高壓管道連接器爆裂事故分析

石婷婷

摘 要：本文對(duì)一起高壓管道連接器爆裂事故進(jìn)行分析，提出防范措施。

關(guān)鍵詞：高壓管道連接器；爆裂；原因分析；對(duì)策

前言

近幾年，管道連接器在稠油注汽生產(chǎn)過(guò)程中得到推廣應(yīng)用。連接器由直角彎頭、異徑管、卡箍頭和支架組成，其中直角彎頭和異徑管材料為16Mn，卡箍頭材料為15CrMo，連接器設(shè)計(jì)壓力為17.2MPa。使用時(shí)，通過(guò)U形連接管與不同方位的直角彎頭相連，將不同方向的兩條注汽管道連通起來(lái)，形成蒸汽輸送通道。連接器的使用，改變了以開關(guān)閥門來(lái)控制蒸汽走向的注汽流程切換方式，減少因更換閥門產(chǎn)生的高額費(fèi)用和施工占用的生產(chǎn)時(shí)間，取消了停產(chǎn)放空掃線的作業(yè)過(guò)程和端點(diǎn)放空，減少了非生產(chǎn)用蒸汽的浪費(fèi)，深受使用單位的歡迎。由于管理不足，連接器在使用過(guò)程中發(fā)生了爆裂事故，造成了經(jīng)濟(jì)損失，必須引起高度的重視。

一、事故概況

2015年5月7日0：30分左右，某注汽站員工張某聽到站外有一聲爆破的響聲，迅速跑出值班室進(jìn)行查看，發(fā)現(xiàn)位于改站西北方向200米遠(yuǎn)的固定管網(wǎng)處有大量蒸汽噴出，聲音震耳欲聾。張某判斷該管線屬于本站，在采取緊急停爐、泄壓措施后，向上級(jí)部門匯報(bào)了情況。調(diào)查人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，連接器的直角彎頭根部發(fā)生了爆裂，裂口位于蒸汽流出端的沖擊面上，長(zhǎng)度約11厘米，減薄的金屬管壁呈現(xiàn)外翻狀。受高壓蒸汽沖擊，距離破裂處2米遠(yuǎn)的操作臺(tái)護(hù)欄變形嚴(yán)重，部分支架斷裂。

事后，調(diào)查組對(duì)連接器本體進(jìn)行了打磨、超聲波測(cè)厚和拆解，發(fā)現(xiàn)連接器蒸汽出口方向的直角彎頭內(nèi)壁沖刷減薄嚴(yán)重，壁厚嚴(yán)重減薄，從爆破后的裂口附近測(cè)得最小剩余壁厚僅有2mm（原始設(shè)計(jì)壁厚為16mm），減薄的管壁不能承受管道內(nèi)部近12MPa的蒸汽壓力，發(fā)生了破裂。事故現(xiàn)場(chǎng)和連接器拆解情況見圖1～圖4。

圖1 直角彎頭根部破裂的連接器 圖2 直角彎頭根部的裂口

圖3 壁厚減薄的直角彎頭出口段 圖4變形和斷裂的護(hù)欄

二、原因分析

1.連接器直角彎頭內(nèi)部流道加工不合理

連接器直角彎頭的設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮了承壓能力、耐沖刷性能和腐蝕余量，沒有給出內(nèi)部流道的加工要求。施工單位自行采購(gòu)的直角彎頭，其內(nèi)部流道加工只采用了簡(jiǎn)單的機(jī)床鉆進(jìn)方式，鉆頭從彎頭的兩個(gè)相鄰垂直面分別鉆孔，在彎頭內(nèi)部連通形成直角形流道。高壓蒸汽流經(jīng)直角彎頭時(shí)，直角形的流道產(chǎn)生了巨大的流動(dòng)阻力，蒸汽流出時(shí)在流道外緣沖擊面上產(chǎn)生嚴(yán)重的非正常沖刷，加快了直角彎頭流出端管壁減薄速度。

2.壓力管道定期檢測(cè)中連接器漏檢

注汽管道按照級(jí)別劃分屬于GC1級(jí)工業(yè)管道，連接器屬于管件。2014年12月至2015年2月，按照《在用工業(yè)管道檢驗(yàn)規(guī)程》的要求，使用單位請(qǐng)專業(yè)的特種設(shè)備檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)注汽管道開展了定期檢驗(yàn)，對(duì)直管段和異徑管進(jìn)行了超聲波測(cè)厚。由于《在用工業(yè)管道檢驗(yàn)規(guī)程》對(duì)于管件的抽檢比例要求為≥50 %，并未要求≥100 %檢測(cè)，故本次發(fā)生事故的連接器在2014年12月的定期檢驗(yàn)中沒有被抽查檢測(cè)到，其管壁減薄的危險(xiǎn)情況沒有被發(fā)現(xiàn)。

3.檢測(cè)部位選擇未突出重點(diǎn)

此類連接器自投用以來(lái)未曾發(fā)生爆裂等事故，使用單位和檢測(cè)單位沒有管理和檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，檢驗(yàn)過(guò)程中只側(cè)重焊縫的射線檢測(cè)和焊縫后部易發(fā)生沖刷減薄的異徑管的超聲測(cè)厚，對(duì)于設(shè)計(jì)壁厚達(dá)16mm的直角彎頭的減薄情況沒有引起重視，沒有列入重點(diǎn)檢查檢測(cè)部位。

