近年3000噸/年氮肥廠合成工段氨冷凝器(固號VSH3704)連續發生爆炸事故。

　　1.事故情況：3000噸／年化肥廠氨冷凝器是列管式高壓冷凝設備，管程設計壓力為200Kgf/cm2，殼程設計壓力為16kg／cm2，工作溫度為—25~十25℃。管程介質為氨，氮氣，殼程介質為液氨，殼體內徑420mm，壁厚8mm，封頭內徑350mm，壁厚32mm，管板厚45mm，管板和封頭材質為20g。

　　氨冷凝器的封頭與管板聯接采用平面焊結構。幾起事故的爆破斷口都發生在管板與封頭聯接處的環焊縫上。從斷口上可清楚地看到：焊縫根部未焊透，長度占80％，深度一般2~4mm，最深達6mm。斷口檢查：這種氨冷凝器的爆炸斷口中部表面平滑平坦，經電鏡觀察有明顯的疲勞斷裂特征，斷口外部表面租糙，則屬強度不足而塑性撕裂。

　　2.爆炸事故原因分析：氨冷凝器的爆炸原因，主要是設計不當，制造時焊接工藝不當產生的根部未焊透等缺陷，在實際運行中存在的疲勞循環載荷(壓力、溫度波動、頻繁啟停等)的作用下，導致疲勞裂紋萌生和擴展，以致引起設備疲勞斷裂，即低周循環應力下的疲勞斷裂。

　　(1)設計時技術要求不嚴：氨冷凝器管板與封頭焊接連接屬角焊縫結構，這種結構上的不連續性使環縫根部表面應力很高，所以在設計此種結構時必須慎重對待。我國《設計規定》管板與殼體、封頭的連接應采用全焊透結構。美國ASME《鍋爐及壓力容器規范》D—4焊接接頭章節中規定了全焊透的角焊縫接頭；英國BS5500—1978《非直接大壓力容器》附錄E“推薦用于壓力容器的焊接連接”其中管板與殼體、封頭的角焊縫推薦雙面焊結構，當殼體、封頭壁厚超過16mm時必須采用全焊的焊縫；聯邦德國AD《壓力容器規范》也規定，當采用平面焊根部有未焊透結構時，能夠承受的疲勞循環次數只有全焊透結構的五分之一的次數，考慮變動載荷時焊縫結構則必須是全焊透的。然而該氨冷凝器中的管板與封頭的焊接連接采用的單面焊結構型式，未明確提出必須全焊透的技術要求。這種易于發生根部未焊透的角焊透，在我國標準和美國ASME等規范中，都明確不允許。

　　該環形角焊縫位于高應力區域，計算表明其內表面彎曲軸間應力已超過材料屈服極限，如果在該區域內又產生未焊透引起的應力集中，其根部裂紋的產生和擴展是很難避免的。同時在結構設計時焊縫根部管板采用有半徑R為5mm的環形槽，使采用超聲波深傷方法難以確切判斷缺陷性質和尺寸，從而使焊縫質量也不能通過探傷得到正確檢驗。一個合理的設計必須具備良好的制造工藝和提供可靠的探傷條件。

　　(2)焊接工藝不當：在制造該氨冷凝器時，管板與球形封頭的環形角焊縫的焊接工藝，系采用手工電弧焊封底，即以結507Ø4—5mm焊條，焊三層單道焊，然后采用自動捍蓋面，采用H08MnA焊絲和431焊劑，焊前不予熱，焊后未作消除應力的熱處理。

　　通過爆破斷口解剖觀察到：

　　(1)根部未焊透嚴重，占周長的80％，最深達6mm；

　　(2)有2×4mm大氣孔一處和三處夾渣，最大尺寸為8×10mm；

　　(3)焊縫中發現超出常規的硅酸鹽夾渣，局部有增碳引起的小裂紋。

　　(4)埋弧自動焊縫的裂口靠管板一側，斷裂起源于焊縫根部未焊透處，并靠管板一側沿著與軸成為60°方向在焊縫中擴展，直至失效破環。

　　從氨冷凝器的制造工藝和解剖發現的問題，可以看出其焊接工藝是不合理的，在施工中沒有采用單面焊雙面成型的特殊焊接工藝和焊接方法，如氬弧焊封底等工藝方法來防止末焊透，而采用了一般的焊接方法，并用Ø4—5mm焊條進行封底，如此粗的焊條作封底施焊必將發生未焊透。

　　對于高壓容器封頭一側的環焊縫焊前應采取預熱，高壓換熱器的管箱焊后需要進行消除應力的熱處理。該設備在施工時，沒有進行焊前預熱、焊后熱處理的工藝措施。這樣，焊縫一側為32mm的封頭，另一側為45mm厚的管板，剛性大，散熱快，焊接時焊接殘余應力較大，且容易在管板一側出現未焊透、未熔合乃至微裂紋等缺陷。

　　此外，焊接工藝管理也是不健全的。如沒有焊接工藝評定，焊條管理也是欠妥的，以至采用了Ø4—5mm的封底焊條，出現了超出常規的硅酸鹽夾渣等現象。

　　3．制造質量檢驗不嚴：該氨冷凝器的制造單位擅自將超聲波探傷靈敏度從Ø2mm平底孔降低到Ø3mm平底孔，以致未能有效地查出焊縫中存在的缺陷。

　　綜上所述，該氨冷凝器在設計上有缺陷，在制造上沒有可靠的焊接工藝，加之使用壓力、溫度波動頻繁，因此氨冷凝器的爆炸事故是不可避免的。