臺(tái)中港口儲(chǔ)罐水壓試驗(yàn)時(shí)因負(fù)壓失穩(wěn)(Vacuum Implosion)事故
近期,中國臺(tái)灣臺(tái)中港發(fā)生的一起儲(chǔ)罐因負(fù)壓失穩(wěn)(Vacuum Implosion)內(nèi)癟事故表明,即使是在水壓試驗(yàn)階段,若忽視最基本的工程控制要求,常壓儲(chǔ)罐同樣可能遭受嚴(yán)重結(jié)構(gòu)損壞。這是一個(gè)值得所有工程人員牢記的重要教訓(xùn)。
在一座新建儲(chǔ)罐進(jìn)行水壓試驗(yàn)期間,罐壁發(fā)生了嚴(yán)重屈曲(Shell Buckling)并最終整體失穩(wěn)塌陷(Collapse)。初步調(diào)查顯示,在排水過程中,儲(chǔ)罐可能未能提供足夠的通氣能力。隨著罐內(nèi)液位快速下降,罐內(nèi)形成的負(fù)壓超過了設(shè)計(jì)允許值,導(dǎo)致罐壁在外部大氣壓力作用下發(fā)生失穩(wěn)內(nèi)癟(Implosion)。
幸運(yùn)的是,由于事故發(fā)生時(shí)儲(chǔ)罐內(nèi)已無人員作業(yè),且罐內(nèi)為空,因此未造成人員傷亡。
該事故再次凸顯了儲(chǔ)罐建造及試運(yùn)階段需要重點(diǎn)關(guān)注的風(fēng)險(xiǎn):
常壓儲(chǔ)罐僅按極低正壓和負(fù)壓工況設(shè)計(jì),其允許內(nèi)壓和真空度十分有限。
在水壓試驗(yàn)過程中,注水和排水速率必須嚴(yán)格控制,并與通氣能力相匹配。
在試驗(yàn)開始前,應(yīng)確認(rèn)呼吸閥、通氣口及相關(guān)放空系統(tǒng)已安裝完成并處于正常工作狀態(tài)。
由負(fù)壓引起的儲(chǔ)罐失穩(wěn)通常發(fā)生極為迅速,可能在數(shù)秒內(nèi)導(dǎo)致整個(gè)罐體發(fā)生災(zāi)難性屈曲,并使新建儲(chǔ)罐完全報(bào)廢。
水壓試驗(yàn)期間因負(fù)壓導(dǎo)致的儲(chǔ)罐內(nèi)爆,本質(zhì)上屬于一種完全可預(yù)防的人為失效。 當(dāng)排水速率超過通氣系統(tǒng)的進(jìn)氣能力時(shí),罐內(nèi)壓力將迅速下降并形成真空。對(duì)于大直徑薄壁儲(chǔ)罐而言,其承受外壓和負(fù)壓的能力極為有限,哪怕僅產(chǎn)生千帕級(jí)別的負(fù)壓,也可能引發(fā)罐壁屈曲失穩(wěn)。
真空保護(hù)系統(tǒng)失效的原因可能包括真空呼吸閥容量不足、閥門堵塞、臨時(shí)封閉通氣口,或者調(diào)試期間未按程序開啟人孔等。為避免此類事故,在充水和排水試驗(yàn)前,必須驗(yàn)證通氣系統(tǒng)的實(shí)際能力,并確保所有臨時(shí)工況均經(jīng)過風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。
許多儲(chǔ)罐事故并非發(fā)生在設(shè)計(jì)工況下,而是發(fā)生在調(diào)試階段那些看似簡(jiǎn)單的操作過程中。試運(yùn)和調(diào)試階段存在許多獨(dú)特的危險(xiǎn)源,其性質(zhì)往往不同于正常運(yùn)行階段所考慮的設(shè)計(jì)工況。 在此期間,充水與排水操作、通氣系統(tǒng)能力驗(yàn)證以及各種臨時(shí)工況管理,都應(yīng)獲得與裝置正常運(yùn)行期間工藝安全管理同等的關(guān)注。
實(shí)踐表明,新建儲(chǔ)罐在尚未投入正式運(yùn)行之前,便可能遭受其服役過程中最嚴(yán)重的機(jī)械完整性挑戰(zhàn)。
此外,有些操作人員為了保持罐內(nèi)清潔,錯(cuò)誤地關(guān)閉通氣口。這種做法極其危險(xiǎn),很可能導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。
