瓶閥檢驗確認(rèn)氣瓶爆炸事故原因

邱兆蓉 劉獻游 四川省特種設(shè)備檢驗研究院

瓶閥檢驗確認(rèn)氣瓶爆炸事故原因

邱兆蓉 劉獻游 四川省特種設(shè)備檢驗研究院

在一起無縫氣瓶爆炸事故鑒定檢驗中，由于缺乏直接證據(jù)和存在其它特殊情況，對確定其爆炸性質(zhì)產(chǎn)生了困難。針對這一情況筆者增加了爆炸氣瓶瓶閥的拆解檢驗和對同批充裝未爆炸氣瓶瓶閥拆解檢驗，通過對比分析找到了證據(jù)，得出了結(jié)論意見。同時，對今后防止類似事故發(fā)生及開展鑒定檢驗工作有一些參考和借鑒的作用。

1 事故情況

某年8月，四川省發(fā)生一起無縫氣瓶爆炸事故，造成2人死亡和2人受傷。氣瓶運輸車輛和附近工棚等受損，經(jīng)濟損失達100多萬元。事發(fā)后有關(guān)部門委托筆者單位對爆炸后的殘瓶進行鑒定檢驗，并對爆炸原因進行分析。

當(dāng)天共28只氣瓶在充裝站充裝氧氣后裝上運輸車，在烈日曝曬下（室外氣溫高達40℃以上）經(jīng)約2h運輸后，中午時分到達使用現(xiàn)場即刻卸車。在第10只氣瓶的卸車過程中，氣瓶發(fā)生爆炸。造成2名卸車人員當(dāng)場身亡，2名人員受傷?，F(xiàn)場目擊者證實，氣瓶卸車采用圖1所示的方式。

圖1 氣瓶卸車方式示意圖

事故發(fā)生后，相關(guān)部門封存了該批氣瓶，并經(jīng)過檢查確認(rèn)該批氣瓶實際充裝壓力為13MPa。同時，對該批瓶內(nèi)氣體進行抽樣分析，分析結(jié)果為：氧95.3%(體積比)，氮1.5%，二氧化碳1.0%，未檢出可燃?xì)怏w。

一般所知的氧氣瓶爆炸事故絕大多數(shù)都是因粘染油脂，在充裝或使用過程中發(fā)生化學(xué)爆炸。但這起事故卻發(fā)生在卸車過程中，或許發(fā)生的并不是化學(xué)爆炸。發(fā)生化學(xué)爆炸都會留有燃燒痕跡和產(chǎn)物，通過檢測比較容易識別和判斷，但前期調(diào)查處理人員在開展

初步取證工作后，為清理現(xiàn)場和爆炸殘瓶，曾使用大量的水進行沖洗和擦洗，即使有燃燒痕跡或產(chǎn)物可能已被清洗掉了，致使確定化學(xué)爆炸的直接證據(jù)被消除或難以獲取。缺乏直接證據(jù)就需查找其他證據(jù)，是這起事故的又一特殊情況。

2 鑒定檢驗情況

1）經(jīng)過查閱制造廠提供的出廠技術(shù)資料,并核對殘瓶鋼印標(biāo)識,確定該爆炸氣瓶的基本信息為：制造標(biāo)準(zhǔn)GB5099《鋼質(zhì)無縫氣瓶》,出廠時間6個月,氣瓶型號WMA219-40-15,氣瓶參數(shù)TP22.5、WP15、V40.4、S5.7、DN219,氣瓶材質(zhì)34Mn2V，充裝介質(zhì)CO2（鋼印和質(zhì)證書),瓶閥型號QF-2型瓶閥、WP15。

2）對殘瓶進行宏觀檢驗，包括外觀檢查、鋼印標(biāo)記檢查、斷口宏觀檢查和瓶閥外觀檢查。

（1）宏觀檢驗。經(jīng)外觀檢查，該殘瓶瓶體外表面存在鋁白色和淡酞藍色兩種漆色，且為鋁白色覆蓋淡酞藍色，內(nèi)表面未發(fā)現(xiàn)明顯的燃燒積碳痕跡；在距瓶底約500mm的瓶體內(nèi)表面處，有一長軸方向平行于瓶體軸線的橢圓形凹坑，大小約為150×100mm；該凹坑中間部位開裂，軸向貫穿整個凹坑（見圖2）從破口處可見凹坑部位瓶體嚴(yán)重減薄，凹坑中間開裂部位為最薄處；氣瓶因爆炸開裂及碰撞整體嚴(yán)重扭曲變形（見圖3)；沿破口檢查，各部位未見明顯的局部塑性變形（即無通常超壓爆破起爆點周圍存在向外鼓出的特征)，僅在凹坑最薄部位有少量的內(nèi)凹變形；測量殘瓶三個斷面（包括凹坑部位）的瓶體周長均約為680mm左右（換算成外徑約為216.6mm）左右，與正常氣瓶比較無明顯異常，表明該氣瓶爆炸前后瓶體未產(chǎn)生明顯的整體或局部塑性變形。

