论文部分内容阅读
2004年4月19日下午18时15分，位于我市经济技术开发区的某粉末冶金有限公司车间内的2004年4月18日10时在某氨厂充装的一只公称容积800L的液氨钢瓶发生爆炸，附近的人员有11人因吸入泄漏的氨气轻微中毒，除液氨钢瓶外无其它财产损失。现将事故原因分析如下：
1、现场勘察情况
爆炸的液氨钢瓶系常州飞机制造有限公司公称容积：800L，最大充装量：400㎏，内直径：800㎜，总长度：2000㎜，筒体设计壁厚：7.7㎜，筒体钢板牌号：HP345，材料标准代号：GB6653-94，材料强度规定值：σb≥510 MPa，σs≥345 MPa，热处理方式：整体消除残余应力，水压试验压力：4.5 MPa，气密性试验压力：3 MPa。爆炸后液氨泄出造成周围的大片花草树木不同程度的枯萎。
经检查发现爆炸氨瓶筒体整体鼓包变形严重，在筒体的纵焊缝热影响区有一条近似长条形的爆破口（附图），破口尺寸为800㎜（长） ×70㎜（最宽），破口中心位于筒体中后部，距钢瓶后环焊缝515㎜，断口的最小壁厚为7.8㎜。整个破口没有碎片产生，系有明显的剪切唇的塑性断口，但没有明显的金属缺陷。爆炸瓶周围还有5只同类型的同一厂家同一批制造且同期充装的液氨钢瓶。
2、现场检验情况
调阅了上述6只液氨钢瓶的技术资料（产品合格证、质量证明书、批量监督检验证书），对爆炸瓶和其它5只液氨钢瓶进行了各项检验（详见检测汇总表）：
2．1、对钢瓶筒体纵缝及其热影响区进行射线探伤抽检，未发现超标缺陷；
2．2、对钢瓶筒体纵缝及其热影响区进行磁粉探伤抽检，未发现超标缺陷；
2．3、6只钢瓶中有5只钢瓶（含爆炸瓶）的筒体均存在不同程度的整体塑性变形现象，其中爆炸瓶的变形最为严重。
2．4、对钢瓶筒体进行壁厚测定，发现存在不同程度整体塑性变形的5只液氨钢瓶（含爆炸瓶）瓶体厚度有不同程度的减薄现象，其中爆炸瓶断口的最小壁厚为7.8㎜；
2．5、对钢瓶筒体进行硬度测定，发现存在不同程度整体塑性变形的5只液氨钢瓶（含爆炸瓶）瓶体硬度有不同程度的增大现象。
3、事故原因分析
3．1、经过各项检验，未发现上述爆炸钢瓶和其它5只液氨钢瓶存在原始制造缺陷；
3．2、由于事故发生当晚，为防止事态进一步扩大，有关部门责成事故单位紧急泄压，第二天已无法采用最简单明了的称重的办法对未爆炸的钢瓶是否超装进行取证。经过现场勘察和各项检验，现进行如下分析：
3．2．1、假设钢瓶没有超装。在钢瓶规定的充装量下，钢瓶内有足够的气相空间，其内部压力是由环境温度决定的，其内压就是液氨在钢瓶中温度下的饱和蒸汽压。环境温度对液氨钢瓶温度的影响有采用回归分析法推导的经验公式：
在热带地区受太阳直晒，Fm=1.41t－2.4。
式中Fm为最高液温，℃
t为最高环境温度，℃
事故当天的温度为18～29℃（查4月18日和19日两天的当地报纸），现取当天的最高温度29℃进行计算，Fm=1.41×29－2.4=38.49℃。为查表方便，取为40℃，而此温度下，液氨的饱和蒸汽压为15.339atm=1.554MPa，远小于液氨钢瓶设计压力3MPa，不可能发生爆炸。
