南通市如皋鍋爐壓力容器檢驗(yàn)所 冒福齡

問 題 的 提 出

　　一只YSP—15民用石油液化氣鋼瓶出后才3年零兩個(gè)月，外觀無任何異常情況，漆色還較新，春節(jié)后充氣未用，放在儲(chǔ)藏室4個(gè)月，突然自行爆炸，轟的一聲，一股烈火，從氣瓶儲(chǔ)藏室窗口沖出，在10×16米范圍內(nèi)一片火海，火焰高達(dá)2—3層樓房。家庭主婦謝××，陷入火海，嚴(yán)重?zé)齻�，多處搶救，治療無效死亡。一個(gè)活生生、善良、無辜的年輕母親丟下小孩子含恨而去，一個(gè)好端端、幸福、美滿的讓人羨慕家庭瞬間毀滅。周圍群眾無不為之痛心，認(rèn)為她的死亡多冤枉了，太意外了！為了防止類似事故重復(fù)發(fā)生，確保安全，應(yīng)對(duì)這起事故原因作出科學(xué)分析，公正的結(jié)論。

　　民用石油液化氣鋼瓶是我國為數(shù)最多、分布最廣，發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故總量最多的氣瓶，它的這類事故直接危害人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。筆者直接負(fù)責(zé)調(diào)查分析、處理的這這起典型的石油液化氣瓶爆炸死亡事故，這份技術(shù)分析，揭示了容易引起事故的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提供安全監(jiān)察、檢驗(yàn)、制造、充裝、使用、設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)制定等人員參考，以起拋磚引玉的作用，敬請(qǐng)各位指教。

事故的技術(shù)分析

一、爆破鋼瓶測量試驗(yàn)技術(shù)數(shù)據(jù)：

YSP—15型（出廠號(hào)20881號(hào)）

最高工作壓力P=1.6Mpa 水壓試驗(yàn)壓力PT=2.4Mpa

工作溫度C≤60℃ 鋼瓶原容積V1=35.5升

鋼瓶爆后容積V2=37.85升 鋼瓶原直徑DO=320mm

主體材質(zhì)15MnHp

復(fù)驗(yàn)化學(xué)成份：

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

母材機(jī)械性能：

b=462Mpa 中頻正火T=800—820℃，t=50—55秒

材料的金相組織分析

正火組織中未見片狀碳化物，有網(wǎng)狀，半網(wǎng)狀碳化物。主體材質(zhì)中有超長雜質(zhì)。

鋼瓶的硬度復(fù)測情況

自上封頭減薄區(qū)至下封頭減薄區(qū)測厚兩行各6點(diǎn)，HS情況如下：

44、22、 23、22.5、 22、43.7

43、22.7、19、21、 21、45.5

鋼瓶爆破及幾何尺寸、形狀：長320×寬62.7mm，呈魚腹?fàn)睿瑹o碎片。

破口斷面形狀：

爆破中心離中環(huán)焊縫中心線S=85mm，最小壁厚Sb=2.12mm

二、事故原因的技術(shù)分析

經(jīng)反復(fù)調(diào)查、研究、分析，事故的主要原因，從技術(shù)角度排除了氣瓶這個(gè)環(huán)節(jié)中的設(shè)計(jì)、貯運(yùn)、銷售、使用、改造等環(huán)節(jié)，下面著重從制造和充裝環(huán)節(jié)分析。

事故發(fā)生后，我們到充裝單位調(diào)查分析，盡管這只爆炸的氣瓶無充氣前檢查，無復(fù)驗(yàn)等記錄，充裝現(xiàn)場存在許多事故隱患，但矢口否認(rèn)充裝責(zé)任，以無法確認(rèn)該瓶在該站充裝過量而斷然拒絕。到氣瓶制造廠，也拒不承認(rèn)有任何責(zé)任，強(qiáng)調(diào)該廠氣瓶是優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，是經(jīng)過安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)監(jiān)察、檢驗(yàn)單位監(jiān)檢、國家氣瓶專家是該廠的技術(shù)顧問，符合國家標(biāo)準(zhǔn)無任何問題。充裝、制造兩方面都強(qiáng)調(diào)事故原因是其它環(huán)節(jié)，對(duì)我們的技術(shù)分析，不正面解答。經(jīng)多次交涉，并請(qǐng)權(quán)威部門出具復(fù)檢報(bào)告，請(qǐng)科研單位支持，終于接受了我們的技術(shù)分析。

