啟跡象（圖2）。

2.案例二。與案例一類似，2008年3月，豫北一化工廠內(nèi)一臺外地丙烯汽車罐車（滿載）往物料罐內(nèi)卸車過程中因裝卸軟管破裂發(fā)生泄漏，遇廠區(qū)鍋爐房明火后燃燒，廠區(qū)內(nèi)整體過火并導(dǎo)致丙烯汽車罐車爆炸，事故造成2人中度燒傷，無人員死亡，工廠全面停產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)損失上千萬元。

查看事故現(xiàn)場，依然是原卸車位置僅剩下汽車罐車底盤，罐體被炸為兩段，現(xiàn)場僅剩其中1/3，為罐體尾部；另一段飛離現(xiàn)場，當(dāng)時未發(fā)現(xiàn)具體所在；現(xiàn)場罐體剩余部分安全閥凸緣處全部固定螺栓呈剪切狀斷裂，已與罐體分離（圖3）。

二、失效原因分析與預(yù)防

1.失效原因分析。上述兩起事故案例，有著許多相似之處。先看案例一，事故誘因是裝卸軟管破裂，但是可以看出，罐車自身的安全附件在發(fā)生意外情況時均未起到應(yīng)有的保護(hù)作用。本起事故中，當(dāng)裝卸軟管破裂時，罐體內(nèi)部介質(zhì)大量外泄，此時，罐車押運(yùn)人員如果在罐車操作箱位置及時關(guān)閉緊急切斷閥，可防止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，但由于緊急切斷閥（結(jié)構(gòu)示意見圖4）的關(guān)鍵部分即傳動凸輪與油缸頂桿之間被人為改動，加了一條螺栓（見圖1），導(dǎo)致緊急切斷閥無法正常關(guān)閉，介質(zhì)繼續(xù)大量外泄；當(dāng)押運(yùn)人員無法靠近操作箱時，也可通過罐體尾部的遠(yuǎn)控系統(tǒng)（油路泄壓閥門）關(guān)閉緊急切斷閥，同樣，由于外加螺栓的剛性支撐，導(dǎo)致緊急切斷閥無法關(guān)閉；介質(zhì)繼續(xù)大量外泄，當(dāng)人員無法靠近罐車時，由于緊急切斷閥自身具有過流保護(hù)功能，即在高速液流作用下，緊急切斷閥會自動關(guān)閉，同樣，由于外加螺栓的剛性支撐，導(dǎo)致緊急切斷閥無法關(guān)閉；隨著外泄液化石油氣的進(jìn)一步擴(kuò)散，至門衛(wèi)處遇室內(nèi)明火（生活用煤爐）后燃燒，從而引燃罐車；火災(zāi)發(fā)生初始，由于緊急切斷閥設(shè)有易熔塞，環(huán)境溫度達(dá)到70± 5℃時，熔斷關(guān)閉裝置中的易熔合金會因火焰烘烤而熔化，自動關(guān)閉緊急切斷閥而制止泄漏，同樣，由于外加螺栓的剛性支撐，導(dǎo)致緊急切斷閥仍然無法關(guān)閉。

按照“液化氣體汽車罐車安全監(jiān)察規(guī)程”要求，罐車應(yīng)設(shè)有彈簧全啟式安全閥，其作用就是當(dāng)罐內(nèi)壓力超過一定限度時，自動開啟，將罐內(nèi)壓力迅速降下來，防止罐體超壓爆炸。本起案例中，當(dāng)緊急切斷裝置失效后，在火災(zāi)初期，隨著罐體外部溫度的升高，罐內(nèi)壓力亦隨之升高，達(dá)到安全閥的開啟壓力時，安全閥應(yīng)自動開啟，將罐內(nèi)壓力降低，但從事故現(xiàn)場來看，安全閥未見開啟跡象，將安全閥從罐體拆卸后進(jìn)行檢查及校驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)安全閥鉛封缺失，達(dá)到規(guī)定開啟壓力范圍時不能正常開啟，表明安全閥也未起到應(yīng)有的保護(hù)作用。

