层板包扎尿素合成塔爆破和开裂原因及机理研究

论文摘要

国内1995年和2005年各发生了一起层板包扎尿塔爆破事故,前一起事故原因报告未公布,后一起事故分析报告公布的原因争议很大。全国尚有约400台同类型尿塔在运行,找到事故真正原因,杜绝此类事故发生意义重大。后起事故前后全国有多台层板包扎尿塔因层板严重开裂报废,报废一台塔直接经济损失约500万元,后一起爆破事故原因分析认为也是由层板开裂引起,所以应尽快找出层板开裂原因及与爆破关系,避免重大损失再次发生。作者对尿塔内物料发生化学爆炸的可能性进行了分析,对可能发生化学爆炸的情况进行了计算并与事故能量进行了对比研究,发现化学爆炸能量小于引发完好简体开裂需要的能量,更不能单独由化学爆炸引发尿塔爆破。不排除在层板已有多层开裂的情况下,事故可能由化学爆炸引起,但事故现场应该有化学爆炸痕迹。但是在国内的两起事故中,没有任何化学爆炸痕迹,而“爆沸”(又称“平衡破坏型蒸汽爆炸”)产生的能量与事故能量吻合。对爆口层板做金相试验,发现爆破前应力腐蚀已经造成所有的强度层层板开裂。所以事故原因是强度层层板因为应力腐蚀开裂无法承受工作压力而发生了尿塔“爆沸”。其它层板严重开裂的尿塔如果其开裂未被发现,后果不堪设想。对其中一台爆破尿塔和另外两台报废尿塔进行了逐层解剖,对全国范围内层板严重开裂的尿塔进行了调研总结,总结了尿塔的开裂规律:自外至内严重开裂型、自内至外严重开裂型、混合严重开裂型和轻度开裂型。通过尿塔开裂的宏观特征和截取试样的金相分析,判断层板的开裂原因是碱应力腐蚀。从材料、应力、介质三方面分析了引起尿塔应力腐蚀开裂的要素,阐明了尿塔碱脆的机理和出现四种不同开裂形式的原因。在查明开裂原因的基础上,提出了防止尿塔应力腐蚀的措施,对于保证层板包扎尿塔的安全运行意义重大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 论文中主要符号及意义
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 尿塔爆破事故简介
• 1.2.2 尿塔爆破事故原因
• 1.2.3 尿塔内物料化学爆炸及其特征和危害
• 1.2.4 内衬失效及其特征和危害
• 1.2.5 尿塔层板失效及其特征和危害
• 1.2.6 尿塔爆破原因综述
• 1.3 国内外研究存在的问题
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 尿素生产工艺与尿塔简介
• 2.1 尿素生产工艺
• 2.2 尿塔工作条件
• 2.3 层板包扎尿塔结构
• 2.3.1 层板包扎结构
• 2.3.2 深环焊缝结构
• 2.3.3 检漏孔结构
• 2.3.4 热电偶结构
• 2.3.5 尿塔结构与层板开裂关系
• 第3章 尿塔爆破原因分析
• 3.1 物料化学爆炸引起塔体爆破可能性分析
• 3.1.1 二氧化碳进料异常
• 3.1.2 氨液进料异常
• 3.1.3 减负造成的异常
• 3.1.4 短停造成的异常
• 3.2 引发塔内物料“爆沸”原因分析
• 3.2.1 宏观断口
• 3.2.2 撕裂筒节层板开裂微观形貌
• 3.2.3 裂纹成因分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 尿塔层板开裂的形态和规律
• 4.1 尿塔塔体开裂形态
• 4.1.1 山东平阴尿塔
• 4.1.2 山东邹城尿塔
• 4.1.3 山东聊城尿塔
• 4.1.4 山东郯城尿塔
• 4.1.5 陕西城固尿塔
• 4.1.6 山东肥城尿塔
• 4.1.7 其它层板开裂尿塔
• 4.2 尿塔塔体开裂规律
• 4.2.1 自外至内严重开裂型
• 4.2.2 自内至外严重开裂型
• 4.2.3 混合严重开裂型
• 4.2.4 轻度开裂型
• 4.3 本章小结
• 第5章 尿塔层板开裂的原因和机理
• 5.1 开裂性质
• 5.1.1 开裂的宏观特征
• 5.1.2 开裂的金相分析
• 5.2 层板和焊缝应力腐蚀开裂产生的原因
• 5.2.1 应力分析
• 5.2.2 材料分析
• 5.2.3 介质分析
• 5.2.4 其它原因分析
• 5.3 塔体开裂机理
• 5.3.1 碱应力腐蚀
• 5.3.2 起裂位置
• 5.4 本章小结
• 第6章 层板包扎尿塔检漏系统及参数确定方法
• 6.1 尿塔检漏系统存在的问题
• 6.2 蒸汽检漏系统改进及参数确定
• 6.3 蒸汽检漏系统运行中其它注意事项
• 6.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文和研究成果
• 学位论文评阅及答辩情况表