邱兆蓉 劉獻(xiàn)游 四川省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院

瓶閥檢驗(yàn)確認(rèn)氣瓶爆炸事故原因

邱兆蓉 劉獻(xiàn)游 四川省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院

在一起無縫氣瓶爆炸事故鑒定檢驗(yàn)中，由于缺乏直接證據(jù)和存在其它特殊情況，對(duì)確定其爆炸性質(zhì)產(chǎn)生了困難。針對(duì)這一情況筆者增加了爆炸氣瓶瓶閥的拆解檢驗(yàn)和對(duì)同批充裝未爆炸氣瓶瓶閥拆解檢驗(yàn)，通過對(duì)比分析找到了證據(jù)，得出了結(jié)論意見。同時(shí)，對(duì)今后防止類似事故發(fā)生及開展鑒定檢驗(yàn)工作有一些參考和借鑒的作用。

1 事故情況

某年8月，四川省發(fā)生一起無縫氣瓶爆炸事故，造成2人死亡和2人受傷。氣瓶運(yùn)輸車輛和附近工棚等受損，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)100多萬元。事發(fā)后有關(guān)部門委托筆者單位對(duì)爆炸后的殘瓶進(jìn)行鑒定檢驗(yàn)，并對(duì)爆炸原因進(jìn)行分析。

當(dāng)天共28只氣瓶在充裝站充裝氧氣后裝上運(yùn)輸車，在烈日曝曬下（室外氣溫高達(dá)40℃以上）經(jīng)約2h運(yùn)輸后，中午時(shí)分到達(dá)使用現(xiàn)場即刻卸車。在第10只氣瓶的卸車過程中，氣瓶發(fā)生爆炸。造成2名卸車人員當(dāng)場身亡，2名人員受傷?，F(xiàn)場目擊者證實(shí)，氣瓶卸車采用圖1所示的方式。

圖1 氣瓶卸車方式示意圖

事故發(fā)生后，相關(guān)部門封存了該批氣瓶，并經(jīng)過檢查確認(rèn)該批氣瓶實(shí)際充裝壓力為13MPa。同時(shí)，對(duì)該批瓶內(nèi)氣體進(jìn)行抽樣分析，分析結(jié)果為：氧95.3%(體積比)，氮1.5%，二氧化碳1.0%，未檢出可燃?xì)怏w。

一般所知的氧氣瓶爆炸事故絕大多數(shù)都是因粘染油脂，在充裝或使用過程中發(fā)生化學(xué)爆炸。但這起事故卻發(fā)生在卸車過程中，或許發(fā)生的并不是化學(xué)爆炸。發(fā)生化學(xué)爆炸都會(huì)留有燃燒痕跡和產(chǎn)物，通過檢測(cè)比較容易識(shí)別和判斷，但前期調(diào)查處理人員在開展

初步取證工作后，為清理現(xiàn)場和爆炸殘瓶，曾使用大量的水進(jìn)行沖洗和擦洗，即使有燃燒痕跡或產(chǎn)物可能已被清洗掉了，致使確定化學(xué)爆炸的直接證據(jù)被消除或難以獲取。缺乏直接證據(jù)就需查找其他證據(jù)，是這起事故的又一特殊情況。

2 鑒定檢驗(yàn)情況

1）經(jīng)過查閱制造廠提供的出廠技術(shù)資料,并核對(duì)殘瓶鋼印標(biāo)識(shí),確定該爆炸氣瓶的基本信息為：制造標(biāo)準(zhǔn)GB5099《鋼質(zhì)無縫氣瓶》,出廠時(shí)間6個(gè)月,氣瓶型號(hào)WMA219-40-15,氣瓶參數(shù)TP22.5、WP15、V40.4、S5.7、DN219,氣瓶材質(zhì)34Mn2V，充裝介質(zhì)CO2（鋼印和質(zhì)證書),瓶閥型號(hào)QF-2型瓶閥、WP15。

