一起液氧焊接絕熱氣瓶爆炸事故的深度分析及反思

李文煒杜 清何承代葉 強(qiáng)（.杭州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局 杭州 30006）（.杭州市特種設(shè)備檢測(cè)研究院 杭州 3005）

一起液氧焊接絕熱氣瓶爆炸事故的深度分析及反思

李文煒1杜 清2何承代2葉 強(qiáng)2
（1.杭州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局 杭州 310006）（2.杭州市特種設(shè)備檢測(cè)研究院 杭州 310052）

文章對(duì)2014年某單位發(fā)生在裝卸過(guò)程中的液氧焊接絕熱氣瓶爆炸事故進(jìn)行了全面的分析，著重通過(guò)對(duì)焊接絕熱氣瓶的工作原理、爆炸能量估算、相關(guān)性能試驗(yàn)等推斷了可能造成事故的原因，并在此基礎(chǔ)上提出應(yīng)高度重視焊接絕熱氣瓶充裝環(huán)節(jié)的安全、充裝前的置換工作和定期檢驗(yàn)工作，同時(shí)指出了目前國(guó)家對(duì)焊接絕熱氣瓶定期檢驗(yàn)規(guī)則的空白。

液氧 焊接絕熱氣瓶 事故 分析 思考

1 事故經(jīng)過(guò)

2014年9月11日上午，在浙江某廠區(qū)，某氣體經(jīng)營(yíng)有限公司有關(guān)人員將滿瓶的液氧焊接絕熱氣瓶現(xiàn)場(chǎng)裝卸，作業(yè)人員站在運(yùn)輸卡車上，用自行安裝的吊臂、手動(dòng)葫蘆和吊環(huán)卸裝，由于氣瓶被車箱面板卡住，押運(yùn)員用腳將氣瓶踢出車箱，因連接吊臂與葫蘆的吊環(huán)瞬間受沖擊力，導(dǎo)致橢圓形圓鋼吊環(huán)焊接處脫焊斷裂，焊接絕熱氣瓶從離地高度為1.20m車箱垂直墜落至混凝土地面。押運(yùn)員聽到墜落液氧焊接絕熱氣瓶發(fā)出“吱吱”的聲音，并看到氣瓶不銹鋼制外殼有紅點(diǎn)并有擴(kuò)散趨勢(shì)、外形產(chǎn)生變形，迅速?gòu)能囅涮拢藭r(shí)焊接絕熱氣瓶突然發(fā)生爆炸，駕駛員、保管員兩人未及時(shí)逃離。事故造成保管員當(dāng)場(chǎng)死亡；駕駛員全身衣服被燒光，送往醫(yī)院經(jīng)搶救無(wú)效死亡；押運(yùn)員全身燒傷面積達(dá)11%。

據(jù)事故勘查發(fā)現(xiàn)：事故發(fā)生后，焊接絕熱氣瓶殘片主要散落在裝卸區(qū)域的東側(cè)廠房?jī)?nèi)和屋頂上，其中一塊重1.9kg的外殼殘片落在東側(cè)離爆炸點(diǎn)約300m的房屋頂上；氣瓶垂直墜落位置在水泥地面形成直徑約60cm，深度約4cm的凹坑，混凝土開裂；離爆炸中心水平距離約6m的東北側(cè)廠房彩鋼夾芯板墻面存在開裂破損，離爆炸點(diǎn)東側(cè)46.8m內(nèi)廠房玻璃、南側(cè)54.2m的廠房玻璃全部破裂；運(yùn)輸卡車的左后輪輪胎及備胎有明顯過(guò)火痕跡；左后欄板嚴(yán)重扭曲變形；焊接絕熱氣瓶?jī)?nèi)筒上、下封頭粉碎性破裂，內(nèi)筒體內(nèi)壁顏色呈深灰色；外殼上封頭及筒體嚴(yán)重扭曲變形、粉碎，筒體內(nèi)壁有黑色附著物；夾套內(nèi)汽化紫銅盤管斷裂成10余根、有熔化開裂痕跡，事故照片見圖1。

