液氨球罐液氨压力管道泄漏事故案例分析(1)

3、对于公称压力为2.5Mpa，公称直径为80mm的球墨铸铁截止阀和铸钢截止阀， GB12233-89《通用阀门 铁制截止阀与升降式止回阀》规定阀体最小壁厚分别为10mm和9.9mm，而事故截止阀的阀体最小壁厚仅为8.8mm，明显偏薄。

4、该事故截止阀公称直径80mm，公称压力2.5Mpa。GB12233-89《通用阀门 铁制截止阀与升降式止回阀》对于阀体材料为灰铸铁的截止阀推荐最高压力等级为1.6Mpa等级。对于公称直径80mm，公称压力2.5Mpa的铁制截止阀GB12233-89规定阀体材料应选用比灰铸铁性能更好的球墨铸铁或铸钢。

5、化学成分分析：阀体材料碳含量为4.75%,超过GB9439中对灰铸铁碳含量≤3.8%的要求。

6、拉伸试验结果：阀体铸件抗拉强度仅为71Mpa，低于GB9439对灰铸铁中最低牌号HT100的标准抗拉强度不低于100Mpa的要求。

7、冲击试验结果：阀体铸件常温冲击功仅为2J左右，几乎没有韧性。 8、硬度试验时，试件一压就裂。

9、微观断口检查，目视检查发现的陈旧裂纹断口上具有陈旧性断口特征，该部位应为启裂处，断口上石墨断面占有很大比例。

阀体断口呈现三个部位：启裂区、扩展区和交汇区。启裂在陈旧裂纹部位，交汇在断口突出的台阶处。

启裂部位有致密的泥状腐蚀产物，其他部位为疏松的Fe2O3，为断口受污染后的新鲜腐蚀产物。

断口内大量片状石墨。石墨与钢相比，其机械性能低，因而可以将其视为无数个微裂纹，这些微裂纹将金属基体割裂，当受到外力时，在裂纹尖端引起应力集中，容易产生破裂。在灰铸铁中石墨越多，片状石墨越大，分布越不均匀，则强度和塑性就越低。 (二)液氨输送工艺分析

阜阳昊源化工集团公司的液氨输送工艺是：从冷交换器出口排除的液氨，通过气动薄膜调节阀调节，由将高压转换为中压后，液氨从放氨管线进入液氨球罐。

为了了解工艺情况，我们专去与昊源公司同生产工艺的安徽四方化工集团公司进行调研，与工艺、设备人员进行了座谈，并延液氨输送管线查看了液氨管线输送流程。 安徽四方集团的液氨输送工艺是：

1、氢氮气在合成塔(P设32Mpa)反应成为合成气(10-20%氨气，80-90%氢氮气)，合成气经过分离后，进入冷交换器(P设32Mpa，壳程与管程压差为2.0Mpa)，在冷交换器进一步冷却后，液氨从冷交换器低部流出。

2、高压减压阀进口连接冷交换器底部出口管，出口连接放氨总管(直径133mm)，经过高压减压阀减压，液氨压力由32Mpa减为2.2-2.6Mpa，减压后的液氨通过放氨总管，进入中继槽。生产过程中冷交换器出口阀门的开与关，采取GCS(中心仪表控制室)自动控制和操作人员手动控制(在仪表失灵时)。

3、中继槽为16米3的卧式储罐(P设2.55Mpa)，其起到缓冲、计量、保持液位，防止氢氮气窜入的作用。中继槽设安全阀、放空管、流量计、电磁气动阀、液位计，安全阀开启压力设定为2.75Mpa。

4、从中继槽出来的液氨，通过流量计，进入液氨管道输送至液氨球罐(P设2.45Mpa)。 由于少量合成尾气(氢、氮气)也随液氨进入氨储存系统，由此，放氨管线、中继槽和液氨球罐的系统压力不单纯是液氨的饱和蒸汽压。而是饱和蒸汽压加上尾气的压力。因此对这类液氨系统的设计、制造、安装、使用、检验等，应与氨制冷系统的压力容器、压力管道有所区别。

阜阳昊源化工集团公司的液氨输送管道中间没有设置缓冲装置。据了解，我省还有一些尿素生产企业使用此种工艺。此外昊源化工集团公司的安全阀设计配置不当。该管线介质为液氨，而安全阀选择为微启式安全阀，直接安装在管道上，一旦液氨介质超压，安全阀起跳，由于介质汽化吸热，容易造成安全阀冻结，失去安全泄放作用。

