Аварии сосудов из-за дефектов, допускаемых при
изготовлении, монтаже и ремонте
1. В апреле 1972 г. на одном из спиртовых заводов произошла авария
разварника вместимостью 5,3 м3, работающего под давлением
6 кгс/см2, предназначенного для обработки паром сырья (картофеля,
зерна). Разварник изготовлен в 1970 г. и введен в эксплуатацию в 1971 г.
При монтаже в разварнике был вырезан штуцер отвода, так как по условиям
технологического процесса надобности в этом штуцере не было. Взамен
штуцера была вварена заплата диаметром 240 мм. Подготовка отверстия под
заплату производилась газовым резаком без зачистки кромок образивным
инструментом. Заплата вставлена в отверстие со смещением стыкуемых
кромок до 5,5 мм при исходной толщине стенки корпуса разварника 8 мм. В
довершение всего в корне сварного шва был допущен непровар по всему
периметру заплаты, превышающий 15% толщины листа. Качество сварки не
проверили. Вопреки требованиям Правил котлонадзора по сосудам разварник
не был предъявлен после ремонта инспектору котлонадзора для технического
освидетельствования.
За два часа до аварии разварник, заполненный разваренной массой, был
отключен от паропровода. Из-за неплотностей в запорной арматуре в нем
образовалось давление, вызвавшее резрушение сварного шва заплаты и
выброс массы, при этом под действием реактивной силой разварник пробил
бетонное основание и углубился в грунт на 2,2 м. В результате аварии
частично разрушено здание варочного отделения, повреждено
технологическое оборудование.
2. В 1974 г. на гидролизном заводе произошла авария гидролизного
аппарата. Аппарат был разорван на три части. Разрушение произошло как по
основному металлу, так и по сварным соединениям. Разрыв носил хрупкий
характер без видимой пластической деформации.
Гидролизный аппарат представляет собой сварной вертикальный
цилиндрический сосуд с двумя коническими днищами вместимостью 37 м3,
диаметром 2750 мм, высотой 11 000 мм, с толщиной стенки 22 мм. Параметры
рабочей среды — =12,5 кгс/см2, Т=183°С. Аппарат изготовлен из
малоуглеродистой стали марки Ст.Зсп в 1943 г. на Челябинском заводе
металлоконструкций и предназначен для варки древесного сырья. С
внутренней стороны аппарат имеет футеровку, состоящую из бетона и
кислотостойкого кирпича, для защиты металла от коррозионного воздействия
рабочей среды (серная кислота, органические кислоты, фурфурол и другие
продукты гидролиза древесины). Пар поступал в гидролизные аппараты цеха
из отбора турбин заводской ТЭЦ, а при увеличении потребности в
паре—непосредственно из котлоагрегатов через РОУ-40/17.
На внутренней поверхности средней части корпуса
обнаружены многочисленные мелкие трещины, видимые невооруженным глазом.
Более крупные трещины, в том числе сквозные, расположены в сварных швах
и околошовной зоне. В двух местах выявлены коррозионные разъедания
основного металла глубиной до 15 мм. Это свидетельствует о том, что
рабочая среда проникала через поврежденные участки футеровки к стенкам
аппарата.
Аналогичные повреждения обнаружены у находившегося рядом гидролизного
аппарата, который был демонтирован и освобожден от внутренней футеровки.
В аппарате обнаружена трещина в сварном шве длиной более одного метра.
На основании изучения условий эксплуатации гидролизного аппарата и
исследований металла, проведенных специализированной организацией,
комиссия по расследованию аварии пришла к заключению, что разрушение
аппарата явилось следствием длительной его эксплуатации при циклически
изменяющихся нагрузках и резко переменных параметрах, а также
коррозионного воздействия на металл рабочей среды, проникавшей через
поврежденные участки футеровки. Установлено также, что требуемая
Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под
давлением, проверка металла аппаратов с применением ультразвукового
метода дефектоскопии проводившаяся на предприятии в 1969 г., выполнена
неудовлетворительно. При этой проверке вместо призматических головок
применяли нормальные (прямые) искательные, в связи с чем возможные
дефекты в металле сварных соединений аппарата своевременно не были
выявлены.