3．2．2、假设钢瓶有腐蚀壁厚减薄现象。经过检验，爆炸瓶的最小壁厚为7.8㎜。现取最不利的条件7.8㎜计算该钢瓶的爆破压力。根据GB5100—94《钢质焊接气瓶》第5.23.6条b.爆破压力实测值Pb，不小于按(4)式计算的结果：
2Sb×σb
Pb= ——————（4）
Do－Sb
式中Pb为钢瓶实测爆破压力，MPa
Sb为瓶体实测最小壁厚，㎜
σb为标准规定的抗拉强度，MPa
Do为钢瓶外直径，㎜
现取Sb=7.8，σb=510（出厂资料中材质HP345，σb≥510 MPa），Do=800＋10×2代入上式，Pb=9.7956 MPa，远大于液氨钢瓶设计压力3Mpa，这充分说明了即使是最小壁厚为7.8㎜的液氨钢瓶在正常使用条件下仍有大于设计压力的承压能力。
3．2．3、因为液氨的比容（或比重、密度）随液体温度的变化而发生显著变化，当液体全部充满钢瓶以后，钢瓶内无气液共存的膨胀空间而成为液体膨胀的压力，液体温度每上升1℃，表压上升约为2.18～3.18MPa，当继续温升4℃左右就可以导致超压爆炸。而钢瓶在额定的充装系数内充装时，内有气液共存的膨胀空间，液体温度每上升1℃，表压仅上升约为0.03MPa。
3．2．4、经过上述分析，可以推断，在钢瓶规定的充装量下，钢瓶内有足够的气相空间，在正常的使用中，其压力不会超过钢瓶的设计压力3MPa，不会引起钢瓶变形，不会发生爆炸，而且即使是最小壁厚为7.8㎜的液氨钢瓶在正常使用条件下仍有大于设计压力的承压能力。但是钢瓶一旦超装后，在环境温度上升时必然超压，轻则可造成钢瓶发生筒体整体塑性变形，重则直接导致钢瓶爆炸。
3．2．5、根据上述对爆炸钢瓶和其它4只筒体整体塑性变形的钢瓶进行的周长测量、壁厚测定、硬度测定的数据，可以判断这5只钢瓶发生筒体整体塑性变形的根本原因在充装环节，是超装超压导致钢瓶筒体整体塑性变形，壁厚减薄，硬度增大。当变形到一定程度，超过钢板塑性变形的极限后，钢板必然开裂，形成应力集中区域，承压能力急剧下降，这时就是没有超装超压，也会因应力集中引起钢板裂纹扩展穿透，发生爆炸。
3．3、某氨厂未经省级特种设备安全监督机构许可擅自从事液氨充装活动，不具备安全充装条件：无充装专用称重装置，仅靠贮槽的液位下降和钢瓶外表结霜程度等经验进行充装；一车几个钢瓶一起充装；充装人员无经过安全培训，无充装许可证，缺乏必要的充装安全知识进行充装，势必导致氨瓶超装，是事故的主要原因。
3．4、某粉末冶金有限公司未按国家质检总局《气瓶安全监察规定》等有关规定将自有的液氨钢瓶转移到经过省级特种设备安全监督机构许可的液氨充装单位管理和充装，导致钢瓶使用近两年时间，充装约40～60次无法得到有效的安全管理和监控，是事故的重要原因。
4、事故结论
综上所述，可以判断，该液氨钢瓶（203571#）由于超装超压导致钢瓶筒体整体塑性变形，壁厚减薄，硬度增大。当变形到一定程度，超过钢板塑性变形的极限后，钢板必然开裂，形成应力集中区域，承压能力急剧下降，在4月18日充装后4月19日环境温度骤升时，压力升高，应力集中，裂纹扩展穿透，发生爆炸事故。
5、防范措施
5．1加强对各类气体生产单位和气瓶充装单位的监管，严禁未经省级特种设备安全监督机构许可的单位和未经培训取证的操作人员充装钢瓶。
