? ? 針對一起壓縮天然氣站安全閥超壓頻跳引起的管座接管損壞事故，分析原因，探討預(yù)防措施。
　　關(guān)鍵詞 CNG；管座接管破壞；事故分析
　　中圖分類號 TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 16739671（2012）112014701
　　1 基本概況
　　我市某CNG（壓縮天然氣）站設(shè)計(jì)供氣能力每小時(shí)4000立方米、儲氣量1萬立方米，設(shè)置了3個(gè)卸氣車位，調(diào)壓撬1臺，兩根埋地儲氣管（φ1020×12）相距3米并列排立。設(shè)計(jì)壓力：卸車管系統(tǒng)P=25 MPa，調(diào)壓撬為兩級減壓壓力分別P=4 MPa、P=0.4 MPa，儲氣管P=4 MPa；設(shè)計(jì)溫度：卸車管道系統(tǒng)、調(diào)壓撬連接管道系統(tǒng)、儲氣管均為常溫；設(shè)計(jì)使用材料：卸車管道系統(tǒng)為0Cr18Ni9（GB/T149762002）、調(diào)壓撬連接管道系統(tǒng)為20（GB/T81632008）、20（GB30871999）、儲氣管X65（GB/9711.111997）。
　　該CNG站管道系統(tǒng)試運(yùn)行時(shí)正值寒冬，操作人員為避寒違章操作擅自提高調(diào)壓器工作壓力加快卸氣速度且脫離操作崗位，造成儲氣管道連接管安全閥超壓頻跳時(shí)沒有及時(shí)處置，導(dǎo)致了安全閥管座接管在安全閥排放反沖力形成力矩作用下撕裂破壞。發(fā)生事故時(shí)是夜晚時(shí)間，由于氣站地處偏僻，人員及車輛稀少，加之事故后期處置得當(dāng)，沒有造成人員傷害及財(cái)產(chǎn)重大損失。本文由上海五岳泵閥制造有限公司協(xié)助轉(zhuǎn)載分享，上海五岳為專業(yè)的安全閥廠家，主要生產(chǎn)各類彈簧式安全閥，代理德國LESER安全閥，并終身為使用單位提供相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)支持。

　　2 事故原因分析
　　2.1 現(xiàn)場操作情況及設(shè)備狀況檢查
　　1）現(xiàn)場詢問調(diào)查及設(shè)備檢查，操作人員違章操作擅自提高調(diào)壓器工作壓力導(dǎo)致安全閥頻跳，加之操作人員脫離操作崗位未能在第一時(shí)間內(nèi)控制頻跳，造成了安全閥一段時(shí)間內(nèi)一定量的持續(xù)排放。
　　2）安全閥排氣管管道高度達(dá)3.5米，增加側(cè)排氣彎頭。安全閥管座接管及排氣管道沒有任何支架固定。安全閥管座接管斷裂口及安全閥傾覆方向與排氣反沖力方向一致（見圖1：損壞現(xiàn)場、圖2：斷裂破壞口）。
　　圖1 損壞現(xiàn)場 圖2 斷裂破壞口
　　2.2 破壞斷口形貌檢查
　　斷口表面無氧化色，無腐蝕痕跡，無夾雜物；宏觀斷口與安全閥排氣管排氣時(shí)形成的反沖力力矩最大剪切應(yīng)力方向一致，與最大正應(yīng)力約呈45。交角。通過破壞斷口形貌判斷該斷口為韌性材料在切應(yīng)力作用下的切斷型斷裂。
　　2.3 破壞斷口受力分析
　　安全閥超壓頻跳時(shí)排氣管向側(cè)面排氣形成反沖力，在無任何固定支架固定情況下，通過排氣管形成反沖力力矩作用在安全閥管座接管上，并在安全閥管座接管上形成剪切應(yīng)力，如果剪切應(yīng)力大于材料許用應(yīng)力，則會造成安全閥管座接管韌性破壞。
　　2.4 破壞斷口應(yīng)力計(jì)算