2）對(duì)殘瓶進(jìn)行宏觀檢驗(yàn)，包括外觀檢查、鋼印標(biāo)記檢查、斷口宏觀檢查和瓶閥外觀檢查。

（1）宏觀檢驗(yàn)。經(jīng)外觀檢查，該殘瓶瓶體外表面存在鋁白色和淡酞藍(lán)色兩種漆色，且為鋁白色覆蓋淡酞藍(lán)色，內(nèi)表面未發(fā)現(xiàn)明顯的燃燒積碳痕跡；在距瓶底約500mm的瓶體內(nèi)表面處，有一長軸方向平行于瓶體軸線的橢圓形凹坑，大小約為150×100mm；該凹坑中間部位開裂，軸向貫穿整個(gè)凹坑（見圖2）從破口處可見凹坑部位瓶體嚴(yán)重減薄，凹坑中間開裂部位為最薄處；氣瓶因爆炸開裂及碰撞整體嚴(yán)重扭曲變形（見圖3)；沿破口檢查，各部位未見明顯的局部塑性變形（即無通常超壓爆破起爆點(diǎn)周圍存在向外鼓出的特征)，僅在凹坑最薄部位有少量的內(nèi)凹變形；測(cè)量殘瓶三個(gè)斷面（包括凹坑部位）的瓶體周長均約為680mm左右（換算成外徑約為216.6mm）左右，與正常氣瓶比較無明顯異常，表明該氣瓶爆炸前后瓶體未產(chǎn)生明顯的整體或局部塑性變形。

圖2 殘瓶瓶體凹坑

圖3 瓶體扭曲變形

（2）檢查殘瓶鋼印標(biāo)記，制造廠鋼印標(biāo)識(shí)、充裝站鋼印標(biāo)識(shí)、首次充裝日期和充裝站氣瓶自編號(hào)鋼印齊全、完整。

（3）對(duì)斷口進(jìn)行宏觀檢查，瓶體的斷口大多呈帶45°剪切唇的韌性斷裂形貌，僅在少數(shù)部位（如瓶肩和凹坑部位的最薄處）有部分?jǐn)嗫诔?0°形貌，各斷口對(duì)應(yīng)部位的痕跡相吻合，未見有缺失及碎片。

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（4）對(duì)殘瓶瓶閥進(jìn)行外觀檢查，閥體未見嚴(yán)重?fù)p傷，閥桿、出氣口發(fā)生變形和損傷，未見閥體安全帽及爆破片，其連接螺紋有損傷；卸下瓶閥檢查，進(jìn)氣口端面及進(jìn)氣孔內(nèi)壁有一層黑色附著物，類似燃燒后的余灰狀物質(zhì)（見圖4)。

3）對(duì)殘瓶瓶體進(jìn)行壁厚測(cè)定，測(cè)量部位按網(wǎng)格畫線共72點(diǎn)，實(shí)測(cè)壁厚值為6.0～8.0mm；對(duì)凹坑部位壁厚進(jìn)行重點(diǎn)測(cè)定，開裂處實(shí)測(cè)最小壁厚約為2mm。

4）從殘瓶瓶體上取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析、力學(xué)性能檢測(cè)，并從瓶體部位及凹坑部位分別取樣進(jìn)行金相組織檢測(cè)。

圖4 余灰狀物質(zhì)

檢測(cè)結(jié)果：瓶體材料化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，力學(xué)性能基本符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，金相組織符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，凹坑部位脫碳層深度與瓶體部位基本相同，表明凹坑熱處理前就存在。

5）爆炸前凹坑部位的一次應(yīng)力計(jì)算

σ＝P(Do－Sa)／2Sa

P＝13MPa（充裝壓力，經(jīng)日曬卸車時(shí)的實(shí)際壓力可能高于此壓力）

Do＝680/π＝216.6mm（取外徑實(shí)測(cè)值）

Sa＝2mm（取爆破后實(shí)測(cè)最小值）

計(jì)算值：σ＝697 N/mm2

將計(jì)算值與殘瓶瓶體材料力學(xué)性能實(shí)測(cè)值比較，氣瓶爆炸前凹坑部位的一次應(yīng)力已接近抗拉強(qiáng)度值。

6）對(duì)殘瓶瓶閥上的黑色附著物，因數(shù)量較少未能進(jìn)行檢測(cè)分析，無法直接確認(rèn)是否屬燃燒產(chǎn)物。

針對(duì)這一情況，筆者決定增加在同批封存的氣瓶中，抽取批號(hào)相同、首次充裝日期相同、使用狀況相同、自編號(hào)接近的氣瓶，將其瓶閥作為對(duì)比瓶閥，與殘瓶瓶閥一同進(jìn)行拆解檢驗(yàn)和對(duì)比分析，以判斷黑色附著物是否為爆炸所形成。

