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        一起壓力管道膨脹節(jié)爆炸事故的案例分析

        2018-02-28 05:27:12童耀庭李劍容
        中國特種設(shè)備安全 2018年1期
        關(guān)鍵詞:總包補償器特種設(shè)備

        陳 琛 童耀庭 邱 郡 李劍容

        (上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院 上海 200062)

        壓力管道通常由管道元件,例如管子、管件、閥門、法蘭、補償器、安全保護裝置等組成[1],因而壓力管道事故往往源于壓力管道元件的失效[1-4]。本文對一起壓力管道元件膨脹節(jié)爆炸的事故案例進行了介紹,通過現(xiàn)場勘查、調(diào)查和相關(guān)試驗,查明了事故的直接原因,進一步從壓力管道施工工程涉及的產(chǎn)品制造、采購、出入庫管理、施工組織和現(xiàn)場監(jiān)督等環(huán)節(jié)管理因素入手,分析了事故的間接原因;據(jù)此提出了預(yù)防和減少同類事故的對策和措施。

        1 事故簡介

        2014年12月某化工企業(yè)內(nèi)發(fā)生一起壓力管道元件爆炸事故。事發(fā)時,某施工單位5名工人按照該化工企業(yè)生產(chǎn)部的工作布置,配合其對氯氣壓縮單元廠房管道進行氣密性試驗。試驗過程中,冷卻器出口管線上的膨脹節(jié)突然發(fā)生爆炸,造成1人死亡、1人受傷。

        2 現(xiàn)場勘查、調(diào)查和試驗

        2.1 爆炸發(fā)生位置

        發(fā)生爆炸的管道位于該化工企業(yè)氯氣壓縮工段,為連接氯氣壓縮三級冷卻器的一根干氯氣管道(管道位號7CID50009-300),設(shè)計壓力1.0MPa、正常工作壓力0.37MPa、公稱直徑300mm,管道等級GC1,管道相關(guān)參數(shù)見表1。事發(fā)前該段管道基本完成安裝尚未進行耐壓試驗。事發(fā)時管道系統(tǒng)正在利用氣體廠管線氮氣(壓力為0.8MPa)進行氣密性試驗(包括檢漏及吹掃作業(yè))。爆炸的管道元件膨脹節(jié)位于氯氣壓縮三級冷卻器出口處,位置見圖1。

        表1 7CID50009管道相關(guān)參數(shù)

        圖1 發(fā)生爆炸的管道元件膨脹節(jié)位置

        2.2 爆炸后果

        膨脹節(jié)爆破成碎片四處飛散(見圖2),飛出機房最遠的一塊散片相距爆炸點大約30m。有散片將一名工人安全帽擊成兩半(見圖3),并致其死亡;另有一名工人因爆炸受傷。氣體沖出能量導(dǎo)致整根出口管道及上部的管道彎頭法蘭產(chǎn)生相對偏移(見圖1)。

        圖2 膨脹節(jié)爆破碎片四處飛散

        圖3 事故中被爆炸碎片擊成兩半的安全帽

        2.3 膨脹節(jié)爆炸殘留物勘查

        爆炸殘留物勘查顯示,膨脹節(jié)構(gòu)造為單層聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)材料(見圖4)。比對爆炸殘留物與制造單位提供的同型號(PTFEPN0.1型)膨脹節(jié)實物,查閱其制造資料(設(shè)計壓力0.1MPa),進一步表明發(fā)生爆炸的膨脹節(jié)構(gòu)造為無加強型波紋管[5],其U型波紋為單層PTFE材料制成,實物樣式及結(jié)構(gòu)示意如圖5所示。

        圖4 爆炸殘留物顯示膨脹節(jié)構(gòu)造為單層PTFE材料

        圖5 PTFE-PN0.1型膨脹節(jié)實物與無加強型波紋管結(jié)構(gòu)示意圖

        2.4 膨脹節(jié)初始設(shè)計要求

        查閱設(shè)計單位提供的設(shè)計圖樣及綜合材料表,表明該膨脹節(jié)初始設(shè)計要求為不銹鋼襯聚四氟乙烯構(gòu)造的PTFE-金屬復(fù)合波紋補償器[6],型號SS/PTFE-PN1.6,SS(Stainless Steel)表示不銹鋼,PTFE為聚四氟乙烯,公稱壓力1.6MPa,使用壓力0.25~2.5MPa,使用溫度-50~150℃,直徑300mm,有3個波節(jié);其中,不銹鋼金屬外套主要起承壓作用,PTFE內(nèi)襯主要起抗氯氣腐蝕作用,實物樣式及結(jié)構(gòu)示意如圖6所示。

