王俊海 陳 坤 趙麗明

(山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東 271100)

操作工在開啟氧氣瓶試氣時發(fā)生氧氣瓶爆炸，氣瓶破碎成十幾片碎片，上部和中部碎塊較大，下部碎塊較小，底部碎塊未找全。為查找事故原因，我們對氣瓶碎片進行了宏觀檢驗、化學(xué)成分分析、力學(xué)性能測試、宏觀斷口分析。

1 碎片外觀檢查

瓶體碎片形貌如圖1 所示。爆炸導(dǎo)致的開裂主要沿軸向發(fā)展。事故氣瓶為內(nèi)部周轉(zhuǎn)氣瓶，a型(凹形底不帶底座)。爆炸造成氧氣瓶呈碎片狀飛出，現(xiàn)場找到瓶體碎片12 片，具體碎片數(shù)不詳。整個瓶體從中下部炸開，瓶口部位基本保持完整，下部破碎嚴重，瓶底未找全。檢查上半段瓶體瓶肩處鋼印標記磨損嚴重，難以完整辨析，瓶體為銹色，已無標志顏色。

鋼瓶外壁存在劃傷、裂紋缺陷，鋼瓶內(nèi)壁存在嚴重的銹蝕，有大量的腐蝕坑和腐蝕裂紋，直徑2 mm～5 mm，深度為0.3 mm～0.5 mm。碎片厚度測量:瓶肩5.1 mm，瓶體中部7.98 mm，瓶底20.04 mm。

圖1 主要碎片圖片F(xiàn)igure 1 Picture of main fraction

2 化學(xué)成分及力學(xué)性能分析

碎片化學(xué)成分用光譜分析，標樣采用12MnNbTi，具體分析結(jié)果見表1?；瘜W(xué)成分符合GB 5099—1994《鋼質(zhì)無縫氣瓶》中碳錳鋼材質(zhì)鋼瓶瓶體材料化學(xué)成分的要求。

按照標準規(guī)定的方法對氣瓶瓶體材料進行力學(xué)性能檢驗，結(jié)果見表2。檢測結(jié)果顯示，氣瓶材質(zhì)的力學(xué)性能除屈服強度外均符合GB 5099—1994《鋼質(zhì)無縫氣瓶》標準的要求，試樣拉伸試驗時無明顯的屈服現(xiàn)象。

表1 瓶體碎片化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)，%)Table 1 Chemical composition of bottle body fraction(mass fraction，%)

表2 瓶體碎片力學(xué)性能Table 2 Mechanical property of bottle body fraction

表3 瓶體碎片金相檢驗結(jié)果Table 3 Metallographic test result of bottle body fraction

圖2 碎片金相組織Figure 2 Fraction metallographic structure

3 金相組織檢驗

對氣瓶瓶體碎片進行金相組織檢驗，檢驗結(jié)果見表3，組織為鐵素體+珠光體(圖2)，為正常的正火組織。試樣內(nèi)外表面均存在輕微的脫碳。

檢驗結(jié)果表明，鋼瓶材料的金相組織、晶粒度以及脫碳情況均符合GB 5099—1994 標準規(guī)定的要求。

瓶體上存在裂紋缺陷(圖3)，金相分析表明該裂紋為瓶體熱加工過程中形成的裂紋。瓶體內(nèi)壁存在腐蝕坑，形貌見圖4。

4 碎片斷口分析

氣瓶碎片斷面大部分與主應(yīng)力方向成45°，但也有一部分斷面呈垂直狀態(tài)。所使用的膠管有多處同時被炸斷。

瓶體碎片大部分斷口邊緣沒有明顯的剪切唇，也沒有明顯的拉伸變薄現(xiàn)象，也即瞬間發(fā)生爆炸，瓶壁來不及發(fā)生肉眼可見的明顯塑性變形，呈現(xiàn)出典型脆性斷裂的特征，說明爆炸過程是在瞬間發(fā)生的。

圖3 瓶體外壁裂紋Figure 3 Outwall crack of bottle body

圖4 瓶體內(nèi)壁腐蝕坑Figure 4 Corrosion pit of bottle body internal wall

瓶身碎片斷口均有明顯快速擴展的人字紋;順著人字紋部分突出的斷裂源，與內(nèi)表面的腐蝕缺陷或外表面的線狀缺陷相連。氣瓶斷口局部有由內(nèi)向外的方向性沖刷發(fā)藍痕跡(圖5)，其中一處斷口有高溫灼燒熔融痕跡(圖6)，說明氣瓶經(jīng)過瞬間高溫。