Для предупреждения подобных аварий руководителям предприятий, на которых
эксплуатируются гидролизные аппараты и аналогичные им по конструкции и
технологическому процессу сульфитно-варочные котлы (гидролизные заводы и
целлюлозно-бумажные предприятия), предложено:
— строго соблюдать установленный температурный режим работы гидролизных
аппаратов и сульфитно-варочных котлов, при этом особое внимание должно
быть обращено на соблюдение режима охлаждения и разогрева при остановках
и пусках;
— не реже одного раза в 45 дней проводить осмотр футеровки п внешний
осмотр сосудов, результаты осмотра записывать в журнал ремонта;
— не допускать переполнения сосудов жидкой средой, повышения давления и
температуры выше допустимых;
— обеспечить качественное проведение предусмотренных Правилами
освидетельствования сосудов, выполняемых неразрушающими методами
дефектоскопии.
3. В ноябре 1975 г. на сахарном заводе произошла авария четырехкорпусной
выпарной установки из-за дефектов в сварном соединении. В установке
сгущают очищенный сок для повышения содержания в нем сухих веществ.
Установка работала несколько месяцев в 1975 г. в период
производственного сезона.
Выпарные аппараты установки состоят из двух камер — паровой и соковой.
При выпаривании из сока воды на поверхности нагрева образуются
отложения, состоящие в основном из углекислого кальция. Поэтому в период
работы установки периодически (один раз в 40—50 дней) производится
химическая очистка аппарата, сначала содовым раствором в течение 10-12
ч, а затем раствором соляной кислоты в течение 2,5—3 ч при температуре
выше 100° С. Во время
проведения кислотной промывки в выпарном аппарате
первогЗ корпуса оторвалось нижнее днище по сварному соединению.
Основной причиной аварии явились дефекты в сварном соединении днища с
корпусом аппарата, допущенные при его изготовлении (непровар, трещины,
подрезы). В процессе эксплуатации аппарата постепенно развивались
дефекты сварного соединения, в результате чего прочность его резко
снизилась. Это обстоятельство, а также превышение давления в аппарате,
допущенное эксплуатационным персоналом при его промывке, вызывали
частичное разрушение сварного соединения. В следующие секунды сечение
разрыва увеличилось, давление снизилось и произошло мгновенное
парообразование за счет высвобождения значительного количества тепла,
содержащегося в перегретой воде, сопровождавшееся выбросом мощной струи
пароводяной смеси.
Расследованием установлено, что руководство сахарного завода не
обеспечило должного технического надзора за содержанием и эксплуатацией
выпарной установки. Предусмотренные ст. 6-3-12 Правил котлонадзора по
сосудам периодические технические освидетельствования производились
работниками завода без зачистки и тщательного осмотра сварных
соединений. За несколько месяцев до аварии была проведена ультразвуковая
дефектоскопия сварных соединений аппарата, однако эта проверка была
выполнена небрежно с нарушением действующей инструкции, вследствие чего
имеющиеся дефекты не были обнаружены и устранены.
4. В цехе древесноволокнистых плит деревообрабатывающего комбината
произошел взрыв пароводяного аккумулятора вместимостью 50 м3,
работавшего при давлении 20 кгс/см2 и температуре подогрева воды до 210°
С. Оборудование цеха, включая пароводяной аккумулятор, было закуплено в
1958 г. в Швеции и введено в эксплуатацию в 1960 г. Аккумулятор
представлял собой вертикальный цилиндрический сварной сосуд из
низколегированной стали высотой 10,7 м, диаметром 2,5 м с толщиной
стенки цилиндрической части 25 мм и днища 21 мм. После изготовления
сосуда сварные швы проверяли просвечиванием по пятибалльной системе,
принятой в Швеции, и были оценены на «4» и «5».
В 1960 г. после установки аккумулятор был подвергнут гидравлическому
испытанию. Последнее очередное освидетельствование (внутренний осмотр и
гидравлическое испытание) провел инспектор котлонадзора в 1966 г. В
рабочем состоянии котел осматривали в 1969 г.
Аккумулятор служил для подогрева воды, поступающей в пресс и камеру
термической обработки древесноволокнистых плит. Вода с температурой 210°
С отбиралась в верхней части водяного объема аккумулятора и с помощью
центробежных насосов подавалась в пресс и камеру термической обработки.
В нижнюю часть аккумулятора вода возвращалась с температурой 195° С.
Можно было также забирать воду насосами из нижней части по обводной
линии.
Для подогрева воды в верхнюю часть поступал насыщенный пар давлением 21
кгс/см2 из котлов ДКВР, установленных в котельной комбината. Вода
контактировала с паром на тарельчатом устройстве в паровом пространстве
аккумулятора, куда она подавалась циркуляционными насосами из нижней
части сосуда.
