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4起混合气体气瓶爆炸事故原因分析

作者:邢迎明 姚晓春 章臣富  
评论: 更新日期:2011年04月01日

  瓶体材料组织为索氏体组织。内壁附近组织中有明显的轧制条带,中壁和外壁不明显,这些部位一般是杂质易聚集区域。杂质的存在不但会降低材料的抗腐蚀性能,而且还会成为氢陷阱,导致氢在此聚集,造成开裂。

  6 气体成分分析

  取同批充装的在用气瓶进行瓶内气体成分分析,结果见表2。分析结果表明:瓶内气体中含有微量水分。

 

  7 爆炸原因分析

  根据以上分析可以明确,初始裂纹启于气瓶下部300mm范围内的内壁,并不断扩展。由于承受内压的钢瓶环向应力最大,当有效承载面积不足以承受内压时发生突然爆炸,爆炸导致的开裂沿着与环向应力垂直的方向(轴向)迅速扩展。

  始裂处之所以发生在气瓶下部,是由于瓶中混合气体含有一定量的水分,且气瓶长期竖直放置使所含水分逐渐向气瓶下部聚集,在气瓶下部生成含二氧化碳—水、氯、硫、钠、氧的腐蚀性溶液,对瓶体材料产生腐蚀,这与电镜观察时发现在内壁有较多启裂源的结果和EDS对断口上附着腐蚀产物中含有的氧、硫、氯、钠(碱)和碳等元素的分析结果是一致的。氧、硫、氯、钠等对金属材料的腐蚀作用已很显然,不再赘述。二氧化碳—水的环境同样会造成金属材料的腐蚀,其腐蚀机理如下:

  Fe→Fe2++2e-

  Fe+HCO3-→FeCO3+2e-+H+

  Fe+CO32-→FeCO3+2e-

  上述阳极反应的发生使金属表面渐被腐蚀,气瓶内壁出现腐蚀凹坑。腐蚀凹坑不仅加剧腐蚀的速率,还会造成应力集中。腐蚀介质强的部位在腐蚀介质和瓶壁(尤其是内壁)应力共同作用下产生应力腐蚀,气瓶内壁局部金属溶解,导致气瓶内壁应力腐蚀开裂。金相分析清楚表明:内壁裂纹是从腐蚀凹坑处起裂的,且内壁裂纹主要以穿晶为主,伴有少量的沿晶开裂。

  另外,瓶体材料中存在轧制条带,而且靠近内壁附近较多,轧制条带一般为杂质易聚集区域。在

  气瓶使用中介质与瓶体金属发生阳极反应生成的氢,以原子态扩散进入材料,并在杂质带部位聚集,形成氢致裂纹,加剧应力腐蚀开裂。宏观断口和微观断口分析表现出的沿杂质带的二次裂纹正说明了这一点。

  综上所述,气瓶的失效是多种腐蚀因素综合作用的结果,主要因素是应力腐蚀,随着应力腐蚀裂纹的产生和不断扩展达到一定深度后,剩余有效承载壁厚不足以承受内压,导致瓶体破裂。

  8 防范措施

  目前,国内在各必威体育官方网站 使用的含二氧化碳成分的混合气体的钢质无缝气瓶为数较多,为保证安全使用,建议采取以下措施:

  (1)对在用的此类气瓶进行全面检查,如无法确定瓶内气体的水含量,应对已连续使用2年以上

  的气瓶做暂时性撤换;对撤换下的气瓶逐只进行以超声波检测和耐压试验为主的技术检验,确认其可靠性。

  (2)气瓶充装前,必须对瓶内进行干燥处理,充装混合气体的水含量应严格控制在相应气体技术标准规定的范围内。

  (3)建议新选用气瓶的设计压力较实际使用压力高一等级,以降低瓶壁使用应力水平。

  (4)加强对气瓶、安全附件的定期安全技术检验的管理和监督。

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