　　已知：進(jìn)口管內(nèi)徑d=50 mm，氣體進(jìn)口流速v=15 m/s（設(shè)定），氣體密度p =0.7174 Kg/m3（查表）。
　　1）計(jì)算：壓力容器安全泄放量：
　　Ws=2.83×103×p×v×d2=76.134 Kg/h。
　　已知：安全閥出口側(cè)壓力（絕壓）Po=0.1 MPa，安全閥整定壓力Ps=4 MPa。
　　2）計(jì)算：安全閥排放壓力（絕壓）
　　Pd=1.05×Ps+0.1=4.3 MPa。
　　已知：氣體絕熱指數(shù)（天然氣）K=CP/CV=1.31，氣體特征系數(shù)（查表）C=348，氣體摩爾質(zhì)量（查表）M=16 Kg/Kmol，氣體溫度T=t+273=293 K，氣體在操作溫度壓力下壓縮系數(shù)（查圖）Z=0.95。
　　3）計(jì)算：氣體臨界條件判定Po/Pd=0.023，[2/（K+1）]K/（K1）=0.544，因?yàn)镻o/Pd<=[2/（K+1）]K/（K1），故符合臨界條件。
　　已知：選用安全閥喉徑do=32 mm。
　　4）計(jì)算：安全閥排氣管出口反沖力
　　F=Ws/3600×v+（PdP0）×3.14/4×do×do=76.134/3600*15+（4.30.1）*3.14/4*32*32=3376.4 N。
　　已知：安全閥排氣管放散口距離DN80管高度L1=3.5 m，斷裂口距離DN80管高度L2=0.05 m，安全閥管座接管管環(huán)管凈截面積（采用D57×3.5規(guī)格無縫鋼管）A1=588.263 mm2。
　　5）計(jì)算：安全閥管座接管斷裂口剪切應(yīng)力σ=F×L1/L2/A1。
　　σ=3376.4*3.5/0.05/588.263=401.8 MPa。
　　安全閥管座接管材料為20（GB30871999）無縫鋼管，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定強(qiáng)度值σb=410 MPa，σs=245，20℃許用應(yīng)力137 MPa。
　　綜上所述：通過現(xiàn)場檢查和安全閥超壓頻跳時(shí)排氣管反沖力計(jì)算得出因安全閥超壓頻跳時(shí)作用在安全閥管座接管上反沖力力矩形成的剪切應(yīng)力接近安全閥管座接管材料抗拉強(qiáng)度，大大超過材料屈服強(qiáng)度和材料許用應(yīng)力，從而造成安全閥管座接管材料斷裂失效破壞。
　　圖3 損壞前結(jié)構(gòu)示意 圖4 整改后結(jié)構(gòu)示意
　　3 預(yù)防措施探討
　　安全閥安裝位置、排氣管高度和排氣方向在設(shè)計(jì)中應(yīng)進(jìn)行閥門開、關(guān)時(shí)的動載分析和計(jì)算，必須采用合適的固定支架形式有效消除安全閥排氣時(shí)反沖力對接管等管件的影響。（見圖4）
　　1）施工安裝及安裝監(jiān)督檢驗(yàn)過程中應(yīng)嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)圖紙對安全閥管座接管強(qiáng)度、排放口高度和方向、排放管支架形式及強(qiáng)度、剛度進(jìn)行檢查。
　　2）加強(qiáng)員工安全知識的培訓(xùn)，特別是安全附件的原理特點(diǎn)、維護(hù)保養(yǎng)方法以及事故預(yù)案演練，操作人員應(yīng)嚴(yán)格遵守執(zhí)行安全規(guī)章制度、操作規(guī)程，禁止違章行為。
　　3）本次事故后對安全閥排氣管道進(jìn)行了改造，增加防雨帽直接向上排放，排氣管道下部增加固定支架（見圖4整改后結(jié)構(gòu)示意）。