摘 要：本文對一般壓力容器出現的因設計有誤、強度不足、焊縫質量低劣、運行管理不規范等發生的事故及原因進行了綜合分析。目的在于為從事壓力容器設計、制造和操作管理者提供一些經驗和教訓，并盡可能的防止和杜絕該類事故的發生與重演。

　　關鍵詞：壓力容器；強度不足；事故原因

　　一般壓力容器出現事故的主要原因是由以下情況造成的：容器結構不合理、設計計算有誤、粗制濫造、錯用材料、強度不足等，尤其是焊縫質量低劣，沒有執行嚴格的質量管理制度，安裝不符合技術要求安裝附件規格不對、質量不好，以及在運行中超壓、超負荷、超溫，沒有執行定期檢驗制度等，使壓力容器發生失效導致事故發生。

　　1 國內外壓力容器典型事故舉例

　　例1 1974年4月15日，羅馬尼亞波特什蒂年產20萬噸乙烯裝置，因乙烯球罐材質不合格引起破裂，三臺乙烯球罐相繼炸裂，釀成死亡一人，受傷四五十人，損失達一千萬美元。

　　例2 美國東部俄亥俄州克里夫蘭市一個液化天然氣貯罐基地，在1944年10月20日發生重大事故。事故從一臺ф21.3×12.8的圓桶形貯罐開始，先在其1/3~1/2高度處泄漏噴出氣體和液體，接著聽到雷鳴般響聲，形成二次空間爆炸，變成火焰，然后貯罐爆炸，釀成大火，20min后，進一步引起鄰近的ф17.4球罐的倒坍爆炸，造成128人死亡，400余人受傷，直接損失達680萬美元。大火燒毀面積11.7m2，受害范圍65萬2。

　　例3 國內某廠浴室用的一臺換熱器發生爆炸，強大氣浪將浴室后墻沖垮，房屋倒坍134m2，房頂板全部倒坍，所有洗澡人員全部壓在里面。該換熱器系自行制造，工藝質量特別是焊縫質量低劣，1978年10月發現焊縫大量漏水，敷焊了事，導致災難性事故的發生。

　　例4 國內某廠ф1000mm加壓變換冷卻塔，8mm厚16Mn鋼板卷焊，操作壓力為0.8MPa。1970年投產時原高8m，1973年為提高冷卻能力，增高3m，在現場焊接施工，當時為搶時間，在提高的3m內壁處未經噴鋁防腐，因受H2S腐蝕而壁厚逐漸減薄，在使用、維修中也有所覺察(補焊過三次)，終于在1976年12月爆成二段而倒坍，爆炸口位于接高段筒體器材上，壁厚已不到1mm，最厚的不到3mm。

　　2 對一般常見事故技術分析

　　壓力容器事故的原因，一般來說往往是多方面的，對事故的技術分析，要找出主要原因和直接原因。首先進入事故現場，進行認真的檢查與調查，必要時進行技術檢驗和鑒定，作出綜合分析并確定事故原因。

　　2.1 檢查事故現場

　　在事故發生后，應迅速進入現場，進行周密的檢查、觀察和必要的技術測量，搜集容器爆炸碎片，拍攝現場照片等，盡力搜集較完整的第一手資料，其檢查的主要內容有：

　　(1)容器本體破裂情況檢查

　　檢查容器本體的破裂情況是事故現場檢查的最主要內容。

　　首先對容器破斷面進行初步觀察，對斷口的形狀、顏色、晶粒和斷口纖維等特征進行認真觀察和記錄。若破斷口在容器焊縫部位，則應認真檢查焊縫破斷口有無裂紋、未焊透、夾渣、未融合等缺陷以及有無腐蝕物痕跡。對破斷面的初步觀察，大體上可以確定容器的破裂型式。其次是對容器破裂形狀的檢查和尺寸測量。當容器破裂后無碎塊、碎片時，應測量開裂位置、方向、裂口的寬度、長度及其壁厚，并與原有周長和壁厚進行比較，計算破裂后的伸長率及壁厚減薄率；對碎裂后幾大塊的容器，可按原來的部位組裝進行測量計算，并計算其破裂時的容積變形及碎塊或碎片飛出距離，飛出破片的重量。

