電子書籍教材 ～圧力容器の基礎知識講座（第10章）

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第10章 圧力容器事故の典型的な事例分析 事例１： 1. 事故の概要 2000年3月27日朝、昆明XXリン酸肥料工場の400m3窒素バルーンタンクをメンテナンスのため減圧ベントしていたところ（この時のタンク内の圧力は1.9MPa）、上部のベント管とマンホール蓋との接続部が突然破損した。切り離されたベントパイプは2人の作業員の間を飛び、地面に落ちた。幸いにも死傷者は出なかったが、窒素供給が長期間にわたって中断され、工場内の通常の肥料生産に重大な影響を与えた。 2. 事故原因の解析 1) 当初の設計データと現地調査 (1) 球形タンクのプロセスパラメータは設計圧力 3.06MPa、設計圧力 3.06MPa である。設計温度: 常温;使用媒体：窒素。コンテナカテゴリー: クラス II;容積：400m3。 (2) 球形タンクの上部には直径500mmのマンホールがあります。マンホール蓋は楕円形の頭部構造をしています。カバーの上部が開けられ、10835mmの鋼管に溶接されます。パイプの他端は Z41H DN100 ストップバルブにフランジ接続されています。ストップバルブの他端は90°エルボ管に接続されています。通気管の全高は約3mです。 (3) 配管継手の破断部はマンホールと配管とのすみ肉溶接部の熱影響部にある。事故当時、DN100ストップバルブの開度は約60mmで、呼び径の半分以上でした。パイプが折れて飛び出す方向は90°エルボ排気の方向と全く逆になります。 2) 技術評価 (1) 完成データレビュー 関連する技術文書を確認した後、マンホール蓋ヘッドおよびベントパイプグループの溶接部が検査され、工場に合格しました。このうち、マンホール蓋のヘッドとノズルの溶接は、**圧力容器の安全技術上の基準に関する規定。 (2) ノズルの溶接構造の検査。ノズルとヘッドの溶接はプラグイン構造であることが分かります。設計図の要求に従い、頭部の内外に開先が開いており、完全溶け込み溶接構造となっております。ヘッド内面の溶接幅は15mm、溶接高さは5mmです。外面はすみ肉溶接であり、溶接高さは6mmです。パイプの長さは約100mmで、もう一方の端はハイネックフランジに溶接されています。 (3) ノズル破損の検査。頭部側破面の端と隅肉溶接部の頂部との距離は2～20mmです。骨折の大部分は 45 度の傾斜を持っています。パイプ側面の破断部には明らかな塑性変形が見られます。内径は最大103mm、最小92mmです。半径方向の変形は 11 mm です。骨折上部の断面の厚さは 2.5 ～ 5.1 mm です。波状で不規則な切れ込みが2つあります。 (4) ノズル溶接部の非破壊検査。ヘッド及びノズルの内外隅肉溶接部表面の磁粉検査及び着色探傷を実施しましたが、表面クラック等の欠陥はありませんでした。ノズルの壁厚を測定した。破断付近の変形部分を除いた肉厚は4.9～5.2mmでしたので、ノズルの肉厚は5mmと判断できます。 (5) パイプの化学組成分析と機械的性能試験がサンプリングされ、再検査されています。パイプの化学組成および機械的特性は、GB3087-82「低中圧ボイラー用継目無鋼管」規格の要件に準拠しています。 (6) パイプ破壊の金属組織分析。顕微鏡金属組織検査後、微細構造はフェライト + パーライト、非金属介在物はレベル 1、粒度レベルは 6 ～ 8 であり、基本的に材料規格の要件を満たしています。解析後、破壊の端に沿って構造の変形が明らかであり、変形と同じ方向に二次亀裂が発生しています。破面の変形部の硬さはHV240～248、平均値はHV245、母材の非変形部の硬さはHV183～186です。 技術評価により、ベントパイプとヘッドの工場データが完全であり、規格に準拠していることがわかりました。