（新泰市锅炉压力容器检验所 山东 271200） 程和新 田洪根
2001 年 6 月，新泰市某化工厂连续两台化工用、同规格有机热载体夹套式搪玻璃反应罐在首次投用 16h 后，发现其内筒发生鼓包变形，搪玻璃衬里大片脱落。这一严重损坏事故造成两台搪玻璃反应罐报废，直接经济损失达 10多万元。
1、设备概况
两台夹套式搪玻璃反应罐由山东某化工设备厂于 2001 年 6 月出厂并安装首次使用。出厂技术资料齐全。基本参数为：设计压力：罐内 P= 0.6MPa，夹套P= 0.6 MPa；设计温度：罐内 200oC，夹套 200oC；介质：罐内为非极度或高度危害非易燃易爆介质，夹套内介质为水蒸汽。罐体内径1750mm，壁厚16mm，夹套内径1900mm，壁厚10mm；罐体容积5.22m 。材质为 Q235B。反应罐内装有锚式搅拌器。
设备使用情况：使用单位基于罐内物料反应所需温度为200--230oC的工艺要求，考虑到夹套若用饱和蒸汽加热，则需较高工作压力等级(200 --230oC对应蒸汽饱和压力为1.3--2.8MPa)，决定对原设计工艺进行改造，用有机热载体取代蒸汽，以降低运行压力。改造后的工艺如图 1所示。基本工艺过程为：有机热载体炉向反应罐夹套供热油(实际运行参数为 0.15MPa，230oC)，加热16h后，关闭阀门 1、2，开启阀门3、4，启动注油泵，将贮油槽冷却油注入夹套(夹套冷却油进口压力实际为 0.4MPa，冷却油与夹套加热用导热油为同型号有机热载体)，冷却物料。
2、设备破坏程度
经现场检查，两台反应罐鼓包变形程度相当，均位于罐体中下部。I 罐鼓包变形量为：罐高方向长 1460mm，罐周向长 1020mm，鼓包高度 70 mm，包顶实测最小壁厚 16.0mm，包顶周围为 15.8--16.3mm；Ⅱ罐鼓包变形量为：罐高方向长1060mm，罐周向长1030mm，鼓包高度75mm，包顶实测最小壁厚15.8mm，包顶周围 15.9--16.0mm。鼓包表面均已产生明显屈服拉伸迹象，并伴有裂纹，呈辐射状。
3、失效原因分析
两台反应罐内筒严重内凹变形，属内简在外压作用下的刚性失稳。失稳原因考虑因素有以下几点：①内筒材质及壁厚条件②夹套运行压力及温度条件③有机热载体。
(1)对内筒材质进行了化学成分分析，材质属 Q235B，金相检查无过烧，材质因素不是事故的直接原因。
(2)内筒许用外压力校核计算 ：据实测 ：内筒内径Di = 1752 mm，有效壁厚Se = 15.8mm，外径 Do= 1752 + 15.8 * 2 = 1783.6mm ( 取实测最小值)，计算长度L=1933mm， 内筒无因次几何参数为：Do／Se=112.88，L / Do= 1.08，按实际操作温度 230oC ，查得系数 A为 A=0.00102，查材料温度曲线得系数 B= 98则内筒实际许用外压力[P]为[p]= B*Se/Do= 0.868，失稳临界外压力Pcr为Pcr=3[p]=2.6MPa，夹套运行中，有机热载体加热时的压力为 0.15MPa，冷却时，夹套压力为 0.4 MPa，均小于[ P ]值，且远小于 Pcr值，虽温度 230oC 已超过设计温度 200oC，但也不足以使内筒失稳。可见，夹套正常压力和温度及反应罐壁厚因素不是失稳的直接原因。
(3)有机热载体因素
反应罐夹套有机热载体为道生油，据出厂资料介绍，最高工作温度为320oC ，由于有机热载体具有较高的沸程，可以在很低的压力下被加热到很高工作温度，且热稳定性较好，已被广泛用于传递热量的中间媒介。然而水分是有机热载体中的有害成分。如油中含有水分，当温度 100oC以上时，水分即汽化，产生高压，引起设备超压、损坏，甚至爆炸。因此，使用前对有机热载体必须进行严格的脱水处理。据事故调查了解到，反应罐加热系统( 有机热载体炉、夹套及连接管网组成的密闭系统 )内有机热载体油在反应罐投料前，随着有机热载体的缓慢升温，已进行了4 天的脱水处理，因此，物料投人并反应加热期间，反应罐运转正常。据操作人员反应，冷油贮槽内的有机热载体未进行任何脱水处理，当反应罐物料反应完毕，切断阀门1、2，接通阀门3、4，开启注油泵向罐内夹套注人冷油进行冷却时，操作人员听到夹套内传来沉闷的“落锤”声。显然，未经脱水的有机热载体进人夹套内时，夹套内温度高达 230oC，导热油中的水分受热剧烈汽化，体积迅急膨胀，压力急剧升高产生了水击。从饱和水蒸汽物理性质表不难查到，230oC 对应的饱和蒸汽压力为 2．8MPa，已超过内筒外压临界失稳压力 Per =2．6MPa。因此，冷却用有机热载体未经脱水处理，产生水击，压力急剧升高，是反应罐内筒失稳事故的直接原因。在管理方面，使用单位不熟悉有机热载体油的特性，无严格的规章制度和相应操作规程，也是事故发生的重要原因。
4、防范措施
通过对以上分析可知，为避免类似事故的再次发生，应注意以下几点：
(1)改变固定式压力容器的使用条件(介质、温度、压力、用途等)时，使用单位应征求原设计单位和当地安全监察机构的意见，不得盲目改变。
(2)使用单位必须充分掌握压力容器运行特点和工作介质的特性，建立、健全压力容器安全管理规章制度，明确安全操作程序、注意事项和工艺控制指标，强化岗位责任落实。
(3)强化压力容器操作人员专业知识和安全操作技能培训，坚持持证上岗制度，同时加强责任心，严防违章操作。
转载于《中华搪玻璃网》
