江苏省特种设备安全监督检验研究院扬州分院化工站 江苏扬州 225000
摘要：氨制冷系统中的压力管道部分是涉氨企业特种设备安全监管的重点。近年来，国内发生了几起由于氨泄漏和爆炸引发的安全事故，造成了重大的人员伤亡和财产损失。因此，加强冷库氨管道建设和使用管理，做好氨管道检验检测工作，已显得刻不容缓。
关键词： 事故； 分析；措施
1 氨制冷系统中压力管道的工艺系统及工作过程
（1）氨制冷系统简介：
氨制冷的冷库主要由压缩机、冷凝器、储氨器、油分离器、节流阀、氨液分离器、蒸发器、中间冷却器、紧急泄氨器、集油器、各种阀门、压力表和高低压管道组成。
（2）工作原理：
由压缩机产生的 100℃～150℃左右的氨蒸气通过冷凝器的换热作用，使氨气温度降低到 40℃左右，然后通过节流阀的作用变成-45℃的液态氨，再通过蒸发器的作用变为-40℃左右的气态氨，最后经过压缩机形成冷库管线回路。氨制冷的冷库由大量管道连接。其中，压缩机经冷凝器至节流阀的管线主要是常温管线起辅助作用；节流阀至蒸发器的管线是冷库的主要食品冷藏工作部位，是人员最为集中的区域，即事故多发部位；蒸发器至压缩机的管线起到管线的调节作用。油分离器至节流阀后液态氨的管线主要起除霜的作用，保证冷库低温制冷压力管道的正常运行。
1 事故案例分析
2016 年 8 月 18日某公司发生氨泄漏事故， 氨泄漏量约 1t 多，造成 16 人身体不适，进医院治疗。
事故的经过如下：氨机房操作人员于早上6：15 分左右发现压缩机阀门法兰连接处泄漏，由于处理不当致使阀门法兰进一步破裂， 导致液氨严重泄漏。
事故现场： 氨机房氨浓度很高， 直至中午氨浓度下降，配备防护装置才能到现场查看，压缩机的外观颜色已变白色，冷却水管（橡胶）已脱落（图1）。 事故阀门为铸铁阀门（压缩机出厂配备阀门）从阀体颈部断裂（图 2）。
该公司氨系统压缩机为两级压缩，从低压循环桶→压缩机吸气口压缩后→低压排气口→中间冷却器→高压吸气口再次压缩后→高压排气管，整个设计均应为气体压缩。 在氨机故障中有一种叫“湿冲程”事故现象，氨压缩机正常工作时，在低压系统中，有一条连接氨液分离器和压缩机的管道，结霜现象沿着这条管道一直到压缩机的吸气口。如果产生湿冲程，结霜现象会从吸气口延伸到压缩机的机身，另外，还可以听到气缸的敲击声，称为“液击”，将产生压缩机严重振动。
图2 事故阀门
（1）在事故现场已关闭泄漏阀门，现场氨浓度依然长时间不下降，说明有氨在不断的挥发，直至第 2 天打开气缸盖检查时，仍感觉到还有氨的挥发，初步可断定有液氨进入压缩机；未见压缩机与压力管道有软连接，且压缩机自配的阀门为铸铁阀门，从该阀门断裂的情况，可推断是压缩机经过剧裂的震动导致的。 同时压缩机的冷却水管也被拉脱落，进一步证实了压缩机经过了剧裂的震动，这说明了发生了严重的“湿冲程”事故。
（2）通过检查，发现压缩机汽缸盖外观颜色已变白色，是泄漏的氨液被水冲后产生的，可断定是氨液进入压缩机产生了“湿冲程”事故。压缩机排气管阀门裂纹应是中间冷却液位超高，进入二级压缩机所致。事故发生后操作人员操作不当，未能及时停止压缩机的运行， 致使压缩机阀门进一步断裂，造成液氨大量涌出。
（3）氨机房未设置自 动喷淋系统 ，导致氨气大量向外扩散；未设置事故水池，在氨机房无法控制的情况下，也未能采取把氨液向事故水池排放的措施。
3 氨制冷系统压力管道失效的形式
氨制冷系统压力管道包括制冷系统中的液管和气管， 氨制冷系统压力管道失效的形式主要有强度失效、泄漏失效和刚度失效等失效形式。 强度失效又分为韧性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、腐蚀断裂等形式。
