石油液化气钢瓶爆破死亡事故的技术分析

来源:中国化工安全网 责任编辑:化工网编辑 更新时间:2017-02-28 13:07

  问 题 的 提 出

  一只YSP—15民用石油液化气钢瓶出后才3年零两个月,外观无任何异常情况,漆色还较新,春节后充气未用,放在储藏室4个月,突然自行爆炸,轰的一声,一股烈火,从气瓶储藏室窗口冲出,在10×16米范围内一片火海,火焰高达2—3层楼房。家庭主妇谢××,陷入火海,严重烧伤,多处抢救,治疗无效死亡。一个活生生、善良、无辜的年轻母亲丢下小孩子含恨而去,一个好端端、幸福、美满的让人羡慕家庭瞬间毁灭。周围群众无不为之痛心,认为她的死亡多冤枉了,太意外了!为了防止类似事故重复发生,确保安全,应对这起事故原因作出科学分析,公正的结论。

  民用石油液化气钢瓶是我国为数最多、分布最广,发生火灾、爆炸事故总量最多的气瓶,它的这类事故直接危害人民群众生命财产安全。笔者直接负责调查分析、处理的这这起典型的石油液化气瓶爆炸死亡事故,这份技术分析,揭示了容易引起事故的关键环节,提供安全监察、检验、制造、充装、使用、设计、标准制定等人员参考,以起抛砖引玉的作用,敬请各位指教。

  事故的技术分析

  一、爆破钢瓶测量试验技术数据:

  YSP—15型(出厂号20881号)

  最高工作压力P=1.6Mpa 水压试验压力PT=2.4Mpa

  工作温度C≤60℃ 钢瓶原容积V1=35.5升

  钢瓶爆后容积V2=37.85升 钢瓶原直径DO=320mm

  主体材质15MnHp

  复验化学成份:

  C=0.14% Si=0.07% Mn=0.88% S=0.0084% P=0.011%

  母材机械性能:

  b=462Mpa 中频正火T=800—820℃,t=50—55秒

  材料的金相组织分析

  正火组织中未见片状碳化物,有网状,半网状碳化物。主体材质中有超长杂质。

  钢瓶的硬度复测情况

  自上封头减薄区至下封头减薄区测厚两行各6点,HS情况如下:

  44、22、 23、22.5、 22、43.7

  43、22.7、19、21、 21、45.5

  钢瓶爆破及几何尺寸、形状:长320×宽62.7mm,呈鱼腹状,无碎片。

  破口断面形状:

  爆破中心离中环焊缝中心线S=85mm,最小壁厚Sb=2.12mm

  二、事故原因的技术分析

  经反复调查、研究、分析,事故的主要原因,从技术角度排除了气瓶这个环节中的设计、贮运、销售、使用、改造等环节,下面着重从制造和充装环节分析。

  事故发生后,我们到充装单位调查分析,尽管这只爆炸的气瓶无充气前检查,无复验等记录,充装现场存在许多事故隐患,但矢口否认充装责任,以无法确认该瓶在该站充装过量而断然拒绝。到气瓶制造厂,也拒不承认有任何责任,强调该厂气瓶是优质产品,是经过安全监察机构监察、检验单位监检、国家气瓶专家是该厂的技术顾问,符合国家标准无任何问题。充装、制造两方面都强调事故原因是其它环节,对我们的技术分析,不正面解答。经多次交涉,并请权威部门出具复检报告,请科研单位支持,终于接受了我们的技术分析。

  1、制造缺陷的分析:

  (1)对瓶体爆破形状和破口断面分析

  这是一起以韧性爆破为主的爆破事故,爆源区有材料缺陷,有韧性断裂的金属纤维,有脆性断裂晶状颗粒,有放射区、部份破口有剪切唇,整个气瓶爆破后外形很不均匀,呈倒梨状,中环缝上部变形大于下部。硬度也很不均匀,筒体中部最低,下部硬度最高,局部硬部>45°S H都反应了钢瓶材质不良,热处理不当。

  (2)钢瓶承受应力的分析

  1 最高工作压力Ph=1.6Mpa

  2 设计的水压试验压力Pt=2.4Mpa

  ③ 此钢瓶爆破时的实际压力

  Pb=0.95×

  式中:Sb ——爆破口最小壁厚 mm

  σb——材料的抗拉强度Mpa DO——外径 mm

  ④ 此批钢瓶出厂爆破试验时的压力:

  屈服压力PS=7.2Mpa,爆破压力Pb=10.2Mpa

  ⑤ 小结:A、该钢瓶爆炸时的压力5.82Mpa小于该批钢瓶出厂前爆破试验的屈服压7.2Mpa,更小于爆破试验压力10.2Mpa,即该钢瓶强度不足,在不应爆炸的压力下爆炸,安全裕度不符合要求。B、该钢瓶爆炸时的压力5.82Mpa,大于最高工作压力1.6Mpa,大于水压试验压力2.4Mpa,即该钢瓶实际爆破压力超过允许的最高工作压力,超压爆破。