再看案例二，雖然現(xiàn)場未見到安全閥及緊急切斷閥，但通過事故現(xiàn)場殘留部分可以判定，當(dāng)裝卸軟管破裂發(fā)生泄漏時，安全閥（圖3）及緊急切斷閥均未起到應(yīng)有的保護(hù)作用，從而導(dǎo)致事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，最終導(dǎo)致罐體爆炸。如果緊急切斷裝置的四項保護(hù)作用有一項發(fā)揮作用，完全可以避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大，而安全閥如果正常開啟，可能不會導(dǎo)致罐體的最終爆炸。

2.預(yù)防措施。要避免此類安全附件的失效，應(yīng)從定期檢驗(yàn)和使用管理方面同時著手，尤其對一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)加以嚴(yán)格控制。按照“壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則”及其附件一“移動式壓力容器定期檢驗(yàn)附加要求”對移動式壓力容器進(jìn)行定期檢驗(yàn)。檢驗(yàn)過程中對涉及上述安全附件的檢驗(yàn)環(huán)節(jié)嚴(yán)格控制。

安全閥、緊急切斷閥必須帶有產(chǎn)品質(zhì)量證明書和合格證且制造單位必須取得制造許可證，否則不得繼續(xù)使用；此外，還應(yīng)認(rèn)真查看安全閥質(zhì)量證明文件，如果制造單位要求的彈簧更換期限（目前通常為1年或2年）已到，應(yīng)及時更換，更換的新彈簧應(yīng)有質(zhì)量證明文件，且彈簧本身應(yīng)有識別標(biāo)識，與質(zhì)量證明文件一致。

安全閥的檢驗(yàn)包括外觀、解體檢查和性能校驗(yàn)。外觀檢查時發(fā)現(xiàn)安全閥無產(chǎn)品銘牌、閥體嚴(yán)重銹蝕及裂紋，則該安全閥不得繼續(xù)使用；解體檢查時發(fā)現(xiàn)閥芯與閥座粘死，也不得繼續(xù)使用；檢查時用小錘輕敲彈簧，對發(fā)音低沉、沙啞的彈簧應(yīng)仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)表面損傷、銹蝕、彈力下降的彈簧應(yīng)立即更換，對有懷疑的彈簧可做無損探傷檢查；校驗(yàn)安全閥的開啟壓力、回座壓力和密封試驗(yàn)壓力，每項校驗(yàn)不得少于3次，并且每次均要達(dá)到合格指標(biāo)方能認(rèn)為合格；校驗(yàn)完成后進(jìn)行鉛封和加鎖，防止安全閥被擅自擰動。

緊急切斷裝置的檢驗(yàn)包括外觀、解體檢查、性能校驗(yàn)和遠(yuǎn)控系統(tǒng)試驗(yàn)。外觀檢查時發(fā)現(xiàn)緊急切斷閥無產(chǎn)品銘牌、閥體嚴(yán)重銹蝕及裂紋，則該閥門不得繼續(xù)使用；解體檢查時發(fā)現(xiàn)先導(dǎo)桿、彈簧、密封面、凸輪等組成件有損傷變形、腐蝕生銹、裂紋等缺陷應(yīng)及時更換；同時，對過流保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)仔細(xì)檢查，是否存在用戶自行改動現(xiàn)象，如有改動應(yīng)進(jìn)行恢復(fù)處理；此外，易熔塞檢查是一個容易疏漏的環(huán)節(jié)，解體檢查過程中一旦發(fā)現(xiàn)缺損，應(yīng)及時更換；

性能校驗(yàn)方面，應(yīng)重點(diǎn)檢查緊急切斷閥自始閉起，是否在5s內(nèi)閉止；閥門校驗(yàn)合格后，將其裝配到罐體上時同時檢查緊急切斷裝置控制系統(tǒng)的手搖油泵、油管或鋼索控制系統(tǒng)是否靈敏可靠、到位；

氣密試驗(yàn)檢查過程中，應(yīng)對緊急切斷閥的過流保護(hù)功能進(jìn)行試驗(yàn)，檢查超過額定流量時是否自動閉止；氣密試驗(yàn)合格后，對緊急切斷裝置遠(yuǎn)控系統(tǒng)進(jìn)行檢查，檢查其動作是否靈敏可靠，閉止時間應(yīng)在5s內(nèi)，上述試驗(yàn)至少應(yīng)進(jìn)行3次以上，連續(xù)3次試驗(yàn)合格，方能認(rèn)為合格。