圖1 焊接絕熱氣瓶的事故殘骸

2 爆炸焊接絕熱氣瓶基本情況及有關(guān)檢測(cè)結(jié)果

2.1 事故氣瓶基本數(shù)據(jù)

事故焊接絕熱氣瓶規(guī)格為195L，重量118kg，允許充裝介質(zhì)為：液氧、液氮、液氬、LNG，實(shí)際充裝為液氧。內(nèi)膽公稱容積為195L，有效容積為180L，內(nèi)徑450mm，工作壓力1.4MPa，工作溫度-196℃，設(shè)計(jì)壁厚2.27mm，設(shè)置安全閥和爆破片，其中安全閥開啟壓力1.6MPa，爆破片爆破壓力2.8MPa。外殼真空層工作壓力-0.1MPa，工作溫度-60℃，公稱容積73.6L，設(shè)計(jì)壁厚2.2mm。內(nèi)、外筒體材質(zhì)為奧氏體不銹鋼。

2.2 事故殘片情況

事故調(diào)查合計(jì)找到的碎片總重量為99.1kg。其中：不銹鋼碎片22塊，重量88.5kg（含底座橡膠減震環(huán)）；閥門等組件3件（含壓力表、安全閥、調(diào)節(jié)閥、液體進(jìn)出閥、用氣閥、增壓閥及連接的紫銅管；放空閥未找到），重量6.23kg。橡膠條1根，重量0.08kg；紫銅盤管10余根，重量4.29kg。鋼印碎片未找到，根據(jù)同型號(hào)195L絕熱氣瓶質(zhì)保書推斷瓶重118kg。

2.3 殘片壁厚測(cè)定及有關(guān)宏觀檢查結(jié)果

1）內(nèi)膽：筒體壁厚2.3mm，封頭壁厚2.2mm，不銹鋼材料厚度基本不變并呈垂直斷裂，光照下轉(zhuǎn)動(dòng)有亮光，脆性斷裂現(xiàn)象明顯。

2）外殼：筒體壁厚測(cè)量最厚處2.2mm，最薄處（斷裂口邊）1.5mm；下封頭最厚處1.9mm，最薄處（斷裂口邊）1.5mm。不銹鋼外殼厚度減薄明顯，且大多呈45度斷裂，由此判斷爆炸前存在嚴(yán)重塑性變形過(guò)程。

3）氧氣壓力表指針停位在0.8MPa。

4）紫銅管有熔化痕跡、不少已斷裂和開裂。

對(duì)相同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的同種氣瓶壁厚測(cè)定結(jié)果如下：外殼壁厚2.2～2.3mm；上封頭中部及環(huán)焊縫邊處壁厚為2.2～2.3mm；下封頭環(huán)焊縫邊壁厚為2.4mm。

3 事故分析

3.1 爆炸能量計(jì)算

液氧在焊接絕熱氣瓶中以氣液兩態(tài)存在，當(dāng)氣瓶破裂發(fā)生爆炸時(shí)，除了氣體的急劇膨脹做功外，還有過(guò)熱液體激烈的蒸發(fā)過(guò)程。事發(fā)時(shí)絕熱氣瓶?jī)?nèi)的飽和液氧占有氣瓶介質(zhì)重量的絕大部分，因此液態(tài)液氧的爆破能量比飽和氣體大得多，可不考慮氣體膨脹做的功，同時(shí)為簡(jiǎn)化爆炸模型，未考慮燃燒所產(chǎn)生的熱值，采用TNT爆炸能量計(jì)算模型[1]。爆炸能量按式(1)計(jì)算：

