低温储罐失效研究及对策

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1、低温储罐失效研究及对策摘要：本文介绍了50m3低温液氧储罐泄漏事故的概况，对事故发生的原因进行了全面分析和论证，并从设计、制造、检验、使用及维护等方面提出了避免类似事故发生的预防措施。Abstract:Thispaperintroducestheleakageaccidentsituationofthecryogenicliquidoxygen50m3tank.Thereisacomprehensiveanalysisandargumenttothecauseoftheaccident,andputsforwardthepreventivemea

2、suresofsimilaraccidentsfromthedesign,manufacture,useandmaintenanceetc.关键词：低温液氧储罐；失效分析；预防措施Keywords：cryogenicliquidoxygentank；failureanalysis；preventivemeasures中图分类号:TK22文献标识码：A文章编号:1006-4311(2013)02-0286-021设备及事故概况1.1事故概况2010年2月25日，沈阳某气体公司一台50m3低温液氧储罐发生泄漏事故。事故发生时可观察到该罐周围围绕大量白

3、色雾气，罐内液氧完全泄漏，该储罐失效。经查看罐体和装卸记录，发现液氧储槽外壳下封头(靠近上方液体充装接管一侧）总面积约1/2部分发生脆性断裂并完全脱离外壳。事故发生前10分钟，该罐刚结束由罐车向罐内充装液氧作业，充装时间约为40分钟。事发当天为冰雪天气，致使该储罐外壳普遍覆盖约4〜6nini的冰层；外筒顶部设置的安全泄放装置没有起跳的迹象。1.2设备基本情况该容器原设计为III类低压容器,设计日期为2002年2月，制造日期为2003年9月，投用日期为2004年12月。产品主要技术参数如下：设计压力：内筒：0.824MPa外筒：-0.IMPa设计温

4、度：内筒：一196°C外筒：常温工作介质：内筒：Lar（LN2、L02）外筒：充填珠光砂该容器为立式双层圆筒形结构，高度13150mm内筒容积50m3；内筒材质为0Grl8Ni9,壁厚为10mm；外筒材质为Q235—A,壁厚为10mm；上部进液管口材质为0"18Ni9（无缝管），尺寸为O45X3.5mmo2事故原因分析2.1断口分析为了查找事故相关原因，相关部门将该储罐运送至某一压力容器制造厂进行解剖分析，将外筒上封头和最上部第一筒节取下后查看相应部位内筒情况及相连接管情况，发现上部液体充装接管发生断裂（断裂部位与下部外壳封头断裂处于同侧），形貌

5、特征见图1。从图1中可以看出：①对接接管上半部断口平齐，颜色灰暗，只有在内壁宽约lmm呈新鲜断痕。通过宏观检验，发现断口断面存在阶梯状纹理，从管的外壁向内壁扩展，应为往复弯曲疲劳形貌。②断口观察发现疲劳裂纹起始处附近存在较多平滑光洁区域，无断裂特征，应该是焊接时形成的自由表面。由于该断裂处正值焊缝的熔合线附近，所以初步判定为该焊缝存在未熔合类缺陷，且该处断口呈现出脆性断裂的形貌。③对接接管下半部断口断面呈新鲜的断口形貌并且沿厚度方向呈45。方向，呈现出韧性断裂断口，经分析，该处为外筒破裂时拉扯造成的断裂。2.2材质分析为了查实上部进液管发生的脆性

6、断裂是否由于材料原因导致，对所用材料进行了取样分析，结论为断管母材化学成分基本符合奥氏体不锈钢0Crl8Ni9的规定范围，但Si含量偏高。2.3载荷性质分析该低温储罐每次充装时，进液管处充满了液氧，并且温度较低，充装结束后进液管处温度又恢复常态，由于钢管热胀冷缩的原因形成了较大的温差应力，每一次充装都经历了一次温差应力的循环。该罐已投运6年,期间经过几百次充装，相当于经历了几百次应力循环，所以温差应力是形成疲劳载荷的主要原因。综上分析结果，可以得出以下结论：该液氧低温储罐发生的泄漏事故是由于上部进液管焊缝在制造中存在大量未熔合性质的缺陷形成疲劳断

7、裂源，在多次温差和其他应力循环作用下，导致上部进液管疲劳断裂，液氧泄漏外溢至夹套内，造成液氧沿着内胆外壁流向外筒下封头，从而使得下封头在液氧的作用下产生极低温度，该温度远远低于下封头材料（Q235—A）的无延性转变温度;此时，外筒安全泄放装置由于天气等原因而失效，无法正常泄放压力，夹套内压力急剧升高，最终导致该低温储罐发生脆性断裂。3预防事故的对策3.1设计文件的完善①低温液体储罐设计时，应对夹套内上液管、侧液管等工艺接管结构考虑温差应力的作用，并采取相应的补偿措施。②由于低温液体储罐全包夹套结构特点，使用中定期检验不能对真空夹层内的上液管、侧液

8、管等受压元件及其连接焊缝实施有效的定期检查，因此设计文件制造要求中应对此提出更高要求。③设计应为使用单位提供失效模式和风险评估报告。3.