　　最后檢查容器內外表面金屬光澤、顏色、光潔程度。有無嚴重腐蝕，有無燃燒過的痕跡等。

　　(2)檢查安全裝置是否完好

　　當容器發生爆炸事故后，在初步檢查安全閥，壓力表、溫度測量儀表后，再拆卸下來進行詳細檢查，以確定是否超溫運行。

　　對壓力表主要檢查進氣口是否被堵塞以及爆炸前壓力表是否已失靈。

　　對安全閥主要檢查進氣口是否被堵塞，閥瓣與閥座是否被粘住，彈簧銹蝕，卡住或過分擰緊，重錘被移動等失靈現象，以及安全閥有否開啟過的跡象。必要時應放到安全閥試驗臺上檢查開啟壓力的試驗。對溫度測量儀表主要是檢查溫度計或溫度測量儀表是否失靈。若容器上有減壓閥者，應檢查有否失靈現象。

　　裝有爆破片的容器，可檢查是否已爆破。若未爆破，如有必要應作爆破壓力試驗，測定其爆破壓力。

　　(3)事故現場破壞及人員傷亡情況

　　壓力容器爆炸后，周圍建筑物的破壞情況，即地坪損壞情況、室頂、墻壁厚度及其破壞狀況，與爆炸中心的距離以及門窗破壞情況與離爆炸中心的距離等。這對于估算容器爆炸量的計算有反證作用。人員傷亡，包括受傷部位及其程度，以便確定重傷或輕傷。

　　另外，對現場及其周圍有否易燃物燃燒痕跡等也應作檢查分析。

　　2.2 事故過程調查

　　容器在發生事故前的運行情況，即物料數量、壓力、溫度等運行參數是否正常；容器是否滲漏、變形以及異常響聲等。容器開始出現異常現象的時間，采取的應急措施以及安全泄壓裝置的動作情況；操作人員所在位置，爆炸過程及現象，如有無閃光、著火、一次或兩次響聲等。操作人員的操作技術水平，有無經過安全培訓考試合格等情況，以利于判斷有無誤操作現象。

　　2.3 壓力容器設計、制造情況的調查

　　查閱壓力容器技術資料，檢查設計結構是否合理，強度是否足夠；檢查壓力容器選材是否滿足工藝要求，制造質量尤其是焊接質量是否合格；容器使用年限、投產使用年份以及檢驗情況等，以便判斷是否因設計、制造不良引起的事故。

　　2.4 技術檢驗和鑒定工作

　　當壓力容器的操作條件比較復雜，在通過上述事故分析后仍未能確定事故原因時，需要進一步進行技術檢驗、計算和鑒定工作，才能確切地查明事故原因。

　　2.4.1 材質分析

　　通過分析容器的材質成分、性能、核對制造壓力容器的材料，或檢查容器使用過程中所發生的變化。

　　(1)化學成分檢查

　　當壓力容器發生事故后，應復驗材質的化學成分，或著重檢驗對容器性能有影響的元素成分。對可能發生脫碳現象的壓力容器，還要化驗表面層含碳量，和內層鋼材的含碳量進行對比，以便查明是否由于介質對鋼材的影響，所以復驗化學成分可鑒別容器是否用錯鋼種或運行中的影響。

　　(2)機械性能測定

　　壓力容器的破裂與金屬材料的機械性能直接有關。一般是檢查材料強度、塑性，以判斷是否用錯材料；對于低溫下工作的容器，通過金屬材料韌性指標(沖擊值)的測定，即可鑒別容器是否因脆性斷裂破壞的。做機械性能測定的試件，可從斷口部位截取，并與其它部位的試件作對比。

　　(3)金相檢查

　　金相檢查觀察斷口及其它部位金屬相的組成，判斷是否有/脫碳0及裂紋性質，對于鑒別事故性質作用甚大。例如可以觀察到是穿晶裂紋還是晶間裂紋，觀察裂紋尖端是圓純的還是尖銳的。

　　(4)工藝性能試驗

　　工藝性能試驗主要是鋼材的焊接性能試驗、耐腐蝕性能試驗等。試驗時應取與破裂容器相同的材料、焊條和焊接工藝，以觀察試樣與破裂容器類同的缺陷的可能性。工藝性能試驗往往是事故檢查的一種輔助手段，起驗證作用。

　　2.4.2 壓力容器斷口分析

　　斷口分析是研究分析破壞現象微觀機理的一種重要手段。斷口分析可分為宏觀分析和微觀分析兩種。

　　(1)斷口的搜集及其保護、保存在壓力容器發生事故的現場，應盡可能地搜集破斷口或碎片截取制成斷口試樣。對于破斷口，防止沾污表面，并用水玻璃涂其表面防止腐蝕。被沾污了的斷面應加以清洗。清洗后的斷口用酒精漂凈，并用熱風吹干，保存在干燥器中備用、備查。