式中：

H1——爆炸前飽和液氧的焓，-33.75kJ/kg；

H2——大氣壓力下飽和液氧的焓，-133.69kJ/kg；

S1——爆炸前飽和液氧的熵，3.75kJ/(kg?℃)；

S2——大氣壓力下飽和液氧的熵，2.94kJ/(kg?℃)；

T1——液氧在大氣壓力下的沸點(diǎn)，90.188K；

W——飽和液氧的質(zhì)量，單位為kg，按照液氧800kg/m3，此時(shí)液氧質(zhì)量為：144kg。由此計(jì)算液氧焊接絕熱鋼瓶爆炸能量為：

根據(jù)TNT當(dāng)量法，1kg TNT爆炸所放出的爆破能量為4230～4836kJ/kg，一般取1kg TNT爆炸所放出的平均爆破能量為4200kJ/kg，則事故液氧焊接絕熱鋼瓶爆炸產(chǎn)生了相當(dāng)于0.92kg TNT的爆炸能量。

此外，焊接絕熱鋼瓶破裂后，液氧瞬間氣化需要大量的氣化熱，還會(huì)在周圍出現(xiàn)凍傷；高濃度的氧（強(qiáng)氧化劑）除了人員吸入會(huì)發(fā)生氧中毒外，還會(huì)引發(fā)火災(zāi)。

3.2 爆炸性質(zhì)推斷

1）焊接絕熱鋼瓶?jī)?nèi)部曾發(fā)生過(guò)劇烈的燃燒：鋼瓶?jī)?nèi)筒內(nèi)壁殘片顏色明顯變深；鋼瓶外殼內(nèi)壁殘片有黑色附著物，經(jīng)化驗(yàn)分析為焊接絕熱鋼瓶夾套內(nèi)鋁箔等燃燒后的殘余物；保管員、駕駛員全身衣服燒光、只留一條皮帶，渾身發(fā)黑，押運(yùn)員燒傷11%；押運(yùn)員（逃生者）在鋼瓶爆炸前發(fā)現(xiàn)氣瓶“吱吱”異響和外殼紅點(diǎn)；焊接絕熱鋼瓶瓶閥組的氧氣壓力表指針停位在0.8MPa，說(shuō)明該瓶爆炸前發(fā)生過(guò)劇烈的燃燒，瞬間產(chǎn)生過(guò)高溫、高壓，由于瞬間高壓氣流和沖擊，導(dǎo)致壓力表指針不能歸位；紫銅管有熔化痕跡；運(yùn)輸?shù)钠囎蠛筝嗇喬ゼ皞涮ビ羞^(guò)火痕跡。

2）爆炸威力遠(yuǎn)大于物理所能產(chǎn)生的爆炸威力：物理爆炸一般不產(chǎn)生碎片，事故鋼瓶的爆炸造成鋼瓶?jī)?nèi)、外筒至少產(chǎn)生20多塊碎片（不含底座），且有一塊1.9kg外殼碎片飛離爆炸點(diǎn)約300m遠(yuǎn)，爆炸點(diǎn)半徑50m范圍內(nèi)建筑物的玻璃全部破裂，汽車左后側(cè)欄板嚴(yán)重扭曲變形等。事故鋼瓶?jī)?nèi)筒碎片沒有明顯的拉伸減薄現(xiàn)象，斷口呈垂直斷裂，光照下轉(zhuǎn)動(dòng)有亮光，是明顯的脆性斷裂特征，說(shuō)明爆炸過(guò)程極為短暫；外殼不銹鋼壁厚減薄明顯，碎片斷裂面大多呈45°，外殼存在塑性變形特征。鑒于此可認(rèn)定該起液氧焊接絕熱氣瓶爆炸為化學(xué)爆炸。

3.3 爆炸原因推斷

●3.3.1 存在瓶?jī)?nèi)含有“可燃物”的因素

根據(jù)氣體經(jīng)營(yíng)有限公司提供的名單，對(duì)14家液氧使用單位進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)：絕大多數(shù)的液氧使用單位都采用可燃?xì)怏w——液化石油氣作為燃料在氧氣的助燃下加熱加工產(chǎn)品，少數(shù)采用氫氣作為燃料。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，沒有一家使用單位在氧氣管路上安裝防止氣體倒灌的裝置（如止回閥、緩沖罐），存在可燃?xì)怏w倒回至液氧焊接絕熱氣瓶的可能。

