一起弯头开裂事故原因分析

简添福

（福建省锅炉压力容器检验研究院漳州分院，福建 漳州 363000）

一起弯头开裂事故原因分析

简添福

（福建省锅炉压力容器检验研究院漳州分院，福建 漳州 363000）

文中通过对漳州市某公司“7.30”弯头开裂事故原因进行分析，并据此提出事故教训及防范措施，具有一定的实践指导意义。

弯头；开裂；原因分析

2013年7月30日，漳州市某公司（以下简称“该公司”）的一个化工生产装置（以下简称“该装置”）空冷入口一管线在调试过程中，发生弯头开裂导致氢气泄漏引发爆燃的生产安全事故，事故未造成人员伤亡和环境污染。

1 事故概况

该装置建于2010年，为年产80万吨对二甲苯的生产配套装置，管线设计压力15.37MPa，设计温度200℃，操作压力13.76 MPa，操作温度154℃，弯头规格：φ609.6×36mm，弯头产品标准：ASME B16.9，ASTM A815，弯头材质：ASTM A815 S32205，直管材质：ASTM A790 S31803。

2013年7月30日，该装置的空冷入口管线在充入氢气进行升压过程中发生弯头开裂事故，并引发爆炸着火。弯头开裂部位及开裂形貌见图1～图4，裂纹基本沿环向扩展，长度约1840mm，接近一周长，裂纹最大张口处位于弯头的外弧处，最大张口宽度约5mm，距较近一侧的环缝约490mm(见图3)，裂纹一端接近环焊缝(弯头与直管连接的焊缝)的熔合线，另一端距环缝约160mm(见图4)。

图1 弯头开裂部位图

图2 开裂弯头宏观形貌

图3 裂纹位于外弧处形貌

图4 裂纹位于内弧处形貌

2 事故弯头理化分析

受事故调查组委托，从现场提取开裂弯头和相连直管段（见图5）用于试验分析，试验（分析）结果如下。

图5 现场取样图

2.1 事故弯头整体检验

2.1.1 宏观检查

事故弯头未见整体或局部塑性变形迹象,弯头上的裂纹两尖端区域裂纹呈断续状，详见图6。

图6 裂纹尖端附近的宏观形貌

2.1.2 铁素体含量测定

对事故弯头的外壁进行铁素体含量测定，测点的分布见图7，测定结果见表1。测定结果显示，事故弯头的铁素体含量为46.9%～71.7%，弯头所连直管铁素体含量为44.6%～59.4%，相对直管段而言，事故弯头的铁素体含量不均匀，波动范围较大。

图 7测点部位

表1 铁素体含量测定结果（%）

2.1.3 硬度测定

用便携式硬度计分别对事故弯头和直管段的外壁进行硬度测定，测点的分布见图7，测定结果见表2。测定结果显示，事故弯头硬度范围为：232HB～303HB，弯头所连直管硬度范围为：216HB～243HB。相对直管而言，事故弯头母材硬度不均匀，且波动范围较大，大部分测点硬度明显高于直管。

表2 硬度测试结果（HB）

2.2 事故弯头解剖试验

2.2.1 拉伸试验

试验分析试样按图8中所标部位截取，试样状态为来样样品状态，试验结果(见表3)表明，事故弯头不同部位（外弧、侧弧及内弧）原状态的力学性能不均匀，其中外弧部位的断后延伸率指标不满足ASTM A815中对S32205 的管件要求。

图8 试样截取部位

表3 拉伸试验结果

2.2.2 金相分析

按图8沿纵向截取全厚度金相试样，金相观察面为纵截面，金相检验结果见图9。结果表明：

（1）事故弯头的金相组织均为铁素体+奥氏体；

（2）事故弯头金相组织异常粗大(晶粒尺寸达到2～6mm，见图9中b-2 和e-2)，晶粒度低于00级，奥氏体呈板条状魏氏组织形貌(见图9中a～d)，表现出典型的过热组织特征。

图9 事故弯头金相检验结果（a～d）

3 事故原因分析

根据相关调查取证及理化分析结果分析，笔者认为，导致这起事故发生的直接原因有两个方面：一是事故弯头违规制造；二是事故弯头制造质量不符合要求。具体分析如下：

3.1 事故弯头违规制造

调查发现：根据TSGD 7002－2006《压力管道元件型式试验规则》第七条和第八条的规定，压力管道元件产品制造必须经过型式试验（技术文件审查、样品检验测试和安全性能试验）来验证产品的安全性能是否满足安全技术要求。该公司弯头供应商提供的型式试验报告采用的是冷成形加工工艺，而事故弯头需采用的是热成形加工工艺。事故弯头未经过TSGD 7002－2006《压力管道元件型式试验规则》表B-2规定的型式试验来验证热加工成形的产品安全性能是否满足安全技术规范的要求［1］。

