一起焊接绝热气瓶爆炸性质的分析①

姚小静,衣 粟,韩 伟,朱元东

(山东省特种设备检验研究院,山东济南 250013）

·安全技术·

一起焊接绝热气瓶爆炸性质的分析①

姚小静,衣 粟,韩 伟,朱元东

(山东省特种设备检验研究院,山东济南 250013）

简单分析了一起焊接绝热气瓶的爆炸性质,认为此次焊接绝热气瓶爆炸为液氧泄漏,夹层中发生了物理和化学反应过程,导致夹层绝热材料燃烧,压力升高,最终发生粉碎性爆炸,并就如何安全使用焊接绝热气瓶提出了一些建议。

焊接绝热气瓶;夹层;泄漏;粉碎性爆炸

2007年 5月份山东省某厂将盛液氧的焊接绝热气瓶运往车间过程中发生粉碎性爆炸,造成一死二伤,厂房玻璃几乎全部损坏,其中一块碎片飞上2层楼高的屋顶。笔者根据相关资料,对这起焊接绝热气瓶爆炸的过程进行了推断。

1 爆炸性质的判定

现场问询记录中的所提问题并未涉及气瓶爆炸前后及爆炸过程及现象的有关信息,如爆炸前瓶体是否有结霜、爆炸时是否有烟雾、有无闪光、着火、响声 (一次响声或两次响声）、爆炸后现场气瓶残骸的分布图、厂房的损坏情况描述,而后来因为没有很好地保护现场,也无法再进行详细的调查,故无法通过能量计算来量化爆炸的性质,只能通过事故现场照片及事故残骸的实验分析进行推断。

笔者通过对事故现场问询资料、残片及内胆进行了仔细检查和实验,认为爆炸是因为液氧泄漏后,在夹层中不断汽化,当压力和温度达到一定程度,夹层中的绝热材料铝箔燃烧,使真空夹层压力升高,进而加剧液氧从盘管中泄漏,在夹层中大量汽化,夹层压力急剧增加,最终导致爆炸。即导致爆炸的性质为物理过程和化学过程综合作用,原因如下:

(1）内胆外壁上的附着物,说明爆炸前夹层发生过缓慢燃烧

通过对爆炸后的内胆进行检测,发现内胆外壁均匀附着一层黑色的燃烧物,经 XRD能谱分析发现,黑色附着物为A l2O3,即铝箔的燃烧产物,说明在爆炸之前,夹层有过缓慢的燃烧反应。因为从现场事故照片中可以看出,爆炸的威力巨大,因此若爆炸后燃烧,则绝热材料会随着剧烈的爆炸散开,不会在整个内胆外壁均匀附着。但要发生燃烧反应,必须压力和温度达到一定程度,才可以发生,所以是先有物理变化过程,然后发生燃烧反应。

有关爆炸前瓶体是否有异常现象,笔者曾电话询问有关人员,得到的结论是未发现异常现象,但笔者认为可能是由于工人缺乏相应的气瓶安全知识,对于爆炸前的一些迹象并未留意,因为内胆外壳上附着的均匀铝箔燃烧物,说明在爆炸之前夹层中发生过燃烧反应,因此瓶体在燃烧反应发生前应该有大面积的结霜出现。

(2）内胆未发生泄漏,盘管发现穿透性晶间腐蚀裂纹

通过对爆炸气瓶内胆进行压力试验,未发现泄漏点,同时内胆上均匀的燃烧物,说明在夹层中发生了泄漏,在对盘管残管进行检查时,发现断口明显呈烧毁状且有较为平整的断口,而且不同程度的存在约 2 mm直径的穿孔,对盘管进行了金相检验,发现了穿透性晶间腐蚀裂纹,且均从外壁向内壁裂开,见图 1。

图 1 盘管由外向内出现穿透性裂纹Fig.1 The through crack from out to inerof PB Coil

(3）外壳壁厚减薄,说明爆炸前发生过塑性变形

通过外壳碎片壁厚测量发现,外壳接近上封头筒体部位呈 45°断口处,存在明显的减薄,壁厚最薄处为 1.82mm,在未发生明显塑性变形部位取样进行力学性能试验,试样壁厚为 2.6 mm (名义厚度 3mm）,说明在发生爆炸前外壳发生过塑性变形。更进一步说明夹层中有压力升高的过程,依据GB5100—94《钢质焊接气瓶》,根据实测壁厚,钢瓶外径及机械性能试验数据,外壳爆破所需要压力为:度。又据气瓶爆炸所形成的碎片数 (一块碎片几乎全部碾平）及飞行距离,冲击波对厂房玻璃的损坏情况,爆炸时压力远远大于外壳爆破所需压力,因此只有夹层压力急剧升高,才可能产生如此高的压力。

综上所述,此气瓶爆炸为物理过程和化学反应相互作用的综合结果。

2 焊接绝热气瓶常见问题及解决措施

式中,Pb为钢瓶实测爆破压力;Sb为瓶体实测最小壁厚;D0为钢瓶外直径;σb为标准规定的抗拉强

目前焊接绝热气瓶的检验使用没有统一的标准,因此应加强使用过程中的监控,发现异常问题及时处理,避免不必要的事故。笔者通过查询,对焊接绝热气瓶常见问题及解决措施进行归纳总结,见表 1。

表 1 焊接绝热气瓶常见问题及解决措施Tab.1 The question&solutionm easure ofwelded insu lated cylinders

3 建 议

国家新出台了 GB 24159—2009《焊接绝热气瓶》标准,并将于 2010年 4月 1号实施,但该标准只规定了制造的相关要求,如何检验尚属空白,而目前焊接绝热气瓶已广泛应用,因此为了保障气瓶使用安全,提出如下建议:

(1）国家相关部门应尽快出台相应的焊接绝热气瓶充装和定期检验标准,使气瓶充装和定期检验有章可循,以降低事故概率。

(2）气瓶使用单位应严格按照《气瓶安全监察规定》、《气瓶安全监察规程》、GB18442—2001《低温绝热压力容器》及制造厂提供的使用说明进行,准确填写气瓶的充装、使用、维修等相关记录,确保气瓶使用过程中的安全。

(3）事故调查过程中,应严格按照事故调查程序进行,为后续技术分析提供充分的技术证明。

[1]http://www.0769sanxin.com/page/inform ation/hjjyqpc jgzh jjcx.htm l

Ana lysis of The A cc iden t ofW elded In su la ted Cy linders

YAO X iao-jing,Y I-Su,HAN-W ei,ZHU Yuan-dong
(Shandong Special Equipm ent Inspection Institute,Jinan 250013,China）

Simp ly analyze the accidentofwelded insu lated cylinders,The exp lore reason is liquid oxygen leaking,to cause the insu latingm aterial burned and the pressure raised,the cylinder exp loded finally.And give som e advice about how to use the cylinder safely.

welded insulated cylinders;vacuum interspace;leaking;exp losion

TQ051.3

A

1007-7804(2010）01-0044-04

10.3969/j.issn.1007-7804.2010.01.012

2010-01-05

姚小静(1980-）,女,1980年,硕士研究生,工程师,主要从事特种设备失效分析及检验评价研究。