圖5 斷口發(fā)藍Figure 5 Blue appearance of fracture

圖6 局部斷口高溫灼傷熔融Figure 6 Fusion of local fracture by high temperature burn

5 爆炸性質(zhì)分析

5.1 氣瓶爆炸性質(zhì)的確定

以實測的最小壁厚和實測的最低抗拉強度為依據(jù)，按照GB5099—1994《鋼質(zhì)無縫氣瓶》做了強度校核，該瓶理論爆破壓力≥36.82 MPa，而氣瓶實際工作壓力＜10 MPa。根據(jù)現(xiàn)場操作記錄來看，在本次爆炸事故發(fā)生之前已有操作者進行過氣割操作，而且也沒有發(fā)生爆炸。氣瓶在開始使用時未發(fā)生爆炸，在使用一段時間后發(fā)生物理爆炸顯然是不可能的。因此只有氣瓶內(nèi)發(fā)生強烈的氧化反應(yīng)，其瞬間溫度劇烈升高才會使瓶內(nèi)壓力超過規(guī)定值，促使氣瓶發(fā)生爆炸。

氣瓶發(fā)生物理爆炸一般不產(chǎn)生碎片或只產(chǎn)生少量碎片，而氣瓶發(fā)生化學(xué)爆炸則會產(chǎn)生較多碎片。該瓶爆炸后產(chǎn)生碎片超過12 塊，且斷口大部分呈快速斷裂形成的脆性斷口。部分斷口上存在由內(nèi)向外的方向性沖刷發(fā)藍痕跡，局部斷口上有高溫灼燒熔融痕跡，只有化學(xué)反應(yīng)形成的局部瞬時高溫，才能形成灼燒熔融的斷口。

綜上所述，可以斷定該氣瓶不是物理性爆炸而是化學(xué)性爆炸。

5.2 爆炸性氣體的確定

一般來說，能夠使氧氣瓶發(fā)生化學(xué)爆炸的氣體是氫氣或碳氫化合物，碳氫化合物中最有可能就是乙炔氣體。

檢查爆炸氣瓶殘片時，發(fā)現(xiàn)瓶體內(nèi)外表面均無油污、發(fā)黑等異常，只有氧閥端面和閥頸內(nèi)表面有碳黑存在。由此看來此次爆炸很可能就是碳氫化合物引起的爆炸，基本排除氫氣引起爆炸的可能。

該廠瓶裝可燃氣體只有乙炔。氧氣灌裝是由集團公司內(nèi)部的制氧廠統(tǒng)一管理，氧氣是由空分制氧機生產(chǎn)，不會含有碳氫化合物。從氧氣瓶使用管理過程來看，只能是乙炔氣體進入氣瓶形成O2—C2H2爆炸氣體。

5.3 氧氣瓶中O2—C2H2爆炸過程分析

根據(jù)文獻資料的介紹，氧氣瓶在氣割作業(yè)中，因瓶內(nèi)氣體壓力過低，乙炔通過割炬倒流入氧氣瓶。受到C2H2污染的氧氣瓶，送至制氧廠充氣站進行充氧，在充氧達到一定壓力時乙炔液化，繼續(xù)充氧達到滿瓶規(guī)定壓力值。使用帶有液化乙炔的氧氣瓶時，首先流出的氣體是純氧，當氣瓶內(nèi)壓力降到某一數(shù)值時，乙炔發(fā)生氣化，在瓶內(nèi)形成O2—C2H2爆炸性氣體，在繼續(xù)使用時，氧氣瓶在有火星進入時導(dǎo)致爆炸。

6 結(jié)語

(1)通過對爆炸氣瓶碎片的檢測和理論分析表明，本次爆炸事故為典型的化學(xué)爆炸。爆炸原因為氧氣瓶使用壓力過低造成乙炔流入氧氣瓶，經(jīng)回收充氧后，使用過程中氧氣瓶降到一定壓力時，在瓶內(nèi)形成O2—C2H2爆炸性氣體。

(2)加強氣瓶管理，加強充裝檢查工作，嚴格執(zhí)行氧氣瓶壓力不得小于0.25 MPa 的操作標準，可避免同類事故的發(fā)生。

［1］崔約賢，王長利.金屬斷口分析［M］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1984.

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［3］王元松，佟建華.記一起氧氣瓶爆炸事故［J］.深冷技術(shù)，2004(6).

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