Кроме пружинного предохранительного клапана, манометра и
водоуказателького стекла, аккумулятор был оснащен автоматическими
регуляторами уровня воды, давления и температуры и
контрольно-измерительньши приборами для определения среднего значения
температуры воды в аккумуляторе и в различных по высоте точках.
Предусматривалось также измерение температуры воды, которая подается на
пресс и камеры и возвращается в аккумулятор. В нижней части корпуса
имелась линия для заполнения и опорожнения аккумулятора, в верхней части
— воздушник для удаления неконденсирующихся паров.
Согласно проекту аккумулятор должен заполняться конденсатом с
температурой 70° С, который поступает из сушильных камер в два
конденсационных бака вместимостью 42 м3 каждый. В инструкции
завода-изготовителя указывалось, что величина pH в вод$ должна быть
9-г-10. Для этого насосом-дозатором можно было вводить в аккумулятор
раствор едкого натра или тринатрийфосфата.
В результате расследования было установлено, что непосредственной
причиной аварии явилось образование глубоких продольных и поперечных
трещин в нижнем кольцевом сварном шве, соединяющем днище с
цилиндрической частью аккумулятора.
Трещины настолько распространили по всей длине шва, что оказалось
невозможным вырезать образцы для механического испытания сварного
соединения. Удалось лишь получить три образца для испытания на
растяжение, которые были вырезаны из наплавленного металла наружного
шва.
При осмотре места разрыва выяснилось, что трещина образовалась давно.
Металл в местах разрыва имел сильно окисленную поверхность темного
цвета, составлявшую более 60% от сечения шва. Были отчетливо видны
старая трещина с почерневшей поверхностью и свежий излом серебристого
цвета. В некоторых местах ширина свежего излома равнялась всего 2—3 мм.
Именно в этом, наиболее ослабленном месте, по-видимому, произошло
первоначальное раскрытие шва, затем из-за перераспределения отрывного
усилия около 1100 т сечение разрыва мгновенно увеличилось и произошел
резкий выброс пароводяной смеси. Расчет показал, что объем смеси
увеличился до 20 тыс. м3, а общая работа расширения составила примерно
230 млн.кгм.
Если считать, что истечение длилось около 10 с, то мощность струи
составила около 250 тыс.кВт. Ориентировочный расчет наглядно показывает,
насколько велика опасность разрыва сосудов большой вместимости,
заполненных перегретой водой.
При осмотре в нижнем кольцевом сварном шве была обнаружена ремонтная
подварка длиной около 700 мм. Этот участок резко отличался от заводских
швов (чешуйчатая и ноздреватая поверхность, значительная неравномерность
по ширине и др.).
В ходе расследования выяснилось, что ремонтная подварка была произведена
в- 1968 г. после того, как в этом месте обнаружили течь. Однако
администрация предприятия не пригласила специалистов для определения
причин появления течи, а после ремонта не предъявила аккумулятор для
технического освидетельствования инспектору котлонадзора, как это
предусмотрено Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов,
работающих под давлением.
В месте образования трещины подварка шва была выполнена с грубыми
нарушениями технологического режима сварки. Наплавленный металл
полностью не удалили, границы трещины не были определены и концы ее не
засверлены, гидравлическое испытание после подварки шва не проводилось.
В 1969 г. в этом же сварном шве снова появилась
течь и вновь администрация ДОК скрыла это от инспектора котлонадзора и
допустила подварку шва с грубыми нарушениями Правил. Можно с
уверенностью сказать, что если бы вызвали инспектора, он прежде Всего
потребовал бы проверить весь шов просвечиванием или ультразвуком.
Трещины были бы своевременно выявлены, и авария предупреждена.
Комиссия установила также, что на комбинате допускали грубые нарушения
безопасного режима эксплуатации аккумулятора, особенно в периоды его
остановки и пуска. Раз в неделю аккумулятор останавливали на 8—12 ч для
профилактического ремонта. При пуске установки после такого ремонта
подогрев воды производили форсированию. Скорость изменения температуры
воды во много раз превышала скорость, предусмотренную инструкцией
заводы-изготовителя. На комбинате неоднократно подавали в аккумулятор
холодную воду из пожарного водопровода.