將殘瓶瓶閥解體后，閥體內(nèi)閥座周圍可見有機(jī)物被高溫熔融后的冷卻物質(zhì)（見圖5)；閥芯上未見聚四氟乙烯密封元件，其外圓上有三處“V”形裂口和一處“U”形缺口，未見缺口殘片，安裝密封元件的部位也可見相同的有機(jī)物被高溫熔融后的冷卻物質(zhì)；連接板及壓帽未見明顯異常。

卸下對(duì)比瓶閥后，可見進(jìn)氣口端面及進(jìn)氣孔內(nèi)壁附著物呈鐵銹紅色（見圖6)，而殘瓶瓶閥附著物為黑色。將瓶閥解體后，其內(nèi)部及各零件表面顏色正常，均無黑色附著物，閥體內(nèi)閥座、閥芯和聚四氟乙烯密封元件完好。將對(duì)比瓶閥與殘瓶瓶閥進(jìn)行比較，兩者無論外觀還是內(nèi)部都存在明顯的差異，證實(shí)殘瓶瓶閥上的黑色附著物是爆炸時(shí)所形成的，且殘瓶瓶閥內(nèi)部元件因爆炸而損壞。

圖5 群體閥座內(nèi)冷卻物質(zhì)

圖6 進(jìn)氣口內(nèi)壁附著物

3 鑒定檢驗(yàn)分析及結(jié)論

1）氣瓶爆炸的性質(zhì)分為物理性爆炸和化學(xué)性爆炸，兩者產(chǎn)生的原因有著本質(zhì)的區(qū)別，爆炸后的形貌特征和遺留產(chǎn)物也是各不相同的。一般是首先通過分析形貌特征和遺留產(chǎn)物來確定爆炸的性質(zhì)，再根據(jù)爆炸性質(zhì)查找產(chǎn)生的原因。由于本案存在的特殊情況，在瓶閥的拆解檢驗(yàn)和對(duì)比分析前，雖經(jīng)過檢驗(yàn)，但諸多因素的不確定性，仍難以確定爆炸的性質(zhì)。這些不確定的因素有：

從殘瓶開裂和扭曲變形的嚴(yán)重程度，以及無明顯整體和局部塑性變形的情況判斷，爆炸能量較大，在瓶體尚未發(fā)生塑性變形前，氣瓶瞬間即被炸裂，但并未產(chǎn)生碎塊。同時(shí)，殘瓶內(nèi)表面未見燃燒積碳痕跡，瓶閥上的黑色附著物雖能夠確定是爆炸形成的，但未能確認(rèn)是燃燒產(chǎn)物，缺乏化學(xué)性爆炸的直接證據(jù)。所以，只能結(jié)合氣瓶標(biāo)識(shí)盛裝介質(zhì)為二氧化碳，而瓶內(nèi)氣體分析為氧氣的情況進(jìn)行分析，疑為化學(xué)性爆炸的可能性較大。

同時(shí)，在瓶體內(nèi)表面發(fā)現(xiàn)的凹坑已使壁厚嚴(yán)重減薄，對(duì)瓶體局部強(qiáng)度的削弱也是顯而易見的，破口正好從最薄處貫穿整個(gè)凹坑就是證明，加上存在高溫運(yùn)輸和野蠻裝卸的情況，不能完全排除物理性爆炸的可能性。

2）經(jīng)過審查氣瓶出廠技術(shù)資料，并對(duì)爆炸殘瓶進(jìn)行宏觀檢驗(yàn)、壁厚測(cè)定、化學(xué)成分分析、力學(xué)性能檢測(cè)、金相組織檢查和應(yīng)力計(jì)算后，能夠確認(rèn)氣瓶的材料基本符合GB5099《鋼質(zhì)無縫氣瓶》的規(guī)定；內(nèi)表面的凹坑屬制造時(shí)留下的缺陷，雖然會(huì)削弱瓶體局部強(qiáng)度，但經(jīng)過制造廠的耐壓試驗(yàn)和充裝單位以前的充裝，該部位并未產(chǎn)生明顯向外鼓出的局部塑性變形，可排除因鋼瓶自身強(qiáng)度不夠而引起爆炸（物理性爆炸）的可能性；同時(shí)，經(jīng)過查對(duì)充裝記錄和檢查同批充裝其它氣瓶的壓力，也排除了充裝壓力過高，在高溫運(yùn)輸后引起超壓爆炸（物理性爆炸）的可能性。此外，凹坑部位的少量內(nèi)凹變形可能由卸車時(shí)的碰撞或爆炸后的碰撞引起，所以，該局部高應(yīng)力部位在卸車時(shí)遭碰撞而引起物理性爆炸的可能性還不能排除。