（1）管路系统泄漏。包括管道、阀门、连接法兰、泵的密封等设备及部位。融霜管道漏氨，即在融霜过程中，容易造成蒸发器等管道及阀门内前后压差过大，管内冷冻机油及氨液急速运动而产生撞击， 致使管道及阀门等爆裂而发生跑氨事故。
（2）管道腐蚀。液氨管道腐蚀主要在外表面。对于使用年限较长的回气管道随着防腐层的老化和脱落，外界空气不断与钢材接触时，其腐蚀性就变得特别突出，尤其是冻融循环比较严重的回气管道。
（3）脆性断裂。 低温管道在同时具备材料低温下脆化和具有足够的应力情况下产生低温脆断。
（4）满液管道爆裂漏氨。 制冷系统中有可能发生满液的液体管道及容器两端阀门同时关闭，由于管道及容器周围环境的温度变化造成管道及容器内的压力产生相应变化，极容易发生爆裂跑氨事故。
（5）击缸事故。 管路安装不当，停车后氨液进入压缩机，在下次开车时形成击缸事故。
（6）着火燃烧爆炸。 制冷系统未抽空氨及油，焊接维修管道，极易引起系统内残存的机油和氨着火燃烧爆炸。
4 氨制冷系统压力管道失效的原因
（1）焊接缺陷引起的失效。 安装单位安装不规范，焊接工艺不符合要求，未做无损检测，或者检测比例不够。焊接缺陷主要有焊缝几何成形偏差过大、焊缝表面缺陷、埋藏缺陷等。
（2）管道与组成件材料选用不当、用材错误造成的失效。在实际制造安装过程中，由于质量控制不严，材料管理混乱，造成用材不当，进而引起材料性能恶化、材料损伤或破裂，如混进某些高强度钢从而导致出爆管事故等。
（3）腐蚀破坏引起的失效。 氨制冷系统压力管道腐蚀破坏的形态主要有局部腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等。 局部腐蚀主要是管道表面直接受到水份、空气、霉菌等侵蚀，严重时造成穿孔漏氨；氨管道的应力腐蚀主要由焊接、冷加工和安装时的残余应力和管道内部的氨介质引起。氨管道的腐蚀疲劳是交变应力与氨介质共同作用下发生的腐蚀开裂。疲劳源有机械激振、流体喘振、交变热应力、压力循环以及风振、地震等。交变载荷也会导致管道组成件和焊缝内部原有缺陷的扩大和管道连接接头的泄漏。
（4）管道老化、阀门损漏引起的失效。 相当部分的在用氨压力管道无专业设计，安装时不规范，此类的氨管道安装质量无法得到有效的保证，原始资料缺失，制造质量低劣，安全附件不全不灵等。
5 预防措施
（1）从设计、制造、安装、改造、维修、检验等环节抓起。 各环节上的单位必须具有相应的资质，同时各环节必须符合相应的法规规范的要求。热氨容霜管道和低压侧的压力管道的对接焊接接头应 100%射线检测合格， 角接接头 100%渗透检测合格，高压侧压力管道不少于 20%射线检测合格。 焊接时应采用低氢焊条，防止产生冷脆裂纹。 建议设计单位对氨压力管道元件明确使用寿命，以降低因超寿命运行可能带来的安全风险。加强对氨压力管道元件质量、焊接质量、无损检测质量、强度及泄漏性试验、保温质量、安全附件等安装过程的监督检验。
（2）加强氨制冷压力管道的定期检验。 在用压力管道的全面检验项目一般应包括资料审查、宏观检验、高低压侧的剩余壁厚抽查、埋藏缺陷抽查，以及安全附件检查。 必要时，应进行压力试验。 有保温层的压力管道，须对保温层存在破损、脱落、跑冷等现象的部位进行壁厚检测。
结语：上文对近年来国内发生的氨泄漏事故进行分析，找出氨制冷系统压力管道失效的主要原因，进而提出相应的预防措施。
参考文献：
[1] 压力管道安全技术监察规程—工业管道.
[2] 在用工业管道定期检验规程(试行).
论文作者:郭道峰
论文发表刊物:《防护工程》2017年第24期
论文发表时间:2018/1/17
标签：管道论文; 压缩机论文; 压力论文; 阀门论文; 事故论文; 制冷系统论文; 管线论文; 《防护工程》2017年第24期论文;