如果液氧焊接絕熱鋼瓶?jī)?nèi)存在可燃?xì)怏w，氣體經(jīng)營(yíng)單位使用簡(jiǎn)易吊裝器具在液氧焊接絕熱鋼瓶沒有完全吊起、被車輛平臺(tái)卡住的情況下，用腳將鋼瓶踢出車箱，吊環(huán)瞬間受沖擊力斷裂，鋼瓶從高度為1.2m的汽車上掉落引發(fā)內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)，造成事故。

●3.3.2難以排除瓶?jī)?nèi)“碳?xì)浠衔锓e聚”的可能

液氧是一種低溫、強(qiáng)助燃物質(zhì)，雖然來(lái)自空分設(shè)備的液氧應(yīng)該是基本不含碳?xì)浠衔?，但是，?jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用，微量的碳?xì)浠衔镞€有可能在貯罐內(nèi)濃縮、積聚，在一定的條件下，就可能發(fā)生爆炸事故也會(huì)在充裝過(guò)程中造成在焊接絕熱氣瓶中的積聚。充裝單位無(wú)法提供對(duì)液氧儲(chǔ)罐有害介質(zhì)定期檢測(cè)的憑證，因此也無(wú)法排除液氧儲(chǔ)罐積聚的碳?xì)湓诤附咏^熱氣瓶中的再次積聚。

4 事故反思

本次事故暴露了焊接絕熱氣瓶在充裝、運(yùn)輸裝卸、使用和氣體銷售諸多環(huán)節(jié)中的一些問(wèn)題，值得深刻反思。根據(jù)TSG R0006—2014《氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、GB 16912《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣及相關(guān)氣體安全規(guī)程》、GB 28051《焊接絕熱氣瓶充裝規(guī)定》和JB 6898《低溫液體貯運(yùn)設(shè)備使用安全規(guī)則》等提出有關(guān)安全建議：

1)在對(duì)用于充裝焊接絕熱氣瓶的液氧儲(chǔ)罐使用管理時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題：一是液氧罐內(nèi)的液位在任何時(shí)候，均不得低于20%，防止日蒸發(fā)導(dǎo)致的碳?xì)浠衔镌谝貉鮾?nèi)的積聚；二是罐內(nèi)液氧中的乙炔含量要按規(guī)定期限(例如半個(gè)月一次)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)異常要及時(shí)采取措施解決；三是罐內(nèi)的液體不可長(zhǎng)期停放不用，要保證罐內(nèi)液氧的更新，經(jīng)常充裝及排放。

2)氣體經(jīng)銷單位及?；愤\(yùn)輸單位須加強(qiáng)從業(yè)人員培訓(xùn)與教育，作業(yè)人員必須持證上崗，杜絕野蠻裝卸；液氧焊接絕熱氣瓶吊裝器具要牢固，不得任意粗制濫造，在搬卸過(guò)程中，吊索必須系在頂部吊耳，嚴(yán)禁直接作用于保護(hù)圈。起吊中應(yīng)保持設(shè)備的平穩(wěn)，不要與其它物體進(jìn)行碰撞，以免損壞氣瓶。DPL氣瓶在搬運(yùn)時(shí)，可以用配套的小車或手推車來(lái)輔助搬運(yùn)，絕不允許通過(guò)保護(hù)圈來(lái)滾動(dòng)氣瓶。為防止氣瓶在運(yùn)輸過(guò)程中移動(dòng)或相互碰撞，應(yīng)用繩索將設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的固定，確保運(yùn)輸安全。