3）鑒于存在不確定的因素，故增加殘瓶瓶閥與同批充裝未爆炸氣瓶瓶閥的拆解檢驗(yàn)和對(duì)比分析，以幫助確定爆炸的性質(zhì)。事實(shí)證明增加的這項(xiàng)檢驗(yàn)和對(duì)比分析，成為了確定爆炸性質(zhì)的關(guān)鍵點(diǎn)。

瓶閥拆解檢驗(yàn)與對(duì)比分析的結(jié)果，不僅證實(shí)了殘瓶瓶閥上黑色附著物是爆炸形成的，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)閥芯和閥座上存在有機(jī)物熔融的殘留物，以及閥芯被炸裂的現(xiàn)象。而在對(duì)比瓶瓶閥上未見相同的現(xiàn)象。進(jìn)一步分析這些現(xiàn)象的成因，可以做出以下兩點(diǎn)判斷：

（1）閥芯和閥座上存在有機(jī)物熔融的殘留物，表明氣瓶發(fā)生爆炸時(shí)伴有高溫產(chǎn)生，是高溫熔化閥芯上聚四氟乙烯密封元件后形成的。因?yàn)?，聚四氟乙烯的熔點(diǎn)為327℃，超過該溫度才會(huì)發(fā)生熔化，出現(xiàn)高溫是燃燒(化學(xué)反應(yīng))的結(jié)果，即具有典型的化學(xué)性爆炸特征。而物理性爆炸不會(huì)伴有高溫產(chǎn)生，不會(huì)造成聚四氟乙烯密封元件熔化。

（2）在該充裝壓力(包括日曬升壓)的情況下，即使由于氣瓶局部高應(yīng)力部位在卸車時(shí)遭碰撞引起物理性爆炸，也不會(huì)導(dǎo)致閥芯被炸裂。因?yàn)?，瓶閥經(jīng)受的耐壓試驗(yàn)壓力(24MPa)遠(yuǎn)在此壓力之上，都沒有造成瓶閥零件的損壞。所以，閥芯被炸裂只能是能量更大的爆炸即化學(xué)性爆炸所致。

至此，所有物理性爆炸的可能性均被排除，爆炸性質(zhì)最終被確定為化學(xué)性爆炸。

4）確定了爆炸性質(zhì)后，再結(jié)合該批氣瓶最初是按鋼印標(biāo)識(shí)充裝過二氧化碳?xì)怏w，后改為充裝氧氣等事故調(diào)查了解的情況進(jìn)行分析，最終得出產(chǎn)生爆炸的原因是：已充裝過不禁油的二氧化碳?xì)怏w的氣瓶，被違規(guī)改裝使用，進(jìn)行氧氣充裝，加上野蠻卸車致使氣瓶受到強(qiáng)烈撞擊，從而引發(fā)化學(xué)性爆炸。

4 結(jié)束語

通過上述鑒定檢驗(yàn)的介紹，可以看到瓶閥的檢驗(yàn)在這起無縫氣瓶爆炸事故調(diào)查中，對(duì)確定爆炸性質(zhì)所起到的至關(guān)重要的作用，特別是存在其他不確定因素的情況下，增加對(duì)同批充裝未爆炸氣瓶瓶閥拆解檢驗(yàn)的對(duì)比分析后，不確定的因素得到合理解釋，并且取得了確定爆炸性質(zhì)的關(guān)鍵性證據(jù)，使鑒定檢驗(yàn)工作得以順利完成。對(duì)今后防止類似事故發(fā)生及開展類似工作有一定的參考和借鑒作用。

2013－10－23）