При нарушении режима пуска и останова аккумулятора в металле возникали
дополнительные термические напряжения, особенно в первый период подачи
пара. В этот момент из-за быстрого прогрева конденсирующимся насыщенным
паром разность температур между верхом и низом сосуда могла достигать
120—150° С. Соответственно в верхней части сосуда появлялись термические
напряжения сжатия, а внизу — напряжения растяжения. В процессе
эксплуатации были це исключены также случаи снижения уровня воды ниже
места отбора воды насосом или переполнения аккумулятора, что могло
вызвать гидравлический удар. Дополнительные термические напряжения,
возникавшие в металле в течение ряда лет, вызвали появление трещин в
нижнем сварном шве аккумулятора, а развитию и распространению трещин
способствовала ремонтная подварка шва, которая производилась дважды с
грубыми нарушениями технологического режима сварки.
Проверка, проведенная органами Госгортехнадзора СССР, показала, что на
некоторых других предприятиях, где установлены аналогичные сосуды,
допускаются нарушения правил безопасности и инструкции
завода-изготовителя. Руководители цехов и эксплуатационный персонал
слабо представляют опасность, с которой связана эксплуатация подобных
сосудов.
5. Серьезная авария произошла на одной из станций хранения и разлива
хлора, находившейся в ведении управления городского
водопроводно-канализационного хозяйства.
Оборудование станции состояло из стационарно установленной цистерны
вместимостью 40 м3, рассчитанной на давление 16 кгс/см2, компрессорной
установки и небольшой наполнительной рампы для наполнения баллонов
хлором.
Жидкий хлор поступал на станцию в железнодорожных цистернах с
химического предприятия. Передавливание жидкого хлора из железнодорожных
цистерн в стационарную цистерну и из нее в баллоны производилось сжатым
воздухом компрессорной установки. Хлор в баллонах использовался для
хлорирования питьевой воды на шести водопроводных станциях города.
Через несколько месяцев после ввода в эксплуатацию станции в вечернее
время произошел разрыв нижней соединительной трубки указателя уровня
жидкости, при этом из трубки вырвало отрезок длиной 135 мм и шириной до
33 мм. Из цистерны через образовавшееся в трубке отверстие начал
выходить хлор, образуя хлорную газовую
волну, распространявшуюся по местности. В момент
аварии давление в цистерне было 3,5 кгс/см2. На станции в это время не
было никого кроме вахтера сторожевой охраны.
Первыми обнаружили запах хлора рабочие, разгружавшие вагон с глиноземом
в непосредственной близости от станции. Среди них случайно оказался
слесарь-разливщик хлора. Он побежал на станцию
и, надев имевшийся там противогаз с коробкой марки В, проник в помещение
цистерны и попытался включить оросительную водяную установку для
локализации действия хлора. Однако без кислородной маски и специального
защитного костюма он не смог выполнить своего намерения, ему удалось
лишь открыть одну из двух задвижек. После этого он уведомил о
случившемся начальника управления водопроводно-канализационного
хозяйства. Благодаря принятым мерам ни одного смертельного или тяжелого
несчастного случая при этом не произошло.
Расследованием установлено, что авария явилась следствием грубейших
нарушений правил безопасности, допущенных руководителями управления
городского водопроводно-канализационного хозяйства при монтаже и
эксплуатации станции. Цистерну поставили без указателя уровня жидкости,
предохранительного клапана и запорной арматуры.
Просьба администрации станции о поставке недостающей арматуры не была
удовлетворена. Завод предложил изготовить указатель уровня жидкости на
месте, выслав необходимые для выполнения этой работы чертежи.
Местное управление округа, ознакомившись с предложением завода,
разрешило изготовление и установку на цистерне указателя уровня
жидкости, предупредив, что эти работы должны быть выполнены в строгом
соответствии с требованиями правил котлонадзора, а документы,
удостоверяющие качество материала трубок и сварки, — приложены к
паспорту.
Несмотря на это предупреждение указатель уровня жидкости был изготовлен
и установлен на цистерне по неграмотно составленному эскизу главного
механика управления водопроводно-канализационного хозяйства с
отступлениями от чертежей завода-изготовителя и нарушением требований
правил котлонадзора. Для соединения указателя уровня жидкости с корпусом
цистерны вместо трубок из малоуглеродистой стали Ст 10 были применены
трубки из марганцовистой стали 36Г2С с повышенным содержанием углерода.
На соединительных трубках не были установлены скоростные клапаны, как
это предусматривалось чертежами завода. Указатель уровня жидкости должен
был быть укреплен на кронштейнах, приваренных к цистерне. Вместо
кронштейнов под нижней соединительной трубкой по обе стороны вентиля
были установлены кирпичные опоры, что ухудшило условия работы трубки.