5．2对气瓶使用单位的负责人和操作人员进行特种设备安全技术培训，提高其安全意识和操作水平，力争在使用环节中能及时发现事故隐患，及时采取安全措施，及时进行整改，避免造成事故发生。
1、现场勘察情况
爆炸的液氨钢瓶系常州飞机制造有限公司公称容积：800L，最大充装量：400㎏，内直径：800㎜，总长度：2000㎜，筒体设计壁厚：7.7㎜，筒体钢板牌号：HP345，材料标准代号：GB6653-94，材料强度规定值：σb≥510 MPa，σs≥345 MPa，热处理方式：整体消除残余应力，水压试验压力：4.5 MPa，气密性试验压力：3 MPa。爆炸后液氨泄出造成周围的大片花草树木不同程度的枯萎。
经检查发现爆炸氨瓶筒体整体鼓包变形严重，在筒体的纵焊缝热影响区有一条近似长条形的爆破口（附图），破口尺寸为800㎜（长） ×70㎜（最宽），破口中心位于筒体中后部，距钢瓶后环焊缝515㎜，断口的最小壁厚为7.8㎜。整个破口没有碎片产生，系有明显的剪切唇的塑性断口，但没有明显的金属缺陷。爆炸瓶周围还有5只同类型的同一厂家同一批制造且同期充装的液氨钢瓶。
2、现场检验情况
调阅了上述6只液氨钢瓶的技术资料（产品合格证、质量证明书、批量监督检验证书），对爆炸瓶和其它5只液氨钢瓶进行了各项检验（详见检测汇总表）：
2．1、对钢瓶筒体纵缝及其热影响区进行射线探伤抽检，未发现超标缺陷；
2．2、对钢瓶筒体纵缝及其热影响区进行磁粉探伤抽检，未发现超标缺陷；
2．3、6只钢瓶中有5只钢瓶（含爆炸瓶）的筒体均存在不同程度的整体塑性变形现象，其中爆炸瓶的变形最为严重。
2．4、对钢瓶筒体进行壁厚测定，发现存在不同程度整体塑性变形的5只液氨钢瓶（含爆炸瓶）瓶体厚度有不同程度的减薄现象，其中爆炸瓶断口的最小壁厚为7.8㎜；
2．5、对钢瓶筒体进行硬度测定，发现存在不同程度整体塑性变形的5只液氨钢瓶（含爆炸瓶）瓶体硬度有不同程度的增大现象。
3、事故原因分析
3．1、经过各项检验，未发现上述爆炸钢瓶和其它5只液氨钢瓶存在原始制造缺陷；
3．2、由于事故发生当晚，为防止事态进一步扩大，有关部门责成事故单位紧急泄压，第二天已无法采用最简单明了的称重的办法对未爆炸的钢瓶是否超装进行取证。经过现场勘察和各项检验，现进行如下分析：
3．2．1、假设钢瓶没有超装。在钢瓶规定的充装量下，钢瓶内有足够的气相空间，其内部压力是由环境温度决定的，其内压就是液氨在钢瓶中温度下的饱和蒸汽压。环境温度对液氨钢瓶温度的影响有采用回归分析法推导的经验公式：
在热带地区受太阳直晒，Fm=1.41t－2.4。
式中Fm为最高液温，℃
t为最高环境温度，℃
事故当天的温度为18～29℃（查4月18日和19日两天的当地报纸），现取当天的最高温度29℃进行计算，Fm=1.41×29－2.4=38.49℃。为查表方便，取为40℃，而此温度下，液氨的饱和蒸汽压为15.339atm=1.554MPa，远小于液氨钢瓶设计压力3MPa，不可能发生爆炸。
3．2．2、假设钢瓶有腐蚀壁厚减薄现象。经过检验，爆炸瓶的最小壁厚为7.8㎜。现取最不利的条件7.8㎜计算该钢瓶的爆破压力。根据GB5100—94《钢质焊接气瓶》第5.23.6条b.爆破压力实测值Pb，不小于按(4)式计算的结果：
