氨合成塔２０鋼異徑管爆破原因的分析

1、引言

事故發(fā)生后調(diào)查、分析，必須弄清楚事故經(jīng)過(guò)的全過(guò)程，查找事故發(fā)生的原因，否則就無(wú)法分析事故為什么會(huì)發(fā)生，也就不可能用它來(lái)警醒世人，預(yù)防同類事故的發(fā)生。

2001年12月山東某化肥廠φ1m氨合成塔底部用于調(diào)整塔內(nèi)床層觸媒溫度的副線20鋼異徑管發(fā)生爆破，造成嚴(yán)重火災(zāi)和人員傷亡的重大事故。該副線的正常進(jìn)氣溫度在140-160℃，管內(nèi)壓力為32MPa，介質(zhì)為N₂、H₂和少量NH₃。與之相連的是合成塔內(nèi)底部廢熱鍋爐，溫度為350℃左右。由于觸媒老化，床層溫度不會(huì)偏高，副線長(zhǎng)時(shí)間停止進(jìn)行調(diào)溫，使得靠近合成塔底部的異徑管段存在死氣層，并因熱傳導(dǎo)可能將廢熱鍋爐處的熱量部分傳遞至這一管段，使20鋼異徑管處于200℃以上氫腐蝕敏感溫度。

2、爆破原因分析

20鋼屬于低碳鋼，而低碳鋼在高溫高壓的氫氣環(huán)境中使用時(shí)鋼中的碳或滲碳體Fe₃C能和H₂反應(yīng)生成甲烷CH₄，其反應(yīng)式為：2H₂+Fe₃C→3Fe+CH4及2H₂+C→CH₄，以上反應(yīng)生成的甲烷，在鋼中的擴(kuò)散能力很小，聚集在晶界原有的微觀孔隙內(nèi)，形成局部高壓，造成應(yīng)力集中，使這些微觀孔隙發(fā)展成為裂紋。同時(shí)，反應(yīng)面附近的鋼被脫碳，鋼中珠光體分解，由于碳的損失，形成了鋼中碳的濃度梯度，推動(dòng)了滲碳體Fe₃C分解并向反應(yīng)面擴(kuò)散。裂紋的擴(kuò)散又為氫和碳的擴(kuò)散提供了有利條件，這樣使反應(yīng)不斷地進(jìn)行下去，脫碳層與裂紋深度不斷增加，導(dǎo)致鋼的強(qiáng)度和塑性降低，材料產(chǎn)生脆化。盡管對(duì)于低碳鋼來(lái)說(shuō)，在100℃就會(huì)產(chǎn)生氫腐蝕，但當(dāng)溫度大于200℃時(shí)，氫腐蝕才顯得重要，使鋼的性能明顯下降。異徑管正常使用溫度為140—160℃，但由于氨合成塔內(nèi)床層觸媒老化，異徑管所在的副線長(zhǎng)時(shí)間停止進(jìn)行調(diào)溫，使異徑管溫度升高至200℃以上，導(dǎo)致氫腐蝕的發(fā)生，由于管道中除H₂和NH₃外，還有一定比例的N₂，而N₂的存在將加劇氫腐蝕的發(fā)展。

3、結(jié)論和建議

(1)由于20鋼長(zhǎng)期處于200℃溫度左右工作，極利于介質(zhì)中的游離氫向20鋼中擴(kuò)散，并在晶界處與碳結(jié)合形成甲烷等，導(dǎo)致晶界嚴(yán)重開(kāi)裂和脫碳，并最終引起材料的嚴(yán)重脆化和強(qiáng)度降低，這是導(dǎo)致20鋼異徑管爆破的根本原因。

(2)我國(guó)目前仍有大量中小化肥廠氨合成塔底部副線還是使用20鋼。該事故的發(fā)生說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)極為重視這一管線的氫脆化或氫腐蝕的安全隱患問(wèn)題，避免悲劇的重演。所以在工作時(shí)，必須嚴(yán)格控制異徑管的正常使用溫度140—160℃，注意氨合成塔內(nèi)床層觸媒老化問(wèn)題，調(diào)節(jié)異徑管所在副線的工作溫度，不能長(zhǎng)時(shí)間處于200℃以上工作，防止氫脆化或氫腐蝕的產(chǎn)生，避免氨合塔20鋼異徑管發(fā)生爆破。