1、制造缺陷的分析：

（1）對(duì)瓶體爆破形狀和破口斷面分析

這是一起以韌性爆破為主的爆破事故，爆源區(qū)有材料缺陷，有韌性斷裂的金屬纖維，有脆性斷裂晶狀顆粒，有放射區(qū)、部份破口有剪切唇，整個(gè)氣瓶爆破后外形很不均勻，呈倒梨狀，中環(huán)縫上部變形大于下部。硬度也很不均勻，筒體中部最低，下部硬度最高，局部硬部>45°S H都反應(yīng)了鋼瓶材質(zhì)不良，熱處理不當(dāng)。

（2）鋼瓶承受應(yīng)力的分析

1 最高工作壓力Ph=1.6Mpa

2 設(shè)計(jì)的水壓試驗(yàn)壓力Pt=2.4Mpa

③ 此鋼瓶爆破時(shí)的實(shí)際壓力

Pb=0.95×

式中：Sb ——爆破口最小壁厚 mm

σb——材料的抗拉強(qiáng)度Mpa DO——外徑 mm

④ 此批鋼瓶出廠爆破試驗(yàn)時(shí)的壓力：

屈服壓力PS=7.2Mpa，爆破壓力Pb=10.2Mpa

⑤ 小結(jié)：A、該鋼瓶爆炸時(shí)的壓力5.82Mpa小于該批鋼瓶出廠前爆破試驗(yàn)的屈服壓7.2Mpa，更小于爆破試驗(yàn)壓力10.2Mpa，即該鋼瓶強(qiáng)度不足，在不應(yīng)爆炸的壓力下爆炸，安全裕度不符合要求。B、該鋼瓶爆炸時(shí)的壓力5.82Mpa，大于最高工作壓力1.6Mpa，大于水壓試驗(yàn)壓力2.4Mpa，即該鋼瓶實(shí)際爆破壓力超過允許的最高工作壓力，超壓爆破。

（3）鋼瓶受力體積膨脹率的分析：

1 此批鋼瓶、水壓試驗(yàn)2.4Mpa時(shí)的膨脹率η1=0.39%

2 此批鋼瓶作爆破試驗(yàn)在7.2Mpa下屈服3 時(shí)的膨脹率

 η2= ×100%=0.788%

③ 此批鋼瓶作爆破試驗(yàn)在10.2Mpa下爆破時(shí)的膨脹率：

 η3= ×100%=14.36%

④ 此鋼瓶爆炸時(shí)的實(shí)際膨脹率：

 η4=

⑤ 小結(jié)：該鋼瓶爆炸后的膨脹率η4=6.6%<10%的要求，更小于此批量試驗(yàn)η3=14.36%的結(jié)果，膨脹率過小，塑性不足，容易造成滿液，容易引發(fā)裂紋、爆炸。

（4）鋼瓶主體材料的金相分析

① 有超標(biāo)超長類雜物，長1.35mm ② 金相組織中未見片狀珠光體，有游離態(tài)的網(wǎng)狀，半網(wǎng)狀碳化物。 ③ 小結(jié)：經(jīng)在制造廠多處了解，該批鋼瓶熱處理設(shè)備由原來燃油爐改成中頻電爐加熱，設(shè)備性能、處理工藝、檢驗(yàn)技術(shù)、操作技術(shù)均不熟悉，造成正火組織不合格。

（5）制造方面存在問題的結(jié)論：

材料有缺陷，熱處理不當(dāng)，強(qiáng)度不足，塑性不足，檢驗(yàn)漏網(wǎng)，監(jiān)檢缺少經(jīng)驗(yàn)，至使鋼瓶在57%的爆破試驗(yàn)壓力下就失效破壞。

