摘要：文中对过一台反应器爆炸事故进行现场勘察、分析了爆炸原因，用断裂力学观点解释了事故发生的原因，指出开裂性质是低应力脆断。并采用应力强度因子法评定与验证，结论为缺陷是不可接受的，必产生爆炸。针对事故原因，从设计、制造、使用诸方面提出预防事故发生措施，避免此类事故再次发生。
Abstract： In this paper， the cause of the explosion was analyzed， and the reason of the accident was explained by the fracture mechanics， and the low stress brittle fracture was pointed out. The stress intensity factor method is used to evaluate and verify， and the conclusion is that the defect is not acceptable， and it is necessary to produce an explosion. For the cause of the accident， from the design， manufacture and use of various aspects of the accident， the prevention measures are put forward to prevent the accidents happening again.
关键词：反应器；断口；未焊透；低应力脆断；预防措施
Key words： reactor；fracture；incomplete penetration；low stress brittle fracture；preventive measure
中图分类号：TL351+.6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）26-0085-020 引言
目前随着压力容器在石油、化工、冶金等行业的广泛应用，其爆炸事故也时有发生，及大地危害了人民生命和财产安全。这里对一台高压反应器爆炸事故进行分析，用断裂力学方法找出其破坏失效的原因，提出了预防措施，減少压力容器爆炸事故，保证人民生命和财产安全，有较重要意义。
1 现场勘查
2012年8月20日深夜2点，某制药厂一台反应器发生爆炸。爆炸后进行现场勘查，见反应器从第二道（至下而上）环焊缝整体断裂，上半部冲破厂房飞出。查看断口形貌，断裂处断口平齐，未见塑性变形迹象，断面呈金属光泽，脆性断裂特征明显。同时，在环焊缝近内表面伴有一条灰色线状缺陷，该灰色线状缺陷为制造焊接时残留的未焊透缺陷，长100mm，宽15mm。
2 设备自然情况
该反应器2008年3月制造，同年8月安装使用。设备直径Di=1000mm，高h=5900mm，壁厚t=46mm，设计压力P=10MPa，设计温度T=100℃。主体材质为16Mn锻，罐内介质为糖、镍触媒、水等。反应器结构为圆柱形筒体与上下两椭圆形封头焊接而成，罐外设夹套起冷却作用。内筒和封头均为锻制，由三节锻件对接焊接后与上下封头对接焊接。夹套为8mm厚，16MnR钢板卷制而成，其设计压力为1.0MPa，设计温度为100℃。
3 爆炸原因分析
筒体第2道环焊缝近内表面残留一条未焊透缺陷，在制造检验中未排除。设备制造中未进行预热、控制层间温度。设备制造后未进行焊后消除焊接残余应力热处理（制造档案中未体现）。投入使用承压后运行一段时间，未焊透缺陷发生变化。由断口形貌可知，断口平齐，没有塑性变形迹象，断面呈金属光泽，未焊透缺陷形成裂纹源，爆炸突然产生，为低应力脆断。
4 缺陷评定
按CVDA标准[1]规定的程序进行评定
4.1 断裂处的总拉应力σ=σ1+σ2+σ3
①内压引起的拉应力σ1：
σ1==108.7（MPa）
②弯矩引起的拉应力σ2：
因=1.096<1.2是薄壁容器，用无力矩理论[2]σ2=0（MPa）
③焊接残余应力σ3：
σ3=0.6σy=0.6×275=165（MPa）。
σy材料的屈服强度[3]，σy=275（MPa）
则，总拉应力σ=σ1+σ2+σ3=108.7+0+165=273.7（MPa）。
4.2 由σ<σy，故可采用应力强度因子法评定。
①将未焊透缺陷简化成一半椭圆形表面裂纹a=15mm，c=50mm
②应力强度因子K1=
其中，F为与裂纹体的几何边界有关的修正系数
F=1.1+5.2（0.5）=1.1+5.2×（0.5）=1.274
ψ为第二类椭圆积分，查CVDA表1，得ψ=1.1
则应力强度因子
K1=×273.7=2176（N/mm1.5）
③评定：
16Mn材料断裂韧性为KIC=3250N/mm1.5[4]
按判据K1≤0.6KIC，则K1=2176N/mm1.5>0.6KIC=1950N/mm1.5，故该未焊透缺陷为不可接受缺陷，反应器必爆炸。
5 预防措施
①设计图样中技术要求应明确设备制造后进行消除焊接残余应力热处理。
②设计图样中技术要求要明确对接焊缝的检测方法，检测比例。如这台反应器按TSGR7004-2009固定式压力容器安全技术监察规程[5]要求，对接焊缝应进行100%射线检测，再用超生波检测复验。焊缝内表面应进行100%磁粉检测。防止母材及焊缝存有缺陷。
③制造焊接工艺：
按JB/T4709-2000[6]钢制压力容器焊接规程要求，对于46mm壁厚的容器对接焊缝应采用双面“U”型坡口，采用自动焊双面焊，焊完一侧后要清根，清根后才可焊另一侧，避免未焊透缺陷产生。
制造中对接焊缝施焊前需预热，加热至200℃，层间温度要控制在100-150℃之间，碳弧气刨清根也要预热150℃。
在焊接工作结束后，设备应进炉进行焊后消除焊接残余应力热处理，热处理温度应为550-640℃，保温8小时，随炉冷却。
④高压容器应设置安全排放装置（如：安全阀、爆破片等），如有超过工作压力，危及设备安全情况发生时，能及时排放泄压，避免爆炸事故发生。
⑤要执行我国TSGR7004-2009固定式压力容器安全技术监察规程中的定期检验制度，高压容器每3年全面检验一次。发现制造和使用中产生的缺陷应进行及时处理，避免设备爆炸事故产生。
6 结束语
通过上面事故勘查，爆炸原因分析与缺陷评定，找出了反应器爆炸产生原因，提出设计、制造工艺和使用预防措施，避免这类事故再次发生，对确保人民生命财产安全有着重要价值。
参考文献：
[1]CVDA-1984，压力容器评定规范[S].
[2]余国宗.化工容器及设备[M].化学工业出版社，1980：85-96.
[3]GB 150-1998，钢制压力容器[S].
[4]李志安.压力容器断裂理论与缺陷评定[M].大连理工大学出版社，1994：50-54.
[5]TSGR7004-2009，固定式压力容器安全技术监察规程[S].
[6]JB/T4709-2000，钢制压力容器焊接规程[S].
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