Где и когда произошло:
Казахстан, г. Усть-Каменогорск, машиностроительный комплекс АО «Востокмашзавод». Центральная воздушно-компрессорная станция цеха тяжелого оборудования, вертикальный стальной воздухосборник (ресивер) типа В-10 (объем 10 кубических метров, рабочее давление 0,8 МПа). 19 октября 2021 года, утренняя пересменка, 07:48.
Что произошло (хроника ЧП):
В компрессорной станции работали два поршневых компрессора 2ВМ10-63/9, подававших сжатый воздух в сеть пневмоинструмента и формовочных машин литейного пролета. В ночную смену вышел из строя контактный манометр автоматического отключения двигателей компрессоров, а пружина сдвоенного предохранительного клапана на верхней крышке ресивера «закоксовалась» нагаром масляных паров и не сработала при превышении порога в 8 атмосфер.
В течение последних трех лет конденсатоотводчик в нижней точке аппарата регулярно забивался шламом, из-за чего продувка влагомаслоотделителя слесарями производилась «на глаз» раз в неделю вместо каждой смены. В нижнем днище сосуда скопилась агрессивная смесь компрессорного масла, воды и сернистых соединений, вызвавшая глубинную язвенную коррозию металла.
Давление в ресивере поднялось до 11,5 атмосфер. В момент, когда машинист компрессорных установок и дежурный слесарь подошли к аппарату для сверки журнала показаний, нижнее эллиптическое днище разорвало по околошовному сварному соединению.
Механика аварии:
- Утонение стенки под действием электрохимической коррозии: При проектной толщине обечайки и днища 12 мм остаточная толщина металла в очагах язвенной коррозии в нижней части ресивера составляла менее 3,5 мм.
- Колоссальный запас пневматической энергии: Сжатый газ обладает взрывным потенциалом, кардинально отличающимся от несжимаемой жидкости. Внутренняя потенциальная энергия 10 кубометров воздуха под давлением свыше 1,1 МПа эквивалентна мгновенной детонации 15 кг тротила.
- Касательные и окружные напряжения (формула Лапласа): Механическое напряжение в стенке цилиндрической оболочки превысило предел текучести конструкционной стали:
- $$\sigma = \frac{P \cdot D}{2s}$$
- В месте коррозионного истончения металл перешел в пластическое течение с последующим хрупким разрывом.
- Реактивный взлет сосуда (эффект ракеты): Мгновенный срез нижнего днища вызвал импульсный направленный сброс воздуха вертикально вниз. Корпус ресивера массой более 3,2 тонн превратился в неуправляемую ракету: сорвав анкерные болты фундамента М36, обечайка с верхним сферическим куполом взлетела вертикально вверх, пробила железобетонную плиту перекрытия компрессорной станции толщиной 220 мм и вылетела на кровлю здания.
Последствия:
Двое рабочих находились в полутора метрах от вздувшегося днища.
- Травматический удар: Фронт ударной волны с избыточным давлением более 3 атмосфер отбросил людей на массивные чугунные станины компрессоров. Разрушение костей свода черепа, множественные оскольчатые переломы ребер, травматический отрыв нижних конечностей и разрыв внутренних органов привели к мгновенной гибели обоих специалистов на месте.
- Разрушение цеха: Взрывная волна выбила все оконные проемы компрессорного отделения, обрушила внутренние кирпичные перегородки операторской и перебила главный технологический паропровод, заполнив помещение глухим перегретым паром. Работа пневмосетей завода была полностью парализована.
Грубейшие нарушения:
- Отсутствие регулярной ежесменной продувки ресивера от конденсата и масляных отложений.
- Эксплуатация сосуда, работающего под давлением, с заклинившим или непроверенным предохранительным клапаном.
- Формальный подход к неразрушающему контролю (ультразвуковой толщинометрии) стенок и днищ сосуда при проведении периодического технического освидетельствования.
- Отсутствие дублирующего разрывного диска (предохранительной мембраны) на случай отказа пружинного клапана.
- Размещение рабочих мест персонала и журнальных столиков в непосредственной близости от неотгороженных сосудов под давлением.
Как выжить (инструкция по безопасности при эксплуатации сосудов под давлением):
- Ежедневный ручной подрыв клапана: Предохранительный клапан ресивера проверяется на работоспособность в начале каждой смены. Для этого используется штатный рычаг ручного подрыва («ручной спуск»). Если при оттягивании рычага клапан не сбрасывает порцию воздуха или шток заклинило нагаром — компрессор немедленно останавливается, а давление стравливается в магистраль.
- Принудительный слив конденсата: Спуск конденсата и отстоя масла из нижней точки ресивера производится минимум дважды в смену через дренажный вентиль до появления чистого сухого воздуха. Оптимальное решение — установка автоматических электронных конденсатоотводчиков с обогревом от замерзания.
- Толщинометрия днища: Не реже одного раза в 12 месяцев нижний пояс и зона сварного шва нижнего днища подвергаются контрольному ультразвуковому замеру толщины стенки. Утонение металла более чем на 20% от паспортного значения требует немедленной отбраковки и утилизации сосуда.
- Дистанцирование и бронирование: Воздухосборники объемом свыше 1 куб. метра должны устанавливаться вне помещений, где постоянно находятся люди (на открытых площадках с навесом за глухой капитальной стеной), либо отделяться от компрессорного зала защитными железобетонными экранами.