一起化工溶剂油储罐变形原因分析及预防

摘  要：对一起化工溶剂油储罐突然变形的各种因素进行了全面详细的分析，  并确定了导致变形的唯一因素——环境温度急剧下降，储罐形成负压失稳。针对这起容器变形事故，提出了加强危险化学品容器、  包装物管理的对策；
关键词：轻质油；储罐；  变形；原因分析

    随着我国国民经济的持续发展，各种有毒、有害、易燃易爆危险化学品的应用日益广泛，与此同时，各种危险化学品的事故也日渐增多。《危险化学品安全管理条例》第二十一条规定：危险化学品的包装物、容器必须由省、自治区、直辖市人民政府经济贸易部门审查合格的专业生产企业定点生产，并经国务院质检部门认可的专业检测、检验机构检测、检验合格，方可使用。质检部门应当对危险化学品的包装物，容器的产品质量进行定期的或不定期的检查。由此可见，对危险化学品包装物、容器的管理要求是很严格的，而且事实证明，如果管理不严，就很容易发生意想不到的事故。本文从一起化工溶剂油储罐发生异常变形来探讨对这类危险化学品容器的检验与检测。
    1  事故经过
    2004年4月某天，安徽省某单位的l台3000m3溶剂油储罐突然发生异常变形凹陷。事发当天，当地中午最高气温为28℃，创历年同期最高记录，但16℃时许，天气突变，伴随雷雨大风，气温骤降至8。雷雨过后不久，现场安全巡视员听到罐区发出异常声响，经检查发现该储罐罐体发生异常变形，见图1阴影区，中间导管为消防管，阴影左边缘距消防管1．5m，阴影右边缘距消防管2．5m。

    2  事故储罐相关资料
    该台3000m3溶剂油储罐为立式圆筒结构，由东华工程公司(原化三院)设计，中安五公司按GBJl28—90《立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范》现场组焊，于1998年12月竣工，并投入使用。受建设单位委托，当地锅炉压力容器检验所对其产品组装质量进行了监督检验，原始资料基本齐全。该储罐一直安全使用，质量可靠。
    该罐主要技术参数：
    设计压力：常压；工作压力：常压
    设计温度：常温；工作温度：常温
    容积：3000m3；工作介质：溶剂油
    主体材质：Q235—A；规格：18700mm x 14435mm，x 6mm，简体环缝为搭结结构。
    3  原因分析
    事发后，受用户委托，笔者参与对以上变形部位及其邻近部位进行了全面的检验、检测，检验结果如下：
    3．1  宏观检查
    对凹陷部位及其邻近部位进行宏观检查，发现变形区域呈锅底状凹陷，最大凹陷深度280mm，但凹陷部位的母材及焊缝均呈原始状态，未见明显开裂、渗漏迹象。
    3．2  壁厚测定
    对凹陷部位及其邻近部位的每块钢板进行密集测厚本符合名义厚度，未见明显减薄。
    3．3  无损探伤
    3．3．1  磁粉探伤：对凹陷部位及其邻近部位内外表面的所有焊缝进行磁粉探伤，未见缺陷磁痕显示。
    3．3．2  超声波及射线探伤：对凹陷部位及其邻近部位内外表面的所有焊缝进行超声波及射线探伤，符合原设计规定。
    3．4  硬度测定
    对凹陷部位钢板及焊缝进行硬度测定规定，钢板未发生塑性变形。
    3．5  安全附件检查硬度值符合材质
    罐体顶部根据设计要求装设了1只呼吸阀，公称直径150mm，型号不明，原设计动作压力为—2kPa～8kPa。经拆除校验，无法动作。
    3．6  运行记录检查
    经查对当天运行记录，当日上午10时许，储罐尚存溶剂油约500t，并从10时许开始向火车槽车供油，至事发时停止供油，罐内仅存油约100t，供油期间，罐体一切正常。
    综合以上各项检验结果，该储罐尽管发生了严重的变形，但变形部位的母材及焊缝质量未见明显缺陷，各项理化指标均正常，由此可以排除罐体因自身质量原因发生变形。那么，引起罐体发生变形的原因只有一种可能，那就是外界因素造成的。
    分析事发当日的运行记录并考虑当天特殊的气候因素供油前罐内尚存油约500t(罐内空间约2500m3)，环境温度最高28℃；事发时(供油结束)罐内存油约100t(罐内空间约2900m3)，环境温度骤然降至8℃。根据理想气体状态方程式：PV=nRT，可以把罐内介质的整个变化过程简化为两个过程：
    (1)当温度从28℃降至8℃时，假设容积为2500m3不变，这一过程称为等容变化过程，经过计算，该过程压力下降6．7kPa。
    (2)当容积从2500m3增加到2900m3时，假设温度保持不变(实际是变化的)，这一过程称为等温变化过程，经过计算，该过程压力下降14kPa。那么，罐体整个变化过程的总力降约为21kPa，远大于罐体呼吸阀的设计动作压力—2—8kPa。由此可见，该储罐发生异常变形是由于罐体在使用过程中环境温度的急剧变化，再加上呼吸阀的动作失灵，以致罐内形成负压造成局部失稳。
    通过GBl50外压圆筒计算验算如下：
    P=2AE／3(Do／εe)
    式中：A——系数，查GBl50图表可得；
    E——材料弹性模数，MPa；
    D。——圆筒外径，mm；
    εe，——圆筒有效厚度，mm；
    P——圆筒所能承受的外压力，MPa。
    查GBl50图6—2、6—4得，A=2．5 X 10-5，E=2.0 x105MPa，D0／εe=1558。经计算P=2．14kPa远小于21kPa。
    4  思考与建议
    4．1  各类危险化学品容器在社会各行业分布广泛，而且产品质量参差不齐，使用环境条件恶劣，今年以来全国就发生了多起重大事故．给人民群众的生命财产造成重大损失。因此，对这类危险化学品容器开展检验已势在必行。作为承担此类检验的技术机构，应该未雨绸缪，尽早着手，根据这类容器的特点，总结经验，制定检验方案。
    4．2  溶剂类储罐由于其设计、制造的特殊性，在充装、运行过程中更要密切关注环境温度的变化，加强现场安全巡检。
    4．3  溶剂类储罐正常情况下是常压使用，所以其安全附件历来不被重视，许多安全附件长期不校验，锈迹斑斑，形同虚设。所以，对此类储罐的安全附件应提升到压力容器的地位予以重视，定期校验，以保证此类危险化学品容器的安全运行。