**関連する技術基準、材料の選択、寸法の再検査はすべて設計図面の要件を満たしており、表面探傷後の構造隅肉溶接部には過度の欠陥は見つかりませんでした。しかし、破面の肉眼検査では、破面の色が暗く、ひどい塑性変形があることがわかりました。顕微鏡金属組織学的検査でも、破断面の端での組織の滑りが明らかであることが示されました。したがって、典型的な塑性破壊事故であると判断できます。 3) 応力解析 工学材料力学の理論解析によると、球形タンク上部の通気管コンポーネントは典型的な片持ち梁構造です。窒素が排出されると、流体は出口で突然 90°回転し、流体の横方向力積とベント パイプ (フォース アーム) の全長によってモーメントが形成され、コンポーネントの最大曲げモーメントはベント パイプとマンホール カバー ヘッドの接合部で正確に発生します。流体を吐出する際、配管継手に発生する最大曲げモーメントは、バルブの開度と出口エルボの角度に関係します。そのため、オペレータは空にする作業において、作業手順を厳守し、バルブの開度を把握する必要があります。同時に、安全な操作を確保するには、設計で 90° の曲がりを避ける必要があります。 3. 事故の結論 球形タンク上部のベント管破損事故の原因は、メンテナンス時にベント管のバルブを短時間に開きすぎたため、ベント管とマンホール蓋との接続部に過大な負荷がかかり、管壁にかかる平均応力が降伏限界および管の強度限界を超え、接続部（管壁）に塑性破壊を生じさせた。したがって、配管の破裂は、短期間に弁開度が大きくなりすぎたことと、構造設計の無理が関係していると考えられます。 4. いくつかの提案: 圧力容器の上部にあるベント パイプは、機器のプロセス要件に従って、製造、設置、メンテナンス、テストのために設定された排気装置です。圧力容器の主要な圧力コンポーネントの安全管理を強化する一方で、ベント装置の安全要件を無視することはできません。このベントパイプの突然の破損は、私たちの大きな注目を集める必要があります。著者は同僚の参考として以下の提案を提案する: (1) 圧力容器の運転者は安全な操作手順を誠実に実施し、安全意識を強化すべきである。ベント動作中は、バルブを短時間に一度に開きすぎないでください。バルブの公称直径の 1/3 を超えてバルブを開かないことが最善であり、圧力は慎重にゆっくりと解放する必要があります。 (2) 通気構造の設計では、空気流出口での 90° エルボの使用を避けるように努める必要があります。 120° ～ 135° を使用すると、流体の横方向の衝撃を軽減できます。排気時に底部に大きな曲げモーメント荷重がかかることを考慮すると、厚肉鋼管の使用を推奨します。さらに、構造の安定性を高めるために、過度の排気振動を防ぐための全体的な補強措置を設計時に考慮する必要があります。 (3) 製造および設置の際、厳格に実施する必要があります。**圧力容器に関する規制と技術基準、厳格な建設規律、ベントパイプの不適切な材料の防止、溶接による欠陥の排除。 (4) 日常の外観検査や圧力容器の内外の定期検査において、溶接部や母材の表面疲労亀裂や変形漏れの有無を中心に構成部品の安全性検査を強化する。発見されたら、時間内に修復する必要があります。 事故事例２： 河北省玉田県古樹鎮のXX飼料工場の圧力容器爆発の大事故の原因は：安全管理ネットワーク (1) 事故の概要 2001 年 10 月 26 日 14 時 56 分、玉田県古樹鎮大庄村の○○飼料工場の蒸し器作業場で圧力容器（蒸し器）の爆発が発生し、３名が死亡、約 15 万元の直接的な経済損失が発生した。 2001年10月26日13時30分、河北省玉田県古樹鎮大庄村の○○飼料工場が稼働を開始し、自家製の圧力容器（蒸し器）を使って鶏の羽根を​​蒸して飼料を製造した。第一タンクが蒸された後、第二タンクから蒸気の供給が開始され、圧力は0.24MPaまで上昇しました。 