        圖6 PTFE-金屬復(fù)合波紋補償器實物與結(jié)構(gòu)示意圖

        2.5 同型號膨脹節(jié)耐壓試驗

        現(xiàn)場所用單層PTFE材料膨脹節(jié)的設(shè)計壓力為0.1MPa,按照GB/T 15700—2008《聚四氟乙烯波紋補償器》規(guī)定,該型號膨脹節(jié)(FB型補償器)的爆破試驗壓力為4倍設(shè)計壓力,即0.4MPa;根據(jù)制造單位提供的試驗證明材料,顯示該型號膨脹節(jié)爆破壓力為0.5MPa。對制造單位同型號膨脹節(jié)抽樣進行耐壓試驗,結(jié)果表明其爆破臨界壓力為0.65MPa。

        2.6 事故直接原因

        現(xiàn)場勘查、調(diào)查和試驗結(jié)果表明,爆炸發(fā)生的直接原因為管道系統(tǒng)氣密性試驗所用管線氮氣壓力0.8MPa大于壓力管道元件膨脹節(jié)爆破臨界壓力0.65MPa,導(dǎo)致單層PTFE材料膨脹節(jié)不能承受系統(tǒng)氣密性試驗壓力而發(fā)生爆炸事故。

        3 管道施工工程各環(huán)節(jié)管理調(diào)查

        管理調(diào)查表明,壓力管道施工工程涉及業(yè)主公司(化工企業(yè))、工程總包單位、施工單位和膨脹節(jié)制造單位,發(fā)生爆炸的膨脹節(jié)歷經(jīng)制造、采購、出入庫管理、施工組織和現(xiàn)場監(jiān)督多個環(huán)節(jié),始終未能發(fā)現(xiàn)其與初始設(shè)計要求存在明顯不符并被阻止投入現(xiàn)場安裝測試。

        3.1 制造單位制造資質(zhì)

        膨脹節(jié)制造單位取得的《特種設(shè)備制造許可證》準(zhǔn)予其從事AX級:防腐蝕壓力管道元件(僅限氟塑料襯里管子、氟塑料襯里管件、塑料(PO、PE)襯里管子管件、氟塑料襯里閥門)和B2級:閥門(僅限蝶閥、球閥、截止閥、隔膜閥)的制造,該制造資質(zhì)許可范圍不包括壓力管道元件膨脹節(jié)。

        3.2 采購

        發(fā)生爆炸的膨脹節(jié)為工程總包單位向制造單位采購。工程開始前總包單位項目部負(fù)責(zé)人聯(lián)系制造單位,要求其派員到現(xiàn)場進行膨脹節(jié)制造技術(shù)問題交底,后向制造單位提供了采購要料單,并與之簽訂了膨脹節(jié)采購合同。按照總包單位采購程序規(guī)定“采購金額在20萬以下的,必須有兩家供應(yīng)商報價”,但總包單位違反公司采購控制程序要求,只選擇了一家制造單位。同時,工程總包單位違反《特種設(shè)備安全法》第三十二條“特種設(shè)備使用單位應(yīng)當(dāng)使用取得許可生產(chǎn)并經(jīng)檢驗合格的特種設(shè)備”規(guī)定,未對制造單位是否具有膨脹節(jié)制造資質(zhì)進行確認(rèn),采購了不具備制造資質(zhì)單位制造且不符合設(shè)計要求的膨脹節(jié)。

        3.3 制造

        根據(jù)《特種設(shè)備目錄》和TSG D0001—2009《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程—工業(yè)管道》,膨脹節(jié)屬于壓力管道元件。制造單位違反《特種設(shè)備安全法》第十八條“特種設(shè)備生產(chǎn)單位應(yīng)當(dāng)具備下列條件,并經(jīng)負(fù)責(zé)特種設(shè)備安全監(jiān)督管理的部門許可,方可從事生產(chǎn)活動”規(guī)定,未取得壓力管道元件膨脹節(jié)的制造資質(zhì)違法從事生產(chǎn)制造。同時,膨脹節(jié)的初始設(shè)計要求為SS/PTFE-PN1.6型PTFE-金屬復(fù)合波紋補償器,制造單位違反TSG D0001第十六條“管道元件制造,應(yīng)當(dāng)有設(shè)計(技術(shù))文件和制造工藝文件,并且符合有關(guān)安全技術(shù)規(guī)范及其相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求”規(guī)定,制造并提供了達不到工程總包單位采購要求的PTFEPN0.1型膨脹節(jié)。

        3.4 出入庫管理

        制造單位于事故發(fā)生前3個月將PTFE-PN0.1型膨脹節(jié)送貨到施工現(xiàn)場并提供送貨單,但違反《特種設(shè)備安全法》第二十一條“特種設(shè)備出廠時,應(yīng)當(dāng)隨附安全技術(shù)規(guī)范要求的設(shè)計文件、產(chǎn)品質(zhì)量合格證明、安裝及使用維護保養(yǎng)說明、監(jiān)督檢驗證明等相關(guān)技術(shù)資料和文件”,以及TSG D0001第十八條“管道元件制造單位應(yīng)當(dāng)按照管道元件的供貨批量,提供蓋有制造單位質(zhì)量檢驗章的產(chǎn)品質(zhì)量證明文件”規(guī)定,沒有隨貨同時提供產(chǎn)品質(zhì)量證明書。直至事發(fā)隔日才向工程總包單位補寄了該膨脹節(jié)的《產(chǎn)品質(zhì)量保證書》。工程總包單位的材料員在當(dāng)時沒有產(chǎn)品質(zhì)量證明書的情況下辦理了膨脹節(jié)入庫手續(xù),并由施工單位領(lǐng)取安裝。

