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热氨融霜过程中单冻机回气总管爆炸事故成因分析

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热氨融霜是目前冷库及单冻机融霜普遍采用的融霜方式。该方法是把将压缩机排出的高温氨气，经过油分离器分油后通入蒸发器（如单冻机）内，融化蒸发器外表面的结霜，进而达到去除结霜的目的。热氨融霜本身合理可行，但往往由于操作不当、管帽环焊缝未焊透、材料的低温脆性而产生爆管事故，导致氨气泄漏，造成人身危害和财产损失。因此，详细研究热氨融霜事故的发生原因，提出合理的预防措施，对于制冷企业的安全高效运行，意义非常重大。
　　本文通过对单冻机热氨融霜爆炸事故调研分析，对主要破坏部位回气总管与封头结构形式、承载能力进行了系统模拟研究，对氨制冷系统低温工况下融霜过程中液锤对回气总管及封头的安全性进行了评定，对回气总管和封头材料及焊缝的低温冲击韧性进行了试验研究，总结了发生事故的主要原因和产生的后果，从工艺选择、操作控制、设计施工等方面提出了预防措施。
　　论文的主要研究工作和成果如下：
　　(1)通过数值模拟计算，分析比较了回气总管三种封头结构的极限载荷。结果表明，椭圆形封头的极限载荷远大于平板封头，内嵌平板封头的极限载荷比外部焊接平板封头大；回气总管与封头间的焊缝缺陷也会对极限载荷产生一定的影响，极限载荷随未焊透深度的增加而明显减小，而随未焊透长度的增加变化不大。
　　(2)采用计算流体动力学分析方法，模拟了回气总管的液锤产生过程，并分析了剩余氨液量、热氨进口流速加速度和回气总管长度等对最大液锤压力的影响。回气总管的最大液锤压力随着剩余氨液量增加而呈二次方关系增大；随着热氨进口流速加速度和回气总管长度的增大而线性增大。
　　(3)分析了液锤压力作用下回气总管的应力强度。当未焊透缺陷深度为1mm时，最大应力强度位于回气总管封头处，而当未焊透缺陷深度为3mm时，最大应力强度位于回气总管与封头间连接的焊缝处。最大应力强度与剩余氨液量、热氨进口流速加速度、回气总管长度成正比关系。
　　(4)对回气总管典型材料20钢的母材和焊缝进行低温冲击试验。结果表明，冲击吸收能量随着冲击温度的下降逐渐降低，冲击韧性变差；手工焊低温脆性转变温度高于氩弧焊。

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