14時56分、蒸気タンクが爆発し、タンク蓋が飛散した。タンクの蓋と蒸気の波により、蒸気タンクの前で作業していた作業員が倒れ、ドアの角に傷を負った。交代後、彼らは作業場のドアの外で押しつぶしていた他の作業員2人を殴り倒した。タンクの蓋は蒸気タンクから31メートル離れたところまで転がった。同時に爆発によりタンクが移動し、屋根の一部（屋根はアスベスト瓦でできていた）が電波で破壊され、計3名が死亡、約15万元の直接的な経済損失が発生した。 (2) 事故原因の解析 1. 工場で使用していた圧力容器（蒸気タンク）は、何の情報も与えられていない自作の不適合品であった。締結ボルト座溶接部がフロート溶接されており、貫通しておらず強度が不足していた。 1998年12月31日にボイラーと圧力容器の使用を中止するよう通知が出された際に不正使用された。これが事故の主な原因でした。 2. 管理に関しては、第一に、工場には安全な生産管理と安全な作業手順に関する規則や規制がありません。；第二に、労働者は工場に入る際に厳格な安全教育と訓練を受けておらず、郡の関連部門が発行した雇用証明書を持っていなかった。；第三に、安全監督部門が発行した通知は効果的に実施されておらず、監督も適時ではありません。 3. 生産安全管理システムが標準化されておらず、工場における安全生産意識に関する町レベルの教育が不十分である。 (3) 同様の事故を防止するための措置 1. 圧力容器の安全使用に関する規定を厳格に実施し、圧力容器の設計、製造、設置及び使用は、規定、技術仕様及び厳格な基準に従って厳正に行う。関係部門は、違法に設計、製造、設置、使用された圧力容器を断固として禁止しなければならない。 2. 圧力容器には安全弁などの装置を設置し、感度と信頼性を確保するための検査を強化する必要があります。３ ガスシリンダー検査部門は、ガスシリンダーを、特に製造刻印及び検査刻印を中心に、所定の項目及び周期に従って検査し、基準を超えたガスシリンダー又は刻印が不明瞭で安全性の要件を満たさないガスシリンダーについては破壊廃棄を行うものとする。 4. ガスシリンダー使用者は使用前に検査を受ける必要があります。規格で定められた耐用年数を過ぎたガスシリンダーは使用しないでください。；ガスシリンダーの製造・検査刻印、封入ガスの種類・圧力をご確認ください。安全技術要件を満たしていないガスシリンダーの使用は固く禁止されています。ガスシリンダーは、説明書または警告ラベルの要件と規制に厳密に従って使用する必要があります。 5. ガスシリンダーの使用者は、シリンダー本体を溶接したり、シリンダーのシールやカラーマークを変更したりすることはできません。；廃ガスボンベ、検査期間を過ぎたガスボンベ、明らかな表面欠陥のあるガスボンベは使用できません。また、ボトル内の残液をご自身で処理することはできません。 事故事例３ ○○製紙株式会社の液体塩素シリンダー破裂による重大事故の原因：安全管理ネットワーク (1) 事故の概要 2008 年 9 月 6 日 13 時 30 分頃、寧夏回族自治県 XX 製紙有限公司の液体塩素ボトルが破裂し、119 名が刺激や中毒症状を呈し、このうち 33 名が病院で経過観察を受け、治療を受けている。 事故が起きたシリンダーは 8001 液体塩素シリンダーで、1981 年に製造され、銀川ナトリウム工場の液体塩素充填ステーションで充填されました。事件当時、ボトルは検査期間を過ぎ、使用されることなく野ざらしにされていた。ブラストポートは、アングルバルブを備えたガスシリンダー側のヘッドガードの固定溶接部の内側約 25mm にあります。母材を周方向に分割する。：、長さは約 750 mm、最小壁厚は 4 mm 未満です。基材の内面は滑らかですが、外側には明らかなストリップ腐食の兆候があります。 (2) 事故原因の解析 1. 