常壓低溫液氨儲罐修復

何文美

（玖源集團工程建設指揮部 四川廣安）

常壓低溫儲罐在國內上世紀70年代陸續引進，在1000 t/d Kellogg合成氨裝置上均有使用，這些大型常壓低溫儲罐運行至今從未發生本文所述的重大事故。本文所涉及的工廠在設備投用前由于培訓不到位等疏忽，造成在首次充氨中儲罐騰空、局部損壞。

一、低溫液氨儲罐與相關標準和規范

儲罐結構形式為橢圓頂，吊頂保冷式，設計壓力-0.5～7 kPa，直徑21.6 m，總容積7915 m3，有效容積7500 m3，凈重233.705 t，操作壓力5 kPa，試驗壓力8.7 kPa，設計溫度-35℃，主體材料16MnDR，操作溫度-33.3℃，儲藏介質液氨。

按SH 3046-1992《石油化工立式圓筒形鋼制焊接儲罐設計規范》與HJG 19-1989《鋼制低溫壓力容器技術規定》進行設計。按GBJ 128-1990《立式圓筒形鋼制焊接油罐施工及驗收規范》及HJG 210-1983《圓筒形鋼制焊接儲罐施工及驗收規范》進行制造、檢驗。

二、事故經過

氨罐在整體驗收合格后進入充氨準備和首次充氨工作。充氨72 min時，突然一聲異響，罐體有明顯晃動后又靜止，3 min后，罐體突然騰起約1 m高，然后移位0.5 m落下，罐體發生爆裂，底部壁板靠近地板角焊縫位置的母材，在幾乎180°的對稱方向撕裂，進氨管道與筒體連接處被拉斷，底部44跟錨栓全部斷裂。事故過程中未造成人員傷亡，未造成液氨爆炸。

三、事故原因排查與分析

從現場情況看，常壓低溫液氨儲罐出現事故主要存在兩方面原因，一是超壓；二是儲罐本身存在缺陷，使承壓能力降低。

1.檢查氨罐本體是否存在缺陷

事故發生后，鍋檢所、監理、業主和施工單位共同對氨罐施工與資料進行了全面檢查，原材料超聲波檢測、力學性能復驗合格，焊接工藝評定、焊接工藝卡、施焊人員持證情況、焊前培訓資料齊全；焊接完成后的對接焊縫進行了100%X射線探傷，所有角焊縫進行了表面探傷；儲罐制造完成后，底板進行了100%真空試驗，整個儲罐進行了嚴密性、強度、穩定性試驗，以上檢查均達到設計要求。因此罐體質量不存在任何問題。

2.檢查是否存在超壓問題

（1）儲罐冷罐時間不夠。操作人員直接按壓力氨儲罐充氨程序實施充氨工作，充氨的冷罐時間不足20 min。

（2）儲罐的安全閥（雙閥）各自的根部閥未按規定打開。液氨揮發出大量氣氨使儲罐超壓時不能保護設備。

（3）事故冰機未投入狀態。當氣氨壓力高過3.5 kPa時，事故冰機應聯鎖啟動，因聯鎖未投入，事故時聯鎖裝置未能發揮作用。

（4）充氨速度過快。1 h內充入7.5 t低溫液氨，充裝量已經超過帶壓儲罐的充氨速度。

圖1 底板壁板變形嚴重

3.事故原因分析

短時間內過多的低溫液氨進入常溫狀態的儲罐，由于溫差蒸發出大量氣氨，在罐體的呼吸閥，以及放空閥幾乎關閉的情況下，使罐體內壓逐步增高。在壓力上升的過程中，罐體最薄弱的底板產生變形，當儲罐內壓在頂部形成的作用力大于罐體重量、附件重量、附加力和底板變形力總和時，罐體力學平衡系統被打破，罐體產生騰空，底板向外產生凸起。由于設備在騰升過程中充氨進口管斷裂，以及罐體底板與筒體的角焊縫開裂，罐內的壓力瞬間下降，設備回座，巨大的沖擊使下部壁板發生嚴重變形。

該事故是典型的違規操作。有方案未嚴格執行，有培訓資料卻未先培訓，并在事故冰機、火炬系統、壓力溫度等聯鎖裝置未投用的情況下魯莽開車，由此造成重大事故。

四、氨罐修復方案

1.方案一

事故發生后，部分技術人員認為，設備騰空后移位回坐，對這種事故在國內乃至國際也沒有找到先例，恢復存在巨大風險，應該整體報廢，重新訂購材料，原址新建，這樣一勞永逸。持這種觀點的人主要是擔心那些在事故后沒有開裂的焊縫和板材的性能還能否滿足長期安全運行的要求，與其在以后的運行過程中日夜擔心儲罐時刻是否會再出問題，還不如新建為好，避免不必要的擔心。

2.方案二

一個設備能否滿足使用條件主要是基于該設備的材料性能、焊接規范、施工質量等條件。該儲罐是常壓低溫設備，如果儲罐各部分材料的力學性能特別是低溫沖擊韌性及焊縫的機械性能仍然符合低溫儲罐設計要求，且事故后設備基礎沉降在規定范圍內，則可進行修復使用。即拆除更換變形、開裂嚴重的底板和下部第一第二帶板，保留之上部分，這樣既節約成本，也節約建造時間。

本著科學的態度，從節約時間和成本出發，經過專題研究討論，最終決定實施第二方案。由設計院、業主負責審查方案，鍋檢所負責檢驗，施工單位負責修復施工，共同完成修復工作。

五、檢測、檢驗方案與修復結果

按照GB 150-1998，儲罐建造以及相關檢驗規范，地方鍋檢所執行事故罐體的檢驗方案。對罐體母材和縱、橫焊縫進行取樣，做機械性能和沖擊試驗檢測。對設備本體進行磁粉檢驗、超聲波檢驗，對原焊縫射線探傷為二級片的部位進行全部射線復核。經過專業檢測機構和地方鍋壓力容器監督檢驗所全面檢驗，未發現因事故產生不符合規范的缺陷。

依據檢測結果和既定的修復方案，原施工單位組織人員全力搶修，儲罐修復完成后，經鍋監所檢驗和設計院重新審查合格。在罐區整體驗收合格后交付生產使用，由于重新投用的前期準備工作到位，充氨過程嚴格按規程進行，實現修復投用一次成功。

根據原儲罐建設周期，如果重新建造，工期4個月，費用220萬元，經過修復費用審查，儲罐實際修復時間僅2個月，費用130萬元。

六、結論

針對本次事故，無論是設計院，鍋監所，業主等均本著科學分析問題的態度，從安全、可靠的角度出發，利用原設計和制造的依據提出的修復方案，并成功實施修復工作。修后的儲罐在投用3年多的時間里安全、連續運行，證明方案選擇正確、可靠。