一起水解釜爆炸事故原因分析及对策研究

王海泉，卓祖亮

（1.河南省锅炉压力容器安全检测研究院，河南 郑州 450016；2.河南省锅炉压力容器安全检测研究院濮阳分院，河南 濮阳 457000）

水解釜作为一种间歇作业压力容器，因结构简单、操作方便，传质、传热效率高，被广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品，用来完成硫化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程。对于这样的压力容器，如果设计不合理、维护不到位、操作不当，一旦发生事故，造成的后果相当严重。笔者就一起水解釜爆炸事故的原因进行了分析，以期引起有关部门和人员的重视，研究探索解决此类问题的方法和措施，也给使用该类设备的企业敲响安全生产的警钟。

1 基本情况

1.1 事故经过

2020年4月，某化工厂糠醛车间B01号水解釜发生爆炸。通过现场调查了解到，水解釜的生化水解工序从装釜到排渣周期为3h。凌晨2时53分至3时12分操作工对B01号水解釜第一次装料，3时29分至3时30分第二次装料；3时30分开始升压；3时45分产生醛气。4时03分，B01号水解釜突然发生爆炸，导致B01水解釜解体（见图1所示），B02号水解釜撞出车间，A01、A02、A03号水解釜下部移位，厂房西南角梁、柱受损，连接管线及管架破坏（见图2所示）。致使1人死亡，1人受伤。化工厂生产全部停工，给该厂造成巨大经济损失。

1.2 生产工艺及设备情况

将玉米芯粉碎后，按固液比（质量/体积）1:8与0.5%的稀硫酸（质量分数）混合装入水解釜，无搅拌，通入蒸汽加热至沸腾（90℃左右）。玉米芯混合物停留在水解釜内金属隔板上，稀硫酸流入水解釜下部空间。温度达到100℃时，排出空气；温度达到140℃时，开始产生少量醛气；温度达到设定温度值180℃，保持恒温，直到30min内糠醛收率增加小于1%时，停止反应，醛气经冷凝流出，送入初馏塔。待降温降压后，将废渣从排料口排出。从装釜到排渣周期一般为3h。（如图3所示）

该水解釜主体结构为单腔圆筒形，安装型式为立式，材质Q345R，釜筒体直径1600mm，高度8450mm，筒体壁厚12mm，封头壁厚12mm，内衬为耐酸砖,厚度100mm,容积15m3。设计压力1.5MPa，设计温度200℃，工作压力0.9MPa，工作温度180℃，工作介质为玉米芯、水蒸汽、稀硫酸（0.5%）及水解反应后生成的糠醛。设备类别为Ⅱ类压力容器，2010年4月投用。

1.3 事故现场勘查取样

发生爆炸的B01水解釜布置于生产厂房的西南角，水解釜从中间解体为上、下2个主要部分。从现场勘查的情况看，釜体上下部均存在严重的腐蚀痕迹，呈不规则的坑点腐蚀、带状腐蚀、穿孔腐蚀现象（如图4、图5所示）。因水解釜本体腐蚀造成屈服强度降低，在应力集中作用下产生开裂，从而导致水解釜爆炸。

2 原因分析

经过对事故现场调查取证，从事故的直接原因、间接原因及企业管理和定期检验4个方面进行分析：

2.1 直接原因

2.1.1 稀硫酸腐蚀

该水解釜使用时间长达10年之久，且受正常操作压力、温度交替变化，耐酸衬层受影响产生裂纹、破损，导致酸性气体渗透过耐酸砖，与水解釜本体接触，导致水解釜本体局部产生坑点腐蚀、带状腐蚀、穿孔腐蚀，造成釜体金属内壁迅速减薄，甚至穿孔、裂缝。此外，一些物理因素如介质流速、固体颗粒、结垢等也会增加对水解釜筒体的腐蚀性。

2.1.2 电化学腐蚀

该水解釜材质为Q345R，是普通低合金钢。在稀硫酸环境中，普通低合金钢会产生电化学腐蚀,其反应式为：Fe+H2SO4→H2+FeS04。金属材料的本质、表面状态及金属阴极相杂质硫酸浓度（PH值）、温度会影响到金属的氢去极化腐蚀，使水解釜筒体局部壁厚减薄或变脆。从爆炸现场取样的情况看，该水解釜腐蚀形态为全面腐蚀或点蚀，在低合金钢热影响区快速腐蚀形成的沟槽深而锐利，这与现场取样的形貌相吻合。

2.1.3 疲劳腐蚀

由于水解釜长期受操作压力和温度的交替变化产生疲劳，超出材料屈服强度，致使设备带病运行。由于水解釜内介质在较高压力和较高温度的作用下，使水解釜本体强度不够，发生了物理性爆炸。该水解釜的容积达15m3，爆炸后释放出的能量具有较大的破坏力。

2.2 间接原因

2.2.1 工艺设计不合理

设计单位对水解釜设计时，就水解釜衬里受外界因素的影响产生裂纹、破损，介质渗漏可能对水解釜内壁产生腐蚀考虑不周。由于耐酸砖与釜体内壁是通过耐酸泥粘合在一体的，虽然有一定的稳固性，但生产过程是间歇式作业，由于反复装料和卸渣，操作温度和压力交替变化，在外力的作用下容易产生裂纹、破损，一旦含有酸性介质通过裂纹、破损渗透到釜体内壁，会在较短时间内造成壁厚迅速减薄。