2、關(guān)于過量充裝的技術(shù)分析

上述的鋼瓶制造質(zhì)量分析中提出的韌性爆破和鋼瓶爆破壓力在5.82Mpa，證明此瓶是超壓爆破的，這個(gè)壓力來源于什么呢？經(jīng)分析是過量充裝。

YSP—15型氣瓶，如果不超裝，其壓力主要由飽和蒸汽壓決定，以液化石油氣中含量最多的，且飽和氣壓又高的丙烷為例：在0℃時(shí)只有0.48Mpa，20℃時(shí)0.85Mpa，40℃時(shí)1.4Mpa，60℃時(shí)也只有2.14Mpa，即在常溫下低于氣瓶的最高工作壓力，在設(shè)計(jì)警戒溫度60°下也低于水壓試驗(yàn)壓力。

YSP—15型鋼瓶合稱容積35.5升，如果不超裝，在60℃以下幾不會(huì)滿液，仍以丙烷為例：15kg的丙烷，在0℃時(shí)只有28.4升，20℃時(shí)30升，40℃時(shí)32.3升，60℃時(shí)34.6升，液相密度∠98%合格，即接近滿液，有進(jìn)入警戒危險(xiǎn)區(qū)，但不會(huì)爆破。

但是過量充裝就十分危險(xiǎn)了。仍以丙烷為例：過量0.5kg在40°時(shí)體積達(dá)33.4升，已進(jìn)入危險(xiǎn)警戒區(qū)，60°時(shí)達(dá)35.7升，已滿液，進(jìn)入壓力驟升區(qū)。過量1.5kg，在30℃時(shí)，體積達(dá)34.2升，進(jìn)入危險(xiǎn)警戒區(qū)，在40℃達(dá)35.6升，已滿液，進(jìn)入壓力驟升區(qū)。如果多裝2kg，15℃就進(jìn)入危險(xiǎn)警戒區(qū)，32℃進(jìn)入滿液壓力驟升區(qū)。滿液片每升高1℃，鋼瓶升壓1—3.4Mpa，升高2℃可使鋼瓶屈服變形，升高4℃可引發(fā)爆炸，爆破壓力可達(dá)10Mpa以上。

當(dāng)?shù)禺?dāng)日氣溫最高氣溫35.4℃，爆炸時(shí)間下午5時(shí)左右，室溫可能在30—35℃左右（層面有隔熱板，有窗戶純自然通風(fēng)）絕不會(huì)>60℃。但鋼瓶已自行爆炸，直接原因是過量充裝、室溫升高超壓爆破。

現(xiàn)就該只氣瓶實(shí)際情況進(jìn)行過量充裝計(jì)算如下：

該瓶的液化氣由65%丙烷和35%異丁烷組成。

丙烷32℃時(shí)受熱膨脹的容積百分?jǐn)?shù)為105.73%。

異丁烷32℃時(shí)受熱膨脹的容積百分?jǐn)?shù)為103.45%。

混合液化石油氣32℃受熱膨脹的容積百分?jǐn)?shù)為105.06%。

YSP—15鋼瓶體積充裝系數(shù)為85%。

當(dāng)過量變1.5kg時(shí)，其體積充裝系數(shù)為：

 

%×（15＋1.5）=93.5%

此種情況下液化石油氣受熱膨脹容積占鋼瓶容積的百分比：

93.5×105.16%=98.23%（接近滿液）

32℃時(shí)，如過量2kg，則：
%×（15＋2）=96.3%

96.3×105.06%=101.17%（已滿液）

如果33℃，過量1.5kg，則：

93.5%×（106.1%×65%＋103.67%×35%）=98.42（接近滿液）

如果33℃時(shí)，過量2kg，則：

96.3%×105.26=101.36%（已滿液）

為35℃時(shí)，過量1.5kg，則結(jié)果為：

106.97%×65%＋104.13%×35%=99.09%（更接近滿液）

小結(jié)：該只鋼瓶很可能過量1.5—2kg左右，在32—33℃左右時(shí)滿液，然后隨室溫升高35℃以下，壓力驟升到5.8Mpa左右，鋼瓶不能承壓而變形、破壞、爆炸。

總之，此只鋼瓶爆炸的直接原因是過量充裝，鋼瓶制造質(zhì)量缺陷是重要原因。