一起焊接絕熱氣瓶爆炸性質(zhì)的分析①

姚小靜,衣 粟,韓 偉,朱元東

(山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院,山東濟(jì)南 250013）

·安全技術(shù)·

一起焊接絕熱氣瓶爆炸性質(zhì)的分析①

姚小靜,衣 粟,韓 偉,朱元東

(山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院,山東濟(jì)南 250013）

簡單分析了一起焊接絕熱氣瓶的爆炸性質(zhì),認(rèn)為此次焊接絕熱氣瓶爆炸為液氧泄漏,夾層中發(fā)生了物理和化學(xué)反應(yīng)過程,導(dǎo)致夾層絕熱材料燃燒,壓力升高,最終發(fā)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(yùn)往車間過程中發(fā)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(jù)相關(guān)資料,對(duì)這起焊接絕熱氣瓶爆炸的過程進(jìn)行了推斷。

1 爆炸性質(zhì)的判定

現(xiàn)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(xiàn)象的有關(guān)信息,如爆炸前瓶體是否有結(jié)霜、爆炸時(shí)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(xiàn)場氣瓶殘骸的分布圖、廠房的損壞情況描述,而后來因?yàn)闆]有很好地保護(hù)現(xiàn)場,也無法再進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查,故無法通過能量計(jì)算來量化爆炸的性質(zhì),只能通過事故現(xiàn)場照片及事故殘骸的實(shí)驗(yàn)分析進(jìn)行推斷。

筆者通過對(duì)事故現(xiàn)場問詢資料、殘片及內(nèi)膽進(jìn)行了仔細(xì)檢查和實(shí)驗(yàn),認(rèn)為爆炸是因?yàn)橐貉跣孤┖?在夾層中不斷汽化,當(dāng)壓力和溫度達(dá)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(jìn)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(dǎo)致爆炸。即導(dǎo)致爆炸的性質(zhì)為物理過程和化學(xué)過程綜合作用,原因如下:

(1）內(nèi)膽外壁上的附著物,說明爆炸前夾層發(fā)生過緩慢燃燒

通過對(duì)爆炸后的內(nèi)膽進(jìn)行檢測,發(fā)現(xiàn)內(nèi)膽外壁均勻附著一層黑色的燃燒物,經(jīng) XRD能譜分析發(fā)現(xiàn),黑色附著物為A l2O3,即鋁箔的燃燒產(chǎn)物,說明在爆炸之前,夾層有過緩慢的燃燒反應(yīng)。因?yàn)閺默F(xiàn)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(huì)隨著劇烈的爆炸散開,不會(huì)在整個(gè)內(nèi)膽外壁均勻附著。但要發(fā)生燃燒反應(yīng),必須壓力和溫度達(dá)到一定程度,才可以發(fā)生,所以是先有物理變化過程,然后發(fā)生燃燒反應(yīng)。

有關(guān)爆炸前瓶體是否有異常現(xiàn)象,筆者曾電話詢問有關(guān)人員,得到的結(jié)論是未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象,但筆者認(rèn)為可能是由于工人缺乏相應(yīng)的氣瓶安全知識(shí),對(duì)于爆炸前的一些跡象并未留意,因?yàn)閮?nèi)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(fā)生過燃燒反應(yīng),因此瓶體在燃燒反應(yīng)發(fā)生前應(yīng)該有大面積的結(jié)霜出現(xiàn)。

(2）內(nèi)膽未發(fā)生泄漏,盤管發(fā)現(xiàn)穿透性晶間腐蝕裂紋

通過對(duì)爆炸氣瓶內(nèi)膽進(jìn)行壓力試驗(yàn),未發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn),同時(shí)內(nèi)膽上均勻的燃燒物,說明在夾層中發(fā)生了泄漏,在對(duì)盤管殘管進(jìn)行檢查時(shí),發(fā)現(xiàn)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(duì)盤管進(jìn)行了金相檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)了穿透性晶間腐蝕裂紋,且均從外壁向內(nèi)壁裂開,見圖 1。

圖 1 盤管由外向內(nèi)出現(xiàn)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(fā)生過塑性變形

通過外殼碎片壁厚測量發(fā)現(xiàn),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(fā)生明顯塑性變形部位取樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn),試樣壁厚為 2.6 mm (名義厚度 3mm）,說明在發(fā)生爆炸前外殼發(fā)生過塑性變形。更進(jìn)一步說明夾層中有壓力升高的過程,依據(jù)GB5100—94《鋼質(zhì)焊接氣瓶》,根據(jù)實(shí)測壁厚,鋼瓶外徑及機(jī)械性能試驗(yàn)數(shù)據(jù),外殼爆破所需要壓力為:度。又據(jù)氣瓶爆炸所形成的碎片數(shù) (一塊碎片幾乎全部碾平）及飛行距離,沖擊波對(duì)廠房玻璃的損壞情況,爆炸時(shí)壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(chǎn)生如此高的壓力。

綜上所述,此氣瓶爆炸為物理過程和化學(xué)反應(yīng)相互作用的綜合結(jié)果。

2 焊接絕熱氣瓶常見問題及解決措施

式中,Pb為鋼瓶實(shí)測爆破壓力;Sb為瓶體實(shí)測最小壁厚;D0為鋼瓶外直徑;σb為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗拉強(qiáng)

目前焊接絕熱氣瓶的檢驗(yàn)使用沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),因此應(yīng)加強(qiáng)使用過程中的監(jiān)控,發(fā)現(xiàn)異常問題及時(shí)處理,避免不必要的事故。筆者通過查詢,對(duì)焊接絕熱氣瓶常見問題及解決措施進(jìn)行歸納總結(jié),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(tái)了 GB 24159—2009《焊接絕熱氣瓶》標(biāo)準(zhǔn),并將于 2010年 4月 1號(hào)實(shí)施,但該標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了制造的相關(guān)要求,如何檢驗(yàn)尚屬空白,而目前焊接絕熱氣瓶已廣泛應(yīng)用,因此為了保障氣瓶使用安全,提出如下建議:

(1）國家相關(guān)部門應(yīng)盡快出臺(tái)相應(yīng)的焊接絕熱氣瓶充裝和定期檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),使氣瓶充裝和定期檢驗(yàn)有章可循,以降低事故概率。

(2）氣瓶使用單位應(yīng)嚴(yán)格按照《氣瓶安全監(jiān)察規(guī)定》、《氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程》、GB18442—2001《低溫絕熱壓力容器》及制造廠提供的使用說明進(jìn)行,準(zhǔn)確填寫氣瓶的充裝、使用、維修等相關(guān)記錄,確保氣瓶使用過程中的安全。

(3）事故調(diào)查過程中,應(yīng)嚴(yán)格按照事故調(diào)查程序進(jìn)行,為后續(xù)技術(shù)分析提供充分的技術(shù)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(shè)備失效分析及檢驗(yàn)評(píng)價(jià)研究。