Трубки гнули в местных ремонтных мастерских и после нагрева до высокой
температуры подвергали резкому охлаждению в воде. Лабораторными
исследованиями установлено, что при выполнения этих операций металл
получил закалку и стал хрупким. Это привело при эксплуатации цистерны к
разрыву трубки в месте гиба. Металл нижней соединительной трубки в месте
гиба имел структуру мартенсита и твердость 578 НВ, что в несколько раз
превышает допустимую норму.
При таких серьезных отступлениях от чертежей завода и требований правил
котлонадзора главный механик управления водо-проводно-канализационного
хозяйства, начальник станции и слесарь составили акт, подтверждающий,
что все работы выполнены в соответствии с указанными правилами и сосуд
находится в исправном состоянии. При монтаже и эксплуатации цистерны
были допущены и другие нарушения Правил безопасности.
Начальник станции не имел специального технического образования и не был
знаком с условиями работы установок по хранению и разливу жидкого хЛора.
На станции не было круглосуточного надзора за оборудованием. В
производственной инструкции не предусмотрены способы ликвидации
возможных аварий и поведение персонала в этих условиях.
6. На энергетических блоках тепловых электростанций были случаи
нарушения плотности трубных систем подогревателей низкого давления, что
приводит к снижению экономичности турбинной установки и может вызвать
повреждения проточной части турбины.
Для своевременного выявления и устранения неплотностей в трубных
системах подогревателей Главтехуправление Минэнерго СССР предложило
главным инженерам районных энергетических управлений и электростанций:
1. При остановах блоков продолжительностью более 8—10 ч, но не чаще
одного раза в месяц, производить гидравлическую опрессовку трубных
систем подогревателей низкого давления (ПНД), Для опрессовки воду
подавать основными конденсатными насосами турбоустановки.
2. Не допускать эксплуатацию подогревателей, если при опрессовке
обнаруживаются неплотности трубной системы, при которых скорость подъема
уровня в водяном пространстве корпуса подогревателя достигает 1 см/мин.
3. При выявлении недопустимой течи в трубных системах отключать
подогреватель и ремонтировать его.
4. Операции по проведению гидравлических опрессовок трубных систем
выполнять в следующем порядке:
4.1. После останова блока и снижения вакуума в конденсаторе турбины до
нуля до останова конденсатных насосов закрыть задвижки на линиях отвода
конденсата греющего пара после всех подогревателей низкого давления и
зафиксировать уровни воды в корпусах по водомерным стеклам.
4.2. Поднять давление в конденсатном тракте до 13—15 кгс/см2, прикрыв
задвижку на линии основного конденсата в деаэратор после последнего ПНД
и в случае необходимости — задвижки рециркуляции. Во избежание
безрасходного режима работы конденсатных насосов и недопустимого
повышения давления в тракте линию рециркуляции полностью не закрывать.
4.3. Вести наблюдения за уровнем в ПНД в течение 15— 20 мин, фиксируя
его изменение. При проведении работ по проверке плотности трубной
системы опрессовкой необходимо четко контролировать давление по
конденсатному тракту, не допуская его повышения выше пробного. На
блоках, где установлены БОУ, необходимо следить за давлением в корпусах
фильтров обессоливающей установки.
4.4. Для проверки плотности ПНД № 1, не имеющего запорной арматуры на
линиях отвода конденсата, следует выполнить специальные линии ревизии.
Линии ревизии диаметром 20 мм врезать в нижнюю часть днища ПНД и
установить на них последовательно два запорных вентиля, а слив выполнить
на воронку. Штуцеры, от-воды конденсатора, как правило, имеют бурт,
выступающий над днищем корпуса подогревателя на 10—15 мм, и при наличии
течей вода будет попадать в линию ревизии.
Линию ревизии открывать только во время опрессовки. Если через 5 мин
после открытия линии ревизии течь с расходом
5 л/мин будет продолжаться, подогреватель следует считать неплотным.
При вскрытии ПНД № 1 проверить наличие выступающего бурта штуцера отвода
конденсата и в случае его отсутствия наварить специальное кольцо высотой
15 мм.
4.5. После окончания опрессовки остановить конденсатные насосы и
восстановить схему.
5. Указания о периодичности и порядке проверки гидравлической плотности
подогревателей низкого давления (п. п. 1—4) внести в инструкцию по
эксплуатации турбоустановок.
(Извещение Главтехуправления Минэнерго СССР, XII, 1976).