  (3)钢瓶受力体积膨胀率的分析:

  1 此批钢瓶、水压试验2.4Mpa时的膨胀率η1=0.39%

  2 此批钢瓶作爆破试验在7.2Mpa下屈服3 时的膨胀率

  

η2= ×100%=0.788%

 

  ③ 此批钢瓶作爆破试验在10.2Mpa下爆破时的膨胀率:

  

η3= ×100%=14.36%

 

  ④ 此钢瓶爆炸时的实际膨胀率:

  

η4=

 

  ⑤ 小结:该钢瓶爆炸后的膨胀率η4=6.6%<10%的要求,更小于此批量试验η3=14.36%的结果,膨胀率过小,塑性不足,容易造成满液,容易引发裂纹、爆炸。

  (4)钢瓶主体材料的金相分析

  ① 有超标超长类杂物,长1.35mm ② 金相组织中未见片状珠光体,有游离态的网状,半网状碳化物。 ③ 小结:经在制造厂多处了解,该批钢瓶热处理设备由原来燃油炉改成中频电炉加热,设备性能、处理工艺、检验技术、操作技术均不熟悉,造成正火组织不合格。

  (5)制造方面存在问题的结论:

  材料有缺陷,热处理不当,强度不足,塑性不足,检验漏网,监检缺少经验,至使钢瓶在57%的爆破试验压力下就失效破坏。

  2、关于过量充装的技术分析

  上述的钢瓶制造质量分析中提出的韧性爆破和钢瓶爆破压力在5.82Mpa,证明此瓶是超压爆破的,这个压力来源于什么呢?经分析是过量充装。

  YSP—15型气瓶,如果不超装,其压力主要由饱和蒸汽压决定,以液化石油气中含量最多的,且饱和气压又高的丙烷为例:在0℃时只有0.48Mpa,20℃时0.85Mpa,40℃时1.4Mpa,60℃时也只有2.14Mpa,即在常温下低于气瓶的最高工作压力,在设计警戒温度60°下也低于水压试验压力。

  YSP—15型钢瓶合称容积35.5升,如果不超装,在60℃以下几不会满液,仍以丙烷为例:15kg的丙烷,在0℃时只有28.4升,20℃时30升,40℃时32.3升,60℃时34.6升,液相密度∠98%合格,即接近满液,有进入警戒危险区,但不会爆破。

  但是过量充装就十分危险了。仍以丙烷为例:过量0.5kg在40°时体积达33.4升,已进入危险警戒区,60°时达35.7升,已满液,进入压力骤升区。过量1.5kg,在30℃时,体积达34.2升,进入危险警戒区,在40℃达35.6升,已满液,进入压力骤升区。如果多装2kg,15℃就进入危险警戒区,32℃进入满液压力骤升区。满液片每升高1℃,钢瓶升压1—3.4Mpa,升高2℃可使钢瓶屈服变形,升高4℃可引发爆炸,爆破压力可达10Mpa以上。

  当地当日气温最高气温35.4℃,爆炸时间下午5时左右,室温可能在30—35℃左右(层面有隔热板,有窗户纯自然通风)绝不会>60℃。但钢瓶已自行爆炸,直接原因是过量充装、室温升高超压爆破。

  现就该只气瓶实际情况进行过量充装计算如下:

  该瓶的液化气由65%丙烷和35%异丁烷组成。

  丙烷32℃时受热膨胀的容积百分数为105.73%。

  异丁烷32℃时受热膨胀的容积百分数为103.45%。

  混合液化石油气32℃受热膨胀的容积百分数为105.06%。

  YSP—15钢瓶体积充装系数为85%。

  当过量变1.5kg时,其体积充装系数为:

  

%×(15+1.5)=93.5%

 

  此种情况下液化石油气受热膨胀容积占钢瓶容积的百分比:

  93.5×105.16%=98.23%(接近满液)

  32℃时,如过量2kg,则:

  

%×(15+2)=96.3%

 

  96.3×105.06%=101.17%(已满液)

  如果33℃,过量1.5kg,则:

  93.5%×(106.1%×65%+103.67%×35%)=98.42(接近满液)

  如果33℃时,过量2kg,则:

  96.3%×105.26=101.36%(已满液)

  为35℃时,过量1.5kg,则结果为:

  106.97%×65%+104.13%×35%=99.09%(更接近满液)

  小结:该只钢瓶很可能过量1.5—2kg左右,在32—33℃左右时满液,然后随室温升高35℃以下,压力骤升到5.8Mpa左右,钢瓶不能承压而变形、破坏、爆炸。

  总之,此只钢瓶爆炸的直接原因是过量充装,钢瓶制造质量缺陷是重要原因。

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