4.未實(shí)施與注汽量掛鉤的量化管理

使用單位未建立連接器的注汽量統(tǒng)計(jì)臺(tái)賬，連接器的使用沒有開展量化管理，檢驗(yàn)檢測(cè)工作無(wú)數(shù)據(jù)支持。事實(shí)上，連接器的疲勞、腐蝕和沖刷減薄程度，與注汽量直接相關(guān)。以往的定期檢驗(yàn)沒有考慮注汽量對(duì)連接器強(qiáng)度的影響，所有連接器的檢驗(yàn)都選擇3年檢測(cè)周期，注汽量大的連接器沒有加密和重點(diǎn)檢測(cè)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)壁厚減薄等隱患問(wèn)題。

三、結(jié)論與防范措施

1.重新設(shè)計(jì)連接器，采用弧形流道

新安裝的連接器，應(yīng)委托有資質(zhì)的單位重新設(shè)計(jì)。除要求使用耐高溫高壓、耐腐蝕和耐沖刷材質(zhì)的鍛件以外，設(shè)計(jì)文件中還應(yīng)明確直角彎頭內(nèi)部流道應(yīng)加工成圓弧面，減少非正常沖刷減薄。

2.實(shí)施與注汽量掛鉤的差別化管理

使用單位應(yīng)建立《連接器使用和注汽量統(tǒng)計(jì)臺(tái)賬》，對(duì)連接器的安裝、使用、注汽量、檢驗(yàn)檢測(cè)情況進(jìn)行登記，詳細(xì)記錄安裝時(shí)間和地點(diǎn)、累計(jì)注汽量、檢驗(yàn)檢測(cè)時(shí)間和結(jié)果。

3.精心組織檢驗(yàn)檢測(cè)

1）認(rèn)真開展檢驗(yàn)前準(zhǔn)備

使用單位在定期檢驗(yàn)配合和日常自檢自查過(guò)程中，應(yīng)做好充分的檢驗(yàn)前準(zhǔn)備。檢驗(yàn)前必須對(duì)腐蝕嚴(yán)重的直角彎頭外表面進(jìn)行徹底打磨，保證測(cè)厚儀與管件有效接觸，提高檢測(cè)準(zhǔn)確性。

2）加密檢測(cè)次數(shù)

目前在用的注汽管道安全狀況等級(jí)多數(shù)為三級(jí)，其檢驗(yàn)周期為3年。在開展連接器普查的基礎(chǔ)上，參考《連接器使用和注汽量統(tǒng)計(jì)臺(tái)賬》，對(duì)于注汽量超過(guò)10×102t/年的連接器，應(yīng)每年組織一次檢測(cè)，對(duì)于注汽量達(dá)到5～10×102t/年的連接器，應(yīng)每2年組織一次檢測(cè)，對(duì)于年注汽量不足5×102t/年的連接器，應(yīng)每3年組織一次檢測(cè)。

3）加密測(cè)厚點(diǎn)數(shù)

目前注汽管道和管件檢測(cè)的主要手段是超聲波測(cè)厚，《在用工業(yè)管道檢驗(yàn)規(guī)程》要求管件的測(cè)厚位置不少于3處，每處檢測(cè)4點(diǎn)。由于直角彎頭內(nèi)部沖刷減薄區(qū)域無(wú)規(guī)律，形狀不規(guī)則，只檢測(cè)3處會(huì)出現(xiàn)檢測(cè)面積不足的問(wèn)題，極易發(fā)生漏檢。所以，至少應(yīng)增加2倍以上的測(cè)點(diǎn)，降低漏檢的可能。

4）使用內(nèi)窺鏡輔助檢測(cè)

由于直角彎頭內(nèi)部腐蝕、沖刷減薄沒有規(guī)律，且內(nèi)腔狹窄縱深較大，目測(cè)看不清管內(nèi)腐蝕沖刷情況，加之彎頭表面積較大，在增加超聲波測(cè)點(diǎn)的情況下，也難免發(fā)生漏檢。建議使用工業(yè)電子內(nèi)窺鏡輔助檢測(cè)，幫助確認(rèn)直角彎頭內(nèi)部損壞情況。

4.嚴(yán)格產(chǎn)品質(zhì)量管理

1）嚴(yán)把材質(zhì)關(guān)

直角彎頭材質(zhì)對(duì)于保證連接器安全運(yùn)行及其重要。直角彎頭的鍛件應(yīng)按照NB/T 47008《承壓設(shè)備用碳素鋼和合金鋼鍛件》中Ⅲ級(jí)鍛件的規(guī)定進(jìn)行制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收，鍛件中脆性?shī)A雜物、塑性?shī)A雜物的評(píng)定方法執(zhí)行《鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定—標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖限位檢驗(yàn)法》。

2）做好施工驗(yàn)收

連接器的施工及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道》（GB/T 20801.1～6—2016）和《工業(yè)金屬管道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB20184—2011），焊縫的無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》。焊縫應(yīng)100%X射線檢測(cè)。