事故が発生したボンベは、安全耐用年数を過ぎた廃ガスボンベであり、著しく腐食していた。シリンダーに液体塩素を充填した後、屋外で使用および保管しました。この爆発が液体塩素の漏洩の直接の原因となった。 2. ガスシリンダー使用者によるガスシリンダーの安全な使用と保管管理がガス漏れの主な原因です。 3. ガスボンベ充填装置は、耐用年数を過ぎたガスボンベを廃棄せず、逆に充填していたが、これが事故の重大な原因となった。 (3) 同様の事故を防止するための対策 1. 関係部門は、充填業者及び使用者に対し、使用中のガスシリンダーの安全検査を強化し、使用期限を過ぎたガスシリンダーや未検査のガスシリンダーの使用を避けるよう要請する。 2. ガスシリンダー充填装置は、「ガスシリンダー安全監督規則」および関連基準を厳格に遵守し、充填前に各ガスシリンダーを検査する専任担当者を配置し、必要に応じてガスシリンダーの壁厚を測定する必要があります。規制基準により充填が禁止されているシリンダー、またはラベルが不明瞭なシリンダーには充填を行ってはなりません。 事故事例４： 甘粛省西河県民福亜鉛工業有限公司の圧力容器爆発大事故の原因：安全管理ネットワーク （１）事故概要 ２００４年５月１２日１２時３１分、甘粛省西河県にある○○亜鉛工業有限公司の浸出タンク（圧力容器）において大爆発事故が発生し、死者１名、負傷者１名、直接的経済損失455万5,000元、間接的経済損失1,800万8,000元が発生した。 事故設備は亜鉛精鉱複合接触酸化直接浸出プロセスの主要設備である浸出タンクで、設計圧力は0.25MPa、設計温度は125℃である。℃；設計媒体は、非毒性、非引火性で強酸性の硫酸亜鉛、9% 硫酸、1% 硝酸です。；使用圧力0.2MPa、使用温度90～120℃℃；シリンダー本体は￠3600312、ヘッドはDN3600312、コンテナ高さは5390mm、シリンダーとヘッドの材質はQ235B、容積は47m2、シェル重量は1.08tです。容器の内壁ライニングはポリテトラフルオロエチレン、外壁断熱層はロックウール/50；コンテナには熱交換面積11.6m2の蒸気加熱（または水道水冷却）熱交換コイルと、YCK製3枚羽根傾斜パドル式で着脱可能なタービン撹拌機を装備しています。；コンテナシリンダーの腰部はフランジ（機器フランジと呼ばれる、16Mn鍛造鋼）で接続されています。上下のフランジ接続ボルトは M303380-T スタッドボルトとして設計されており、合計 72 本、材質は 35 鋼です。 2004 年 4 月 30 日にテストが実施されましたが、失敗しました。2004 年 5 月 12 日、2 回目のテストが実施されました。１２時３０分、液相温度は７７℃、圧力は０．０４ＭＰａとなり、酸素の導入を開始した。酸素流量は50m?/h、次に170m?/hに調整し、次に150〜130m?/hに調整します。12時31分、1号浸出槽で爆発が発生した。 この事故により、1号浸出槽設備のフランジを接続するスタッドボルト72本がすべて折損した。浸出タンクの上半分が跳ね上がり、工場の屋根の梁に激突し、屋根を突き破り、ミキサーのモーターシェルを粉砕した。コンテナの殻が傾いて落下し、モーターのローターが投げ出されて10メートル以上離れた屋根に着地した。；コンテナシェルに 1 つの亀裂があります (装置フランジと装置の下半分のイヤーシートの間に位置します)。；衝撃反力により砲弾上部頭部フランジ付近に激しい凹状変形が発生し、機器フランジに6箇所（上部フランジ2箇所、下部フランジ4箇所）の亀裂が発生した。；ミキサー、熱交換（冷​​却）コイル、パイプ、バルブが損傷し、ライニングや断熱層が部分的に損傷しています。；コンテナ支柱の鉄筋コンクリート橋脚上部100mm部分に亀裂が発生；作業場の１階と２階の窓ガラスが全壊した。；作業場にあった円形シングルビームクレーントラックは廃棄されました。当直者で作業場副所長の張氏は浸出槽に落ちて死亡した。