　　(2)斷口宏觀分析

　　斷口宏觀分析是用肉眼或借助于放大鏡對斷口進行觀察，這是斷口分析的主要手段。

　　金屬的拉伸斷口，一般由三個區域組成，即纖維區、放射區和剪切唇。根據這三個區域在整個斷口所占有的斷面積，大體上可確定其斷裂類型。凡脆性斷裂的斷口，纖維區和剪切唇很小，大部分是放射區，就是說金屬在斷裂前沒有較大塑性變形，斷裂主要是在高速擴展下進行的。脆裂斷口還可根據放射線(常稱人字形)的指向確定裂源的起始點，并可由此查清裂紋的擴展情況。需要指出，破裂斷口的裂紋起始點可能不(3)斷口微觀分析

　　斷口微觀分析是利用光學顯微鏡、電子顯微鏡對斷口的微觀形態進行觀察，結合宏觀分析確定斷裂性質。

　　目前廣泛使用的是電子顯微鏡，它的放大倍數可達20000倍。通常使用的是透視式電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡。前者是對用斷口表面復制的薄膜進行觀察，后者則可直接觀察實物斷口。有的電子顯微鏡配有電子計算機，不僅可作斷口定性分析，還可對斷口的成分作定量分析。

　　2.4.3 壓力容器事故分析中的計算

　　在壓力容器事故分析中，往往要進行計算和液化氣體過量充裝可能性的計算等工作。

　　對壓力容器進行強度計算，主要是為了判斷是設計強度不足還是運行后因腐蝕減薄導致強度不足的破裂。在強度計算中測量的壁厚，應注意是破裂前的厚度，而不是破裂變形后的壁厚。對于在焊縫處破裂的容器，若有未焊透缺陷時，還要考慮未焊透處的應力集中或對疲勞強度的削弱。液化氣體容器的事故分析中，還應作過量充裝可能量的計算，即液化氣體滿液充裝和過量充裝時，在環境溫度升高幾度時，容器將發生破裂。

　　3 壓力容器事故綜合分析

　　壓力容器破裂爆炸事故的調查分析工作，在經過事故現場的觀察檢查和測量，對事故發生過程和容器設計、制造、投產后運行情況的調查了解，以及必要的技術檢驗、鑒定和計算之后，則應對事故原因進行綜合分析確定其直接原因和主要原因。由于壓力容器類型繁多，每一次事故均應按具體情況作具體分析。

　　3.1 爆炸事故性質及過程的判斷

　　壓力容器的破裂，有的是在工作壓力下發生的，有的是在超壓的情況下發生的。其中有的屬于物理性爆炸，有的屬于化學性爆炸，所以要具體分析事故原因，首先要正確判斷爆炸的性質或過程以及容器破裂壓力等。一般容器破裂及其由此引起的氣體爆炸，可有以下幾種情況：

　　(1)工作壓力破裂的容器

　　當安全泄壓裝置正確、可靠，容器在破裂前沒有開啟泄放，壓力表也無異常，事故后檢查尚無失效、失靈，操作和工藝條件也屬正常等，無超壓跡象。則可判斷為在工作壓力下的破裂。

　　工作壓力下破裂的容器，一般是發生在容器粗制濫造，即壁厚不夠、焊縫有嚴重缺陷、以及容器長期不作技術檢驗、年久失修和器壁嚴重腐蝕而普遍減薄的容器。工作壓力下器壁上的應力超過材料屈服極限的則少見。

　　(2)超工作壓力下破裂的容器

　　當容器內壓力較多的超過工作壓力而發生爆炸，象這類事故一般是操作人員違章作業，超過工作壓力，而容器本身的安全泄壓裝置不全或失靈、失效，器壁上的應力超過材料的強度極限而發生破裂，這種破裂一般都有一段增壓過程，故破裂一般都屬于韌性破裂。

　　(3)化學反應而爆炸的容器

　　容器內化學反應爆炸是指發生不正常的化學反應，使氣體體積增加或溫度劇烈增高致使壓力急劇升高導致的容器破裂。

　　發生化學反應爆炸的容器，其安全閥可能有排放過的跡象，但一般卻來不及全量排放。爆炸后檢查壓力表可發現指針撞彎、不能返回零位等異常現象，以及器內可能有燃燒的痕跡或殘留物等。