        3.5 安裝

        施工單位項目經(jīng)理兼質(zhì)量員未遵守施工單位崗位職責(zé)“質(zhì)量員應(yīng)對進場材料、管道組成件、設(shè)備進行檢驗”要求,同時違反TSG D0001第七十四條“管道元件在安裝前應(yīng)當(dāng)按照設(shè)計文件和GB/T 20801的規(guī)定進行材質(zhì)復(fù)檢、閥門試驗、無損檢測或者其他的產(chǎn)品性能復(fù)查”規(guī)定,領(lǐng)料后未對管道元件進行檢驗,安裝前也未按照設(shè)計文件和國家標(biāo)準(zhǔn)的要求實施復(fù)檢復(fù)查即進行了安裝施工,致使不符合設(shè)計要求的膨脹節(jié)被安裝在管道上。

        3.6 試驗和爆炸

        業(yè)主違反TSG D0001第一百條“使用單位應(yīng)當(dāng)按照管道有關(guān)法規(guī)、安全技術(shù)規(guī)范及其相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn),建立管道安全管理制度并且有效實施。管道安全管理制度的內(nèi)容至少包括以下內(nèi)容:(一)管道安全管理機構(gòu)以及安全管理人員的管理;(二)管道元件訂購、進廠驗收和使用的管理;(三)管道安裝、試運行以及竣工驗收的管理”規(guī)定,公司生產(chǎn)部在未告知項目部、未制定完整的氣密性試驗保護措施的情況下,要求作業(yè)人員對該管段進行試驗。

        事發(fā)當(dāng)日施工單位違反項目管理“在施工現(xiàn)場作業(yè)時必須有甲方(業(yè)主公司)人員在現(xiàn)場監(jiān)護,且不得擅自動用業(yè)主公司生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備、閥門、管道和消防器材”規(guī)定,作業(yè)組長在業(yè)主公司監(jiān)護人缺位時擅自指揮開啟進氣閥門進行管道氣密性試驗,引起膨脹節(jié)爆炸。

        4 結(jié)論

        1)本起事故中,管道系統(tǒng)氣密性試驗所用管線氮氣壓力0.8MPa大于壓力管道元件膨脹節(jié)爆破臨界壓力0.65MPa,導(dǎo)致單層PTFE材料膨脹節(jié)不能承受試驗壓力而發(fā)生爆炸事故,是事故發(fā)生的直接原因。

        2)壓力管道施工工程涉及的業(yè)主公司、工程總包單位、施工單位和膨脹節(jié)制造單位,在產(chǎn)品制造、采購、出入庫管理、施工組織和現(xiàn)場監(jiān)督多個環(huán)節(jié)中存在多處違法違規(guī)行為和管理缺位,始終未能發(fā)現(xiàn)并阻止與初始設(shè)計要求存在明顯不符的膨脹節(jié)被投入現(xiàn)場安裝和測試,是事故發(fā)生的間接原因。

        3)責(zé)任單位和責(zé)任人員應(yīng)當(dāng)充分吸取事故教訓(xùn),深入學(xué)習(xí)并貫徹落實特種設(shè)備相關(guān)法律法規(guī)要求,提升從業(yè)人員安全生產(chǎn)意識和技能,加強特種設(shè)備施工質(zhì)量安全管理,提高安全生產(chǎn)水平,預(yù)防和減少同類事故的發(fā)生。

        [1] TSG D0001—2009 壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程—工業(yè)管道[S].

        [2] 李永生.從失效案例看當(dāng)前膨脹節(jié)行業(yè)中的若干問題[A].中國壓力容器學(xué)會膨脹節(jié)委員會、合肥通用機械研究院.第九屆全國膨脹節(jié)學(xué)術(shù)會議膨脹節(jié)實用技術(shù)精選集[C].安徽:中國壓力容器學(xué)會膨脹節(jié)委員會、合肥通用機械研究院,2006:120-124.

        [3] 尚爾峰,王志明,趙立文,等.波紋膨脹節(jié)開裂原因分析[C]. 2015年全國失效分析學(xué)術(shù)會議論文集.北京:《金屬熱處理》編輯部,2015:321-324.

        [4] 汪凌云.膨脹節(jié)波紋管失效分析[J].石油化工設(shè)備,2010(02):52-53.

        [5] GB/T 15700—2008 聚四氟乙烯波紋補償器[S].

        [6] GB/T 12777—2008金屬波紋管膨脹節(jié)通用技術(shù)條件[S].

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