在合成氨生产实际中，每班要进行产量指标考核，因此需要对生产液氨进行计量。安徽四方公司由于配置了中继槽，具有计量功能。而阜阳昊源公司没有计量装备，采取各班生产的液氨分别输送到不同球罐的方法计量。这样就产生了在交接班时需要切换球罐的液氨进口阀门，企业称为倒罐作业。在倒罐作业中，若操作不当，极易造成液氨管线系统超压。 举一例说明：如甲班为小夜班，乙班为大夜班，甲班生产的液氨输送到1号球罐，乙班生产的液氨输送2号球罐，在甲班与乙班交接班倒罐作业时，正常操作是先打开2号球罐的进口阀，再关闭1号球罐的进口阀。如果操作程序颠倒，先关闭1号球罐的进口阀，再打开2号球罐的进口阀，则造成液氨管线急速超压(此时的超压是液态超压，由于液体的可压缩性小，会在较短的时间内液氨管道压力急剧升高，就像水压试验)。这种作业完全靠人工控制，在化肥企业，此类超压情况时有发生，通常的形态是安全阀起跳。

对阜阳昊源公司5.事故调查中，没有发现有超压情况的证据，按照以事实为依据，以法律为准绳的事故调查原则，和无证据不判定的准则，排除超压原因。

四、事故初步结论

综上分析，这是一起典型的是一起危险化学品泄漏事故和特种设备重大事故，也是一起危险化学品安全责任事故和特种设备安全责任事故。 (一)事故直接原因

截止阀存在原始缺陷，在应力作用下,加之材料没有韧性,裂纹扩展，在达到临界尺寸时，裂纹贯穿，液氨泄漏，由于液氨汽化吸收热量，造成截止阀温度降低，导致阀体在低温下发生低应力脆性断裂，液氨大量泄漏。 (二)事故主要原因

在制造、安装、使用等环节上的违章违规(略涉及安全生产三同时部分)。 1、管道元件设计选型错误，设计违标

(1)该管道系将合成系统液氨输送至液氨球罐的工艺管道，液氨球罐的设计压力为2.6Mpa，液氨管道的设计应当与球罐设计压力同等级或略高，而该管道截止阀的选型为Pg2.5，降低了一个压力等级。

(2)按照GB12233-1989《通用阀门铁制截止阀与升降式止回阀》规定，对阀体材料为灰铸铁的铁制截止阀的可用压力登记，标准推荐最高选用到1.6Mpa，而事故截止阀的公称压力却为2.5Mpa，公称通径为80mm。对于公称压力为2.5Mpa，公称通径为80mm的铁制截止阀，标准规定阀体材料应选用球墨铸铁或铸钢。 2、制造违标，产品质量低劣

(1)如1、(2)款所述，该截止阀制造单位违反标准，制造超过标准推荐范围之外的Pg25，Dg80的灰铸铁截止阀。

(2)按照灰铸铁最低牌号HT100的要求，事故截止阀存在碳含量超标、抗拉强度低于标准规定值、阀体实际最小壁厚小于标准规定最小壁厚、阀体壁厚不均匀等质量问题。 3、安装违规，压力管道安装未履行备案手续，安装未进行监督检验

国家质检总局《压力管道安装安全质量监督检验规则》(国质检锅[2002]83号)规定：新建、改建、扩建的压力管道(含附属设施及安全保护装置，下同)应进行安装安全质量监督检验;压力管道安装开工前，建设单位应填写《压力管道安装安全质量监督检验申报书》向地方安全监察机构办理备案手续。而该压力管道于2005年8月开始安装，工程建设单位一直没有履行安装监督检验申报备案手续，安装未经安全质量监督检验就投入运行。 4、违规使用

国家质检总局《压力管道使用登记管理规则(试行)》(国质检锅[2003]213号)规定，压力管道均应进行使用登记;新建、扩建、改建压力管道在投入使用前或者使用后30个工作日内，使用单位应当填写压力管道使用登记申请书和压力管道使用注册登记汇总表，向安全监察机构申请办理使用登记。该压力管道2006年8月投用至今，没有办理压力管道使用登记手续。