　　(4)容器破裂后的二次空間爆炸

　　一般盛裝易燃介質的容器，在其破裂后，器內逸出的易燃介質與空氣混合后，在爆炸極限范圍又發生的第二次爆炸，這種爆炸一般形成火災，往往導致災害性事故。容器破裂后的二次空間爆炸，其特征是可以看到閃光和兩次響聲以及常有燃燒痕跡或殘留物等。

　　3.2 容器破裂型式鑒別

　　3.2.1 韌性破裂

　　韌性破裂的容器一般都有明顯的塑性變形，破裂后其最大圓周伸長率常達10%以上，容器增大率在10%~20%。其破斷口呈暗灰色纖維狀，沒有閃爍的金屬光澤，斷口不齊平。由于材料有較好的塑性和韌性，所以容器破裂后，一般不是形成碎片，而是裂開一個口子。

　　3.2.2 脆性破裂

　　脆性破裂的容器，在破裂形狀、斷口形貌等方面具有一些與韌性破裂相反的特征。即沒有明顯的伸長變形，容器的壁厚一般也無減薄。裂口齊平，斷口呈閃爍金屬光澤的結晶狀，厚壁容器的斷口上，還常可找到人字形紋路(幅射狀)。由于脆性破裂往往在一瞬間發生，器內壓力無法通過一個裂口釋放，因此脆性破裂的容器常裂成碎塊飛出。金屬的脆性斷裂是由于裂紋引起的，所以破裂時實際應力較低。在運行中因溫度突變而發生脆斷的也多見。

　　3.2.3 疲勞破裂

　　疲勞破裂是在反復的交變載荷作用下出現的金屬疲勞破壞。一般的疲勞破壞有如下特征：

　　(1)由裂紋的產生和擴展所造成的，它與脆性破裂一樣，一般無明顯的塑性變形。

　　(2)破裂斷口存在兩個區域，一個是疲勞裂紋產生及擴展區，另一個是最后斷裂區。兩個區域的顏色有明顯的不同。

　　(3)疲勞與脆性破裂的另一個不同點是只開裂一個破口泄漏，而常不產生碎片。容器在反復交變載荷作用下，由裂紋的產生發展到斷裂泄漏，比脆性斷裂要慢的多。

　　3.2.4 腐蝕破裂

　　常見的壓力容器腐蝕破裂形式有均勻腐蝕、點腐蝕、應力腐蝕和疲勞腐蝕等，其中最危險的是應力腐蝕破裂，常見的應力腐蝕型式及其特征如下：

　　(1)鋼制容器的氫脆。在容器發生氫脆后，斷口微觀分析，常可看到鋼的脫碳鐵素體組織及脫碳層的深度。破壞的形式是沿晶界擴展的腐蝕裂紋。

　　(2)鋼制容器的堿脆。堿脆是鋼在熱堿溶液和拉伸應力的共同作用下產生應力腐蝕的一種破壞形式。斷裂常發生在應力集中的地方，斷口微觀分析常可發現有沿著晶界分枝型裂紋，斷口上還粘附有磁性氧化鐵。

　　(3)氯離子引起的奧氏體不銹鋼制容器的應力腐蝕斷裂。腐蝕裂紋的特征是穿晶型，且多數是分枝型裂紋，且多數發生在有殘余應力的焊縫及其熱影響區。

　　(4)疲勞腐蝕。或稱腐蝕疲勞，是金屬材料在腐蝕和應力的共同作用下引起的一種破壞形式。具有與疲勞破壞相同的斷口，即斷口常有兩個明顯不同的區域，一是腐蝕疲勞裂紋產生的擴展區，另一個是最后斷裂區。疲勞腐蝕裂紋多為穿晶分布的。

　　4 結束語

　　一般壓力容器的破壞事故，是一個涉及設計、制造、檢查和使用等各個環節的復雜問題。設計制造部門必須合理設計、正確選材、精心制造、嚴格檢驗，使其達到規范標準的要求。但在長期使用中，即使合乎制造質量標準的設備，由于壓力、溫度、腐蝕介質量及各種復雜因素的聯合作用，實際上缺陷還在形成、擴展。因此，在使用中加強壓力容器的維護保養，建立健全規章制度，對于防止事故的發生是非常重要的。