2Sb×σb
Pb= ——————（4）
Do－Sb
式中Pb为钢瓶实测爆破压力，MPa
Sb为瓶体实测最小壁厚，㎜
σb为标准规定的抗拉强度，MPa
Do为钢瓶外直径，㎜
现取Sb=7.8，σb=510（出厂资料中材质HP345，σb≥510 MPa），Do=800＋10×2代入上式，Pb=9.7956 MPa，远大于液氨钢瓶设计压力3Mpa，这充分说明了即使是最小壁厚为7.8㎜的液氨钢瓶在正常使用条件下仍有大于设计压力的承压能力。
3．2．3、因为液氨的比容（或比重、密度）随液体温度的变化而发生显著变化，当液体全部充满钢瓶以后，钢瓶内无气液共存的膨胀空间而成为液体膨胀的压力，液体温度每上升1℃，表压上升约为2.18～3.18MPa，当继续温升4℃左右就可以导致超压爆炸。而钢瓶在额定的充装系数内充装时，内有气液共存的膨胀空间，液体温度每上升1℃，表压仅上升约为0.03MPa。
3．2．4、经过上述分析，可以推断，在钢瓶规定的充装量下，钢瓶内有足够的气相空间，在正常的使用中，其压力不会超过钢瓶的设计压力3MPa，不会引起钢瓶变形，不会发生爆炸，而且即使是最小壁厚为7.8㎜的液氨钢瓶在正常使用条件下仍有大于设计压力的承压能力。但是钢瓶一旦超装后，在环境温度上升时必然超压，轻则可造成钢瓶发生筒体整体塑性变形，重则直接导致钢瓶爆炸。
3．2．5、根据上述对爆炸钢瓶和其它4只筒体整体塑性变形的钢瓶进行的周长测量、壁厚测定、硬度测定的数据，可以判断这5只钢瓶发生筒体整体塑性变形的根本原因在充装环节，是超装超压导致钢瓶筒体整体塑性变形，壁厚减薄，硬度增大。当变形到一定程度，超过钢板塑性变形的极限后，钢板必然开裂，形成应力集中区域，承压能力急剧下降，这时就是没有超装超压，也会因应力集中引起钢板裂纹扩展穿透，发生爆炸。
3．3、某氨厂未经省级特种设备安全监督机构许可擅自从事液氨充装活动，不具备安全充装条件：无充装专用称重装置，仅靠贮槽的液位下降和钢瓶外表结霜程度等经验进行充装；一车几个钢瓶一起充装；充装人员无经过安全培训，无充装许可证，缺乏必要的充装安全知识进行充装，势必导致氨瓶超装，是事故的主要原因。
3．4、某粉末冶金有限公司未按国家质检总局《气瓶安全监察规定》等有关规定将自有的液氨钢瓶转移到经过省级特种设备安全监督机构许可的液氨充装单位管理和充装，导致钢瓶使用近两年时间，充装约40～60次无法得到有效的安全管理和监控，是事故的重要原因。
4、事故结论
综上所述，可以判断，该液氨钢瓶（203571#）由于超装超压导致钢瓶筒体整体塑性变形，壁厚减薄，硬度增大。当变形到一定程度，超过钢板塑性变形的极限后，钢板必然开裂，形成应力集中区域，承压能力急剧下降，在4月18日充装后4月19日环境温度骤升时，压力升高，应力集中，裂纹扩展穿透，发生爆炸事故。
5、防范措施
5．1加强对各类气体生产单位和气瓶充装单位的监管，严禁未经省级特种设备安全监督机构许可的单位和未经培训取证的操作人员充装钢瓶。
5．2对气瓶使用单位的负责人和操作人员进行特种设备安全技术培训，提高其安全意识和操作水平，力争在使用环节中能及时发现事故隐患，及时采取安全措施，及时进行整改，避免造成事故发生。