；試運転の指揮官ルーは電波に直撃され、皮膚の一部に擦り傷を負った。 (2) 事故原因の解析 1. 直接原因 １号浸出槽の試運転中、浸出槽内の加熱条件下で濃縮鉱石粉末中の硫化亜鉛及び硫化鉄が希硫酸と化学反応し、硫化水素ガスが発生した。酸素供給の制御と遮断装置が粗雑だったため、浸出槽に供給される酸素の量は化学反応が起こる条件に達した。容器のライニングであるポリテトラフルオロエチレンの静電気特性により、不導体は静電気を発生することが決定されており、容器には導体帯電防止設備および不導体帯電防止設備が装備されていないため、放電して火花が発生し、化学反応に必要な発火条件が満たされるまで静電気が蓄積されます。H2S+3/2O2=SO2↑+H2O+519kg/mol という化学反応が起こると、二酸化硫黄ガスと多量の熱が発生します。これらの化学反応によって放出される熱は、二酸化硫黄ガスの体積を膨張させてエネルギーを放出することしかできません。その結果、容器内の圧力が急激に上昇します。呼び径 DN150 の安全弁では圧力を解放する時間がなく、容器構造の最も弱い部分が損傷します。 2. 主な理由は、機器製造部門が圧力容器を製造する資格を有していないことが契約に規定されているためである。技術提供者と当初の設計者の同意を得ずに、プロセス内で起こり得る反応や有害物質を知らずに、装置のフランジの位置やミキサーの位置、数、速度の変更を他人に委託し、結果としてボルトに応力が集中することになります。；提供されたコンテナの実際の完成図は、元の設計の設計媒体要件と一致しておらず、実際の状況とも一致していません。；コンテナのカテゴリは実際のニーズを満たしておらず、導体および非導体帯電防止装置の欠陥は設計されておらず、修正されていません。；安全弁の吐出能力の計算はありません；同時に、コンテナが工場から出荷される前に、違法なスポット溶接によってボルトが損傷しました。設置中に、コンテナは規制に従って報告されませんでした。圧力容器溶接の資格を持たない作業員に無許可で現場溶接を指示し、イヤーシート補強材の接続を誤ってコンテナ胴体に亀裂を生じさせた。 設計パラメータの提供者は、主要な化学反応プロセスで出現する必要がある有害物質を明確に説明せず、同時に設計上の欠陥のある機器図面を盲目的に確認したため、圧力容器の設計媒体は実際の使用条件と一致しませんでした。 3. 間接的な理由としては、オペレーターの事前訓練が不十分であることが挙げられます。酸素制御装置は合理的な制御を保証しません。 (3) 同様の事故を防止するための措置 1. 未熟なプロセスや専門家が承認したプロセスを大規模な工業生産に適用することは固く禁じられています。 2. 圧力容器の設計・製造部門に対する監督を強化し、設計・製造は設計条件の実現を満たさなければならない。３、特殊装備品の違法設置及び不正使用を防止するため、「特殊装備品安全監督規則」の周知徹底を一層強化する。 4. 亜鉛精鉱複合接触酸化の直接浸出プロセスの実現可能性を十分に実証する必要がある。プロセスが実際に実行可能である場合、プロセスの主要な機器である圧力容器 (浸出タンク) は、正式なテストまたはデモンストレーションを通じて改善され、完成されるはずです。： (1) クラス III 圧力容器の要求に従って圧力容器を設計および製造する。 (2) 体積、構造サイズ、設計圧力などの適切なパラメータを決定します。 (3) 安全アクセサリは、安全弁と破裂ディスクの組み合わせを優先する必要があります。 (4) 容器及び導管の導体又は非導体には静電気防止設備を設けること。 (5) 自動制御により、供給される酸素の総量（モル単位）が制御され、過剰な酸素は自動的にカットされます。適切な温度と流量を制御して、過温度、過圧力、混合ガスが爆発限界に達しないようにします。 (6) 気相媒体の冷却には、まず噴霧冷却法を使用する必要があります。