一起焊接絕熱氣瓶爆炸性質的分析①

姚小靜,衣 粟,韓 偉,朱元東

(山東省特種設備檢驗研究院,山東濟南 250013）

·安全技術·

一起焊接絕熱氣瓶爆炸性質的分析①

姚小靜,衣 粟,韓 偉,朱元東

(山東省特種設備檢驗研究院,山東濟南 250013）

簡單分析了一起焊接絕熱氣瓶的爆炸性質,認為此次焊接絕熱氣瓶爆炸為液氧泄漏,夾層中發生了物理和化學反應過程,導致夾層絕熱材料燃燒,壓力升高,最終發生粉碎性爆炸,并就如何安全使用焊接絕熱氣瓶提出了一些建議。

焊接絕熱氣瓶;夾層;泄漏;粉碎性爆炸

2007年 5月份山東省某廠將盛液氧的焊接絕熱氣瓶運往車間過程中發生粉碎性爆炸,造成一死二傷,廠房玻璃幾乎全部損壞,其中一塊碎片飛上2層樓高的屋頂。筆者根據相關資料,對這起焊接絕熱氣瓶爆炸的過程進行了推斷。

1 爆炸性質的判定

現場問詢記錄中的所提問題并未涉及氣瓶爆炸前后及爆炸過程及現象的有關信息,如爆炸前瓶體是否有結霜、爆炸時是否有煙霧、有無閃光、著火、響聲 (一次響聲或兩次響聲）、爆炸后現場氣瓶殘骸的分布圖、廠房的損壞情況描述,而后來因為沒有很好地保護現場,也無法再進行詳細的調查,故無法通過能量計算來量化爆炸的性質,只能通過事故現場照片及事故殘骸的實驗分析進行推斷。

筆者通過對事故現場問詢資料、殘片及內膽進行了仔細檢查和實驗,認為爆炸是因為液氧泄漏后,在夾層中不斷汽化,當壓力和溫度達到一定程度,夾層中的絕熱材料鋁箔燃燒,使真空夾層壓力升高,進而加劇液氧從盤管中泄漏,在夾層中大量汽化,夾層壓力急劇增加,最終導致爆炸。即導致爆炸的性質為物理過程和化學過程綜合作用,原因如下:

(1）內膽外壁上的附著物,說明爆炸前夾層發生過緩慢燃燒

通過對爆炸后的內膽進行檢測,發現內膽外壁均勻附著一層黑色的燃燒物,經 XRD能譜分析發現,黑色附著物為A l2O3,即鋁箔的燃燒產物,說明在爆炸之前,夾層有過緩慢的燃燒反應。因為從現場事故照片中可以看出,爆炸的威力巨大,因此若爆炸后燃燒,則絕熱材料會隨著劇烈的爆炸散開,不會在整個內膽外壁均勻附著。但要發生燃燒反應,必須壓力和溫度達到一定程度,才可以發生,所以是先有物理變化過程,然后發生燃燒反應。

有關爆炸前瓶體是否有異常現象,筆者曾電話詢問有關人員,得到的結論是未發現異常現象,但筆者認為可能是由于工人缺乏相應的氣瓶安全知識,對于爆炸前的一些跡象并未留意,因為內膽外殼上附著的均勻鋁箔燃燒物,說明在爆炸之前夾層中發生過燃燒反應,因此瓶體在燃燒反應發生前應該有大面積的結霜出現。

(2）內膽未發生泄漏,盤管發現穿透性晶間腐蝕裂紋

通過對爆炸氣瓶內膽進行壓力試驗,未發現泄漏點,同時內膽上均勻的燃燒物,說明在夾層中發生了泄漏,在對盤管殘管進行檢查時,發現斷口明顯呈燒毀狀且有較為平整的斷口,而且不同程度的存在約 2 mm直徑的穿孔,對盤管進行了金相檢驗,發現了穿透性晶間腐蝕裂紋,且均從外壁向內壁裂開,見圖 1。

圖 1 盤管由外向內出現穿透性裂紋Fig.1 The through crack from out to inerof PB Coil

(3）外殼壁厚減薄,說明爆炸前發生過塑性變形

通過外殼碎片壁厚測量發現,外殼接近上封頭筒體部位呈 45°斷口處,存在明顯的減薄,壁厚最薄處為 1.82mm,在未發生明顯塑性變形部位取樣進行力學性能試驗,試樣壁厚為 2.6 mm (名義厚度 3mm）,說明在發生爆炸前外殼發生過塑性變形。更進一步說明夾層中有壓力升高的過程,依據GB5100—94《鋼質焊接氣瓶》,根據實測壁厚,鋼瓶外徑及機械性能試驗數據,外殼爆破所需要壓力為:度。又據氣瓶爆炸所形成的碎片數 (一塊碎片幾乎全部碾平）及飛行距離,沖擊波對廠房玻璃的損壞情況,爆炸時壓力遠遠大于外殼爆破所需壓力,因此只有夾層壓力急劇升高,才可能產生如此高的壓力。

綜上所述,此氣瓶爆炸為物理過程和化學反應相互作用的綜合結果。

2 焊接絕熱氣瓶常見問題及解決措施

式中,Pb為鋼瓶實測爆破壓力;Sb為瓶體實測最小壁厚;D0為鋼瓶外直徑;σb為標準規定的抗拉強

目前焊接絕熱氣瓶的檢驗使用沒有統一的標準,因此應加強使用過程中的監控,發現異常問題及時處理,避免不必要的事故。筆者通過查詢,對焊接絕熱氣瓶常見問題及解決措施進行歸納總結,見表 1。

表 1 焊接絕熱氣瓶常見問題及解決措施Tab.1 The question&solutionm easure ofwelded insu lated cylinders

3 建 議

國家新出臺了 GB 24159—2009《焊接絕熱氣瓶》標準,并將于 2010年 4月 1號實施,但該標準只規定了制造的相關要求,如何檢驗尚屬空白,而目前焊接絕熱氣瓶已廣泛應用,因此為了保障氣瓶使用安全,提出如下建議:

(1）國家相關部門應盡快出臺相應的焊接絕熱氣瓶充裝和定期檢驗標準,使氣瓶充裝和定期檢驗有章可循,以降低事故概率。

(2）氣瓶使用單位應嚴格按照《氣瓶安全監察規定》、《氣瓶安全監察規程》、GB18442—2001《低溫絕熱壓力容器》及制造廠提供的使用說明進行,準確填寫氣瓶的充裝、使用、維修等相關記錄,確保氣瓶使用過程中的安全。

(3）事故調查過程中,應嚴格按照事故調查程序進行,為后續技術分析提供充分的技術證明。

[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

姚小靜(1980-）,女,1980年,碩士研究生,工程師,主要從事特種設備失效分析及檢驗評價研究。