2.2.2 耐腐蚀衬里无相应标准

容器内衬的耐酸砖对防止金属器壁被酸腐蚀起着决定性作用。经查阅有关资料，目前耐酸砖有相应的国家产品标准，但作为施工重要环节的现场砌筑，并没有施工和验收规范，给耐酸砖防酸腐蚀的可靠性带来隐患。

2.2.3 未设置紧急切断保护装置

经了解，近几年投用的该类糠醛生产设备，均在进入水解釜的蒸汽主管道上加装了防止超压的“紧急切断装置”，但早期投用的设备一般无此设计（如图6所示）。

本次事故设备蒸汽主管道未设置该防止超压装置，但不能排除生产过程中超压使用导致事故发生的可能。

2.3 管理原因

水解釜作为特种设备，使用单位对设备安全性能不重视，未按规定进行年度检验和日常检查，对事故隐患整改不力，缺乏有效的安全管理，导致设备带病运行，为事故的发生埋下了隐患。

2.3.1 监控措施不到位

装置自动化程度达不到安全要求，水解釜本体未安装温度、压力、流量、液位等测量控制仪表。就地压力表在顶层集中，无远程传递，巡查无法连续监控，事故设备的压力控制采用就地压力表直读方式，未设计远程压力采集装置，多台水解釜的压力表集中在厂房顶层，靠人工巡查方式对工作压力进行监控，监控的连续性和及时性均存在一定问题。

2.3.2 安全阀设定压力不合理

根据检验机构出具的报告要求，允许使用（监控）压力为0.9MPa，而安全阀设定压力却是1.2MPa，水解釜压力超过使用压力时安全阀没有启动，存在安全隐患。

2.3.3 安全管理制度不落实

经事故调查发现，该化工厂安全管理混乱，安全教育和技术培训不到位，管理人员频繁更换，员工安全技能不高；设备安全自查巡查流于形式，安全管理人员对风险辨识评估不准确，将重大风险点确定为一般风险，未按照隐患清单进行安全排查；技术管理不规范，操作规程严重缺失，设备运行记录不及时，部分重要参数缺失。

2.4 检验原因

2019年4月，检验人员对该化工厂水解釜进行定期检验，对编号C07的水解釜本体进行壁厚测定，实测最小壁厚8.9mm，腐蚀深度超过了图样规定的1.0mm腐蚀裕量。依据TSG 21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》进行了强度校核，确定允许使用（监控）压力为0.9MPa。对此，没有引起检验人员的高度重视，没有采取金相检验、光谱分析、硬度测定等手段对壁厚减薄的原因进行深入分析，未提出整改意见和有效的防范措施。

3 处理意见及预防措施

3.1 处理意见

由于该化工厂的水解釜普遍存在釜体腐蚀现象，结构也不符合相关法规标准要求，建议淘汰落后或不科学的工艺设备，实行工艺全程自动化，确保风险可防可控。同时吸取教训，避免类似事故再次发生。

3.2 预防措施

该化工厂水解釜爆炸问题涉及到设计、制造、安装、使用管理、检验等多种因素，因此应从以下几个方面采取相应对策。

3.2.1 材料选取

设计单位应对设计产品的使用性能和损伤模式全面了解，工艺结构应科学合理，选取材质应安全可靠，以保证设计结果符合实际使用状况。根据设备使用间歇性特点及损伤模式和失效模式，水解釜罐体应采用耐腐蚀性较强的不锈钢或合金钢，提高水解釜罐体的耐腐蚀性。

3.2.2 防护措施

筒体内壁内刷防腐涂料、根据具体浓度大小，选用不同的成膜物的防腐涂料涂刷碳钢罐内壁。常选用的防腐涂料有：环氧防腐涂料、乙烯基酯树脂防腐涂料、聚氨酯防腐涂料、玻璃鳞片防腐涂料、丙烯酸树脂工业防腐涂料、聚氯乙烯含氟萤丹防腐涂料、氯磺化聚乙烯防腐涂料等，或采用内衬用玻璃钢树脂主要有环氧树脂、耐腐蚀不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂。

3.2.3 安全管理

使用单位应加强对特种设备的安全管理，加强操作人员技能培训，提高使员工具备与岗位相适应的专业素质，组织压力容器的定期检查和维护保养，不让设备带病上岗，消除事故隐患。建立健全各项管理制度和岗位操作规程，并严格贯彻执行。抓好双重预防体系建设，落实事故隐患清单化管理，及时排查治理各类隐患。

3.2.4 定期检验

为保证设备的安全运行，定期监测金属罐体的厚度，内部检修时检查内部衬里的完好情况，发现泄漏点，应及时修补。检验机构要严格按照相关安全技术规范要求进行检验，检验人员应认真履行检验职责，保证检验质量，对存在安全隐患的设备决不放过，坚决要求企业立即进行整改，及时消除事故隐患。

4 结语

水解釜作为一种常见压力容器，发生爆炸事故往往是因为设备制造缺陷、使用管理不当、违章作业等某个因素或多个因素综合作用的结果，这与市场监管总局关于2020年全国特种设备安全状况通告的事故原因统计结果相吻合，即：使用管理不当，维护缺失；设备制造、维修检修、安装拆卸以及运行过程中产生的质量安全缺陷。这就要求在水解釜生产（设计、制造、安装、改造、修理）过程中严格质量的控制，在使用管理中自觉落实各项制度，加强日常检查、年度检查和定期检验，这样才能防患于未然，减少事故的发生。