圖2 殘瓶瓶體凹坑

圖3 瓶體扭曲變形

（2）檢查殘瓶鋼印標(biāo)記，制造廠鋼印標(biāo)識、充裝站鋼印標(biāo)識、首次充裝日期和充裝站氣瓶自編號鋼印齊全、完整。

（3）對斷口進行宏觀檢查，瓶體的斷口大多呈帶45°剪切唇的韌性斷裂形貌，僅在少數(shù)部位（如瓶肩和凹坑部位的最薄處）有部分?jǐn)嗫诔?0°形貌，各斷口對應(yīng)部位的痕跡相吻合，未見有缺失及碎片。

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（4）對殘瓶瓶閥進行外觀檢查，閥體未見嚴(yán)重?fù)p傷，閥桿、出氣口發(fā)生變形和損傷，未見閥體安全帽及爆破片，其連接螺紋有損傷；卸下瓶閥檢查，進氣口端面及進氣孔內(nèi)壁有一層黑色附著物，類似燃燒后的余灰狀物質(zhì)（見圖4)。

3）對殘瓶瓶體進行壁厚測定，測量部位按網(wǎng)格畫線共72點，實測壁厚值為6.0～8.0mm；對凹坑部位壁厚進行重點測定，開裂處實測最小壁厚約為2mm。

4）從殘瓶瓶體上取樣進行化學(xué)成分分析、力學(xué)性能檢測，并從瓶體部位及凹坑部位分別取樣進行金相組織檢測。

圖4 余灰狀物質(zhì)

檢測結(jié)果：瓶體材料化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，力學(xué)性能基本符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，金相組織符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，凹坑部位脫碳層深度與瓶體部位基本相同，表明凹坑熱處理前就存在。

5）爆炸前凹坑部位的一次應(yīng)力計算

σ＝P(Do－Sa)／2Sa

P＝13MPa（充裝壓力，經(jīng)日曬卸車時的實際壓力可能高于此壓力）

Do＝680/π＝216.6mm（取外徑實測值）

Sa＝2mm（取爆破后實測最小值）

計算值：σ＝697 N/mm2

將計算值與殘瓶瓶體材料力學(xué)性能實測值比較，氣瓶爆炸前凹坑部位的一次應(yīng)力已接近抗拉強度值。

6）對殘瓶瓶閥上的黑色附著物，因數(shù)量較少未能進行檢測分析，無法直接確認(rèn)是否屬燃燒產(chǎn)物。

針對這一情況，筆者決定增加在同批封存的氣瓶中，抽取批號相同、首次充裝日期相同、使用狀況相同、自編號接近的氣瓶，將其瓶閥作為對比瓶閥，與殘瓶瓶閥一同進行拆解檢驗和對比分析，以判斷黑色附著物是否為爆炸所形成。

將殘瓶瓶閥解體后，閥體內(nèi)閥座周圍可見有機物被高溫熔融后的冷卻物質(zhì)（見圖5)；閥芯上未見聚四氟乙烯密封元件，其外圓上有三處“V”形裂口和一處“U”形缺口，未見缺口殘片，安裝密封元件的部位也可見相同的有機物被高溫熔融后的冷卻物質(zhì)；連接板及壓帽未見明顯異常。

卸下對比瓶閥后，可見進氣口端面及進氣孔內(nèi)壁附著物呈鐵銹紅色（見圖6)，而殘瓶瓶閥附著物為黑色。將瓶閥解體后，其內(nèi)部及各零件表面顏色正常，均無黑色附著物，閥體內(nèi)閥座、閥芯和聚四氟乙烯密封元件完好。將對比瓶閥與殘瓶瓶閥進行比較，兩者無論外觀還是內(nèi)部都存在明顯的差異，證實殘瓶瓶閥上的黑色附著物是爆炸時所形成的，且殘瓶瓶閥內(nèi)部元件因爆炸而損壞。

圖5 群體閥座內(nèi)冷卻物質(zhì)

圖6 進氣口內(nèi)壁附著物

3 鑒定檢驗分析及結(jié)論

1）氣瓶爆炸的性質(zhì)分為物理性爆炸和化學(xué)性爆炸，兩者產(chǎn)生的原因有著本質(zhì)的區(qū)別，爆炸后的形貌特征和遺留產(chǎn)物也是各不相同的。一般是首先通過分析形貌特征和遺留產(chǎn)物來確定爆炸的性質(zhì)，再根據(jù)爆炸性質(zhì)查找產(chǎn)生的原因。由于本案存在的特殊情況，在瓶閥的拆解檢驗和對比分析前，雖經(jīng)過檢驗，但諸多因素的不確定性，仍難以確定爆炸的性質(zhì)。這些不確定的因素有：

從殘瓶開裂和扭曲變形的嚴(yán)重程度，以及無明顯整體和局部塑性變形的情況判斷，爆炸能量較大，在瓶體尚未發(fā)生塑性變形前，氣瓶瞬間即被炸裂，但并未產(chǎn)生碎塊。同時，殘瓶內(nèi)表面未見燃燒積碳痕跡，瓶閥上的黑色附著物雖能夠確定是爆炸形成的，但未能確認(rèn)是燃燒產(chǎn)物，缺乏化學(xué)性爆炸的直接證據(jù)。所以，只能結(jié)合氣瓶標(biāo)識盛裝介質(zhì)為二氧化碳，而瓶內(nèi)氣體分析為氧氣的情況進行分析，疑為化學(xué)性爆炸的可能性較大。

