南通市如皋鍋爐壓力容器檢驗所 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年零兩個月，外觀無任何異常情況，漆色還較新，春節后充氣未用，放在儲藏室4個月，突然自行爆炸，轟的一聲，一股烈火，從氣瓶儲藏室窗口沖出，在10×16米范圍內一片火海，火焰高達2—3層樓房。家庭主婦謝××，陷入火海，嚴重燒傷，多處搶救，治療無效死亡。一個活生生、善良、無辜的年輕母親丟下小孩子含恨而去，一個好端端、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，認為她的死亡多冤枉了，太意外了！為了防止類似事故重復發生，確保安全，應對這起事故原因作出科學分析，公正的結論。

　　民用石油液化氣鋼瓶是我國為數最多、分布最廣，發生火災、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產安全。筆者直接負責調查分析、處理的這這起典型的石油液化氣瓶爆炸死亡事故，這份技術分析，揭示了容易引起事故的關鍵環節，提供安全監察、檢驗、制造、充裝、使用、設計、標準制定等人員參考，以起拋磚引玉的作用，敬請各位指教。

事故的技術分析

一、爆破鋼瓶測量試驗技術數據：

YSP—15型（出廠號20881號）

最高工作壓力P=1.6Mpa 水壓試驗壓力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15MnHp

復驗化學成份：

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

母材機械性能：

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，有網狀，半網狀碳化物。主體材質中有超長雜質。

鋼瓶的硬度復測情況

自上封頭減薄區至下封頭減薄區測厚兩行各6點，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，呈魚腹狀，無碎片。

破口斷面形狀：

爆破中心離中環焊縫中心線S=85mm，最小壁厚Sb=2.12mm

二、事故原因的技術分析

經反復調查、研究、分析，事故的主要原因，從技術角度排除了氣瓶這個環節中的設計、貯運、銷售、使用、改造等環節，下面著重從制造和充裝環節分析。

事故發生后，我們到充裝單位調查分析，盡管這只爆炸的氣瓶無充氣前檢查，無復驗等記錄，充裝現場存在許多事故隱患，但矢口否認充裝責任，以無法確認該瓶在該站充裝過量而斷然拒絕。到氣瓶制造廠，也拒不承認有任何責任，強調該廠氣瓶是優質產品，是經過安全監察機構監察、檢驗單位監檢、國家氣瓶專家是該廠的技術顧問，符合國家標準無任何問題。充裝、制造兩方面都強調事故原因是其它環節，對我們的技術分析，不正面解答。經多次交涉，并請權威部門出具復檢報告，請科研單位支持，終于接受了我們的技術分析。

1、制造缺陷的分析：

（1）對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、部份破口有剪切唇，整個氣瓶爆破后外形很不均勻，呈倒梨狀，中環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都反應了鋼瓶材質不良，熱處理不當。

（2）鋼瓶承受應力的分析

1 最高工作壓力Ph=1.6Mpa

2 設計的水壓試驗壓力Pt=2.4Mpa

③ 此鋼瓶爆破時的實際壓力

Pb=0.95×

式中：Sb ——爆破口最小壁厚 mm

σb——材料的抗拉強度Mpa DO——外徑 mm

④ 此批鋼瓶出廠爆破試驗時的壓力：

屈服壓力PS=7.2Mpa，爆破壓力Pb=10.2Mpa

⑤ 小結：A、該鋼瓶爆炸時的壓力5.82Mpa小于該批鋼瓶出廠前爆破試驗的屈服壓7.2Mpa，更小于爆破試驗壓力10.2Mpa，即該鋼瓶強度不足，在不應爆炸的壓力下爆炸，安全裕度不符合要求。B、該鋼瓶爆炸時的壓力5.82Mpa，大于最高工作壓力1.6Mpa，大于水壓試驗壓力2.4Mpa，即該鋼瓶實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2.4Mpa時的膨脹率η1=0.39%

2 此批鋼瓶作爆破試驗在7.2Mpa下屈服3 時的膨脹率

 η2= ×100%=0.788%

③ 此批鋼瓶作爆破試驗在10.2Mpa下爆破時的膨脹率：

 η3= ×100%=14.36%

④ 此鋼瓶爆炸時的實際膨脹率：

 η4=

⑤ 小結：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η3=14.36%的結果，膨脹率過小，塑性不足，容易造成滿液，容易引發裂紋、爆炸。

（4）鋼瓶主體材料的金相分析

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

（5）制造方面存在問題的結論：

材料有缺陷，熱處理不當，強度不足，塑性不足，檢驗漏網，監檢缺少經驗，至使鋼瓶在57%的爆破試驗壓力下就失效破壞。

2、關于過量充裝的技術分析

上述的鋼瓶制造質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，這個壓力來源于什么呢？經分析是過量充裝。

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℃時只有0.48Mpa，20℃時0.85Mpa，40℃時1.4Mpa，60℃時也只有2.14Mpa，即在常溫下低于氣瓶的最高工作壓力，在設計警戒溫度60°下也低于水壓試驗壓力。

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

但是過量充裝就十分危險了。仍以丙烷為例：過量0.5kg在40°時體積達33.4升，已進入危險警戒區，60°時達35.7升，已滿液，進入壓力驟升區。過量1.5kg，在30℃時，體積達34.2升，進入危險警戒區，在40℃達35.6升，已滿液，進入壓力驟升區。如果多裝2kg，15℃就進入危險警戒區，32℃進入滿液壓力驟升區。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℃可引發爆炸，爆破壓力可達10Mpa以上。

當地當日氣溫最高氣溫35.4℃，爆炸時間下午5時左右，室溫可能在30—35℃左右（層面有隔熱板，有窗戶純自然通風）絕不會>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。

現就該只氣瓶實際情況進行過量充裝計算如下：

該瓶的液化氣由65%丙烷和35%異丁烷組成。

丙烷32℃時受熱膨脹的容積百分數為105.73%。

異丁烷32℃時受熱膨脹的容積百分數為103.45%。

混合液化石油氣32℃受熱膨脹的容積百分數為105.06%。

YSP—15鋼瓶體積充裝系數為85%。

當過量變1.5kg時，其體積充裝系數為：

 

%×（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，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，過量2kg，則：

96.3%×105.26=101.36%（已滿液）

為35℃時，過量1.5kg，則結果為：

106.97%×65%＋104.13%×35%=99.09%（更接近滿液）

小結：該只鋼瓶很可能過量1.5—2kg左右，在32—33℃左右時滿液，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，鋼瓶制造質量缺陷是重要原因。