3.2 事故弯头制造质量不合格

事故弯头的理化分析结果表明，事故弯头制造质量不合格主要表现在以下四个方面：

（1）金相组织异常粗大。事故弯头原状态下组织异常粗大（晶粒尺寸达到2mm～6mm），晶粒度低于00级，严重超出“该公司对二甲苯工程及整体公用配套工程加氢裂化装置高压管件、法兰采购规格书”第5.3条中对晶粒度5～7级的要求(根据ASTME112-2004规定5～7级晶粒度尺寸为0.0635mm～0.0318mm)［2］。事故弯头原状态下的实际晶粒度尺寸最大超过规定值近94倍。

（2）铁素体含量超标。事故弯头原状态下铁素体含量不均匀且超标(46.9%～71.7%)。不满足“该公司对二甲苯工程及整体公用配套工程加氢裂化装置高压管件、法兰采购规格书”第5.10条中铁素体含量40%～60%的要求，也不符合ASTM E562标准和GB/T 21833-2008《奥氏体-铁素体型双相不锈钢无缝钢管》标准中关于双相不锈钢铁素体含量为40%～60%的要求［3］。

（3）硬度超标。事故弯头部分部位硬度超过HB300，不满足ASTM A815标准中对S32205钢的硬度不大于HB290的要求［4］，且大大超过制造厂弯头产品质量证明书中的硬度测定值。

（4）延伸率超标。事故弯头外弧部位的延伸率指标不满足ASTM A815标准中对S32205钢的延伸率应大于25%的要求［4］。

事故弯头金相检验表现出的过热组织特征，正是由于热加工工艺不合格引起弯头晶粒异常粗大、铁素体含量超标，导致硬度和延伸率超标，造成事故弯头质量不合格。

由于晶粒异常粗大超标、铁素体含量超标，导致弯头力学性能的硬度上升超标、塑性降低超标，在氢气和压力作用下易发生脆性断裂。虽然事故弯头经过耐压试验符合标准要求，由于事故弯头存在以上四个方面的严重质量缺陷，以致在试车操作过程中，事故弯头在外弧面拉伸较大位置开裂并引起大量高压氢气泄漏燃爆。

因此事故弯头采用未经型式试验验证合格的加工工艺违规制造，导致制造质量不合格是本起事故的直接原因。

4 事故教训及防范措施

（1）强化企业安全生产主体责任的落实。一要严格按照国家有关的法律法规和标准规范的规定采购合格的管件产品，加强源头管控，把好采购质量关。二要加强对施工单位的管理，严格施工过程质量监督，确保工程质量合格。

（2）强化政府及有关部门的安全监管职责。按照“管行业必须管安全、管业务必须管安全、管生产建设经营必须管安全”的要求和 “一岗双责”的原则，切实落实各级部门的安全监管责任，推动安全生产责任的层层落实。

（3）深刻吸取事故教训，切实加强安全生产工作。牢固树立安全第一、生命至上的理念，始终坚持科学发展、安全发展，正确处理安全与发展、安全与生产、安全与效益的关系，全面加强安全生产工作。

[1]戚月娣,等.TSGD7002－2006《压力管道元件型式试验规则》[S].北京:新华出版社：2006.

[2]美国材料与试验学会标准.ASTME112-2004金属平均粒度[S].2004.

[3]俞信霞,等.GB/T21833-2008奥氏体-铁素体型双相不锈钢无缝钢管[S].北京:中国标准出版社：2008.

[4]美国材料与试验学会标准.ASTM A815-2001可锻铁素体、铁素体/奥氏体和马氏体不锈钢管道管配件[S].2001.

Cause Analysis of an Elbow Cracking Accident

JIAN Tian-Fu
(Fujian Boiler and pressure vessel Inspection and Research Institute Zhangzhou SUB-Institute, Zhangzhou 363000, Fujian, China)

Based on the analysis of the causes of 7.30 elbow cracking in a company in Zhangzhou, this paper puts forward the accident lessons and preventive measures, which has certain practical signi fi cance.

Elbow; Cracking; Analysis

2017-07-26

简添福，男，福建省锅炉压力容器检验研究院漳州分院副院长，教授级高级工程师