同時，在瓶體內(nèi)表面發(fā)現(xiàn)的凹坑已使壁厚嚴(yán)重減薄，對瓶體局部強度的削弱也是顯而易見的，破口正好從最薄處貫穿整個凹坑就是證明，加上存在高溫運輸和野蠻裝卸的情況，不能完全排除物理性爆炸的可能性。

2）經(jīng)過審查氣瓶出廠技術(shù)資料，并對爆炸殘瓶進行宏觀檢驗、壁厚測定、化學(xué)成分分析、力學(xué)性能檢測、金相組織檢查和應(yīng)力計算后，能夠確認(rèn)氣瓶的材料基本符合GB5099《鋼質(zhì)無縫氣瓶》的規(guī)定；內(nèi)表面的凹坑屬制造時留下的缺陷，雖然會削弱瓶體局部強度，但經(jīng)過制造廠的耐壓試驗和充裝單位以前的充裝，該部位并未產(chǎn)生明顯向外鼓出的局部塑性變形，可排除因鋼瓶自身強度不夠而引起爆炸（物理性爆炸）的可能性；同時，經(jīng)過查對充裝記錄和檢查同批充裝其它氣瓶的壓力，也排除了充裝壓力過高，在高溫運輸后引起超壓爆炸（物理性爆炸）的可能性。此外，凹坑部位的少量內(nèi)凹變形可能由卸車時的碰撞或爆炸后的碰撞引起，所以，該局部高應(yīng)力部位在卸車時遭碰撞而引起物理性爆炸的可能性還不能排除。

3）鑒于存在不確定的因素，故增加殘瓶瓶閥與同批充裝未爆炸氣瓶瓶閥的拆解檢驗和對比分析，以幫助確定爆炸的性質(zhì)。事實證明增加的這項檢驗和對比分析，成為了確定爆炸性質(zhì)的關(guān)鍵點。

瓶閥拆解檢驗與對比分析的結(jié)果，不僅證實了殘瓶瓶閥上黑色附著物是爆炸形成的，同時還發(fā)現(xiàn)閥芯和閥座上存在有機物熔融的殘留物，以及閥芯被炸裂的現(xiàn)象。而在對比瓶瓶閥上未見相同的現(xiàn)象。進一步分析這些現(xiàn)象的成因，可以做出以下兩點判斷：

（1）閥芯和閥座上存在有機物熔融的殘留物，表明氣瓶發(fā)生爆炸時伴有高溫產(chǎn)生，是高溫熔化閥芯上聚四氟乙烯密封元件后形成的。因為，聚四氟乙烯的熔點為327℃，超過該溫度才會發(fā)生熔化，出現(xiàn)高溫是燃燒(化學(xué)反應(yīng))的結(jié)果，即具有典型的化學(xué)性爆炸特征。而物理性爆炸不會伴有高溫產(chǎn)生，不會造成聚四氟乙烯密封元件熔化。

（2）在該充裝壓力(包括日曬升壓)的情況下，即使由于氣瓶局部高應(yīng)力部位在卸車時遭碰撞引起物理性爆炸，也不會導(dǎo)致閥芯被炸裂。因為，瓶閥經(jīng)受的耐壓試驗壓力(24MPa)遠(yuǎn)在此壓力之上，都沒有造成瓶閥零件的損壞。所以，閥芯被炸裂只能是能量更大的爆炸即化學(xué)性爆炸所致。

至此，所有物理性爆炸的可能性均被排除，爆炸性質(zhì)最終被確定為化學(xué)性爆炸。

4）確定了爆炸性質(zhì)后，再結(jié)合該批氣瓶最初是按鋼印標(biāo)識充裝過二氧化碳?xì)怏w，后改為充裝氧氣等事故調(diào)查了解的情況進行分析，最終得出產(chǎn)生爆炸的原因是：已充裝過不禁油的二氧化碳?xì)怏w的氣瓶，被違規(guī)改裝使用，進行氧氣充裝，加上野蠻卸車致使氣瓶受到強烈撞擊，從而引發(fā)化學(xué)性爆炸。

4 結(jié)束語

通過上述鑒定檢驗的介紹，可以看到瓶閥的檢驗在這起無縫氣瓶爆炸事故調(diào)查中，對確定爆炸性質(zhì)所起到的至關(guān)重要的作用，特別是存在其他不確定因素的情況下，增加對同批充裝未爆炸氣瓶瓶閥拆解檢驗的對比分析后，不確定的因素得到合理解釋，并且取得了確定爆炸性質(zhì)的關(guān)鍵性證據(jù)，使鑒定檢驗工作得以順利完成。對今后防止類似事故發(fā)生及開展類似工作有一定的參考和借鑒作用。

2013－10－23）