3)充裝單位應(yīng)按照TSG R0006—2014《氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》對(duì)氣瓶逐只登記編號(hào)、建立檔案，在醒目位置注明充裝介質(zhì)、張貼警示標(biāo)簽；氣瓶必須專用，只允許充裝與標(biāo)識(shí)一致的介質(zhì)，不得混充，尤其不得與LNG混充；加強(qiáng)氣瓶充裝前的檢查，對(duì)氣瓶表面有油污或介質(zhì)不明的氣瓶未經(jīng)處理不得充裝；同時(shí)應(yīng)采用防錯(cuò)裝裝置充裝，并稱重計(jì)量充裝，防止混充和超裝；有懷疑時(shí)，對(duì)液氧儲(chǔ)槽和焊接絕熱氣瓶進(jìn)行可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)。定期對(duì)焊接絕熱氣瓶進(jìn)行抽真空、置換處理。

4)氣體使用單位應(yīng)加強(qiáng)氣體使用安全知識(shí)的學(xué)習(xí)，集中供氣管路應(yīng)委托具有相關(guān)專業(yè)知識(shí)的單位設(shè)計(jì)和安裝；存在氣體回流可能的，必須配置防止倒灌裝置，如單向閥、止回閥、緩沖罐等；氧氣、液化石油氣管材應(yīng)采用GB/T 8163無(wú)縫流體管或奧氏體不銹鋼無(wú)縫鋼管，流速不得超標(biāo)，管路必須接地良好；氧氣和閥門及墊片、壓力表等應(yīng)采用專用、符合相關(guān)介質(zhì)要求的管件。如氧氣管路必須采用禁油氧氣壓力表和禁油聚四氟乙烯、退火軟化銅墊片等，氧氣嚴(yán)禁采用閘閥；閥門密封件及墊片必須忌油；氣瓶?jī)?chǔ)存及存放場(chǎng)所應(yīng)通風(fēng)良好，設(shè)置可燃?xì)怏w報(bào)警儀和防爆排風(fēng)扇。焊接絕熱氣瓶余氣不得用完，必須留有0.5MPa余壓。

5)針對(duì)目前焊接絕熱氣瓶檢驗(yàn)無(wú)GB標(biāo)準(zhǔn)的情況，國(guó)家有關(guān)部門應(yīng)加快焊接絕熱氣瓶有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制訂，使得TSG R0006—2014《氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第7.4.1.7焊接絕熱氣瓶每3年檢驗(yàn)一次的要求能夠有效落實(shí)。完善GB 24159《焊接絕熱氣瓶》制造標(biāo)準(zhǔn)，建議按照TSG R0006—2014《氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的要求增加介質(zhì)鋼印和不可拆卸充液、用氣防錯(cuò)裝接頭，對(duì)保溫材料材質(zhì)、紫銅盤焊接安裝做出更明確具體的要求。

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In-depth Analysis and Reflection on an Explosion Accident of Liquid Oxygen Insulated Cylinder for Welding

Li Wenwei1Du Qing2He Chengdai2Ye Qiang2
(1. Hangzhou Administration of Quality Control Supervision Hangzhou 310006)
(2. Hangzhou Special Equipment Inspection Institute Hangzhou 310052)

This article provides a comprehensive analysis on an explosion accident of liquid oxygen insulted cylinder for welding during loading and unloading occurred in a company in 2014. The probable causes of the accidents are deduced through analysis of the operating principles, explosion energy estimation and related performance tests of insulated cylinders for welding. On the basis of the accident analysis, this article presents that great importance should be attached to the safety in filling of insulated cylinders for welding, replacement prior to filling and regular inspections, and also indicates the gap in currently existing rules on periodic examinations of insulated cylinders for welding in China.

Liquid oxygen Insulated cylinder for welding Accident Analysis Reflection

X933.4

B

1673-257X(2015)12-0073-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.12.016

李文煒（1978～）男，碩士，注冊(cè)安全工程師，主要從事鍋爐、壓力容器等特種設(shè)備安全監(jiān)察和事故調(diào)查處理方面的研究。

2015-04-14）