4起混合气体气瓶爆炸事故原因分析(正式)

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4起混合气体气瓶爆炸事故原因分析(正式) Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level.

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文件编号：KG-AO-5953-50 4起混合气体气瓶爆炸事故原因分析

(正式)

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1 事故简介

20xx年1月29日和20xx年3月29日，江苏省泰州市、南京市先后发生两起盛装混合气体的钢质无缝气瓶爆炸事故。事故调查期间， 20xx年5月20日和20xx年5月21日上述两地又各发生1起同类气瓶爆炸事故。经现场勘察， 4起事故在气瓶类型、盛装介质、工作状况、爆炸原因和气瓶残留物形貌等各方面极其相似：钢瓶公称容积70L、设计压力15MPa、瓶体材质37Mn、盛装介质50%N2+42%Ar+8%CO2、工作压力15MPa (G，下同)、投用年限3~4年、使用期间均未进行过定期检验。

现以20xx年3月29日气瓶爆炸事故为例，对事故原因进行分析，并提出防范建议。

2 宏观特征分析

气瓶爆破断裂形貌如图1所示。爆炸导致的瓶体开裂主要沿轴向发展，瓶体变形并向两侧展开，一侧的中部出现皱褶；钢瓶内壁存在多处点状腐蚀，直径为2.0~3.0mm，深度为0.5~1.0mm。观察瓶体底部起向上300mm范围内的断口，沿壁厚方向由内向外有明显颜色差异：壁厚内层区域(约1/3壁厚)呈污白色，无金属光泽，有向外壁发散的放射状条纹，为爆炸前已存在的陈旧断口，且在该层面存在大量的二次裂纹；壁厚中层区域(约1/3壁厚)颜色由污白色渐变为青灰色，同时逐渐出现金属光泽；壁厚外层区域具有纤维状特征，颜色为青灰色，具有金属光泽，为新鲜断口，如图2所示。由钢瓶底部300mm左右起以上的断口均为过载快速扩展撕裂韧性新鲜断口，如图3所示。

由断口宏观特征判断：钢瓶下部300mm范围内的陈旧性断口是引起爆炸的启裂源。始裂区断口具有一定的应力腐蚀开裂特征，根据充装介质及断口整体特

征分析，应属于物理爆炸。

3 瓶体材质化学成分分析

从气瓶破裂部位边缘取样，用化学分析法分析其成分，结果见表1。

由表1可见，气瓶材质符合要求，且在使用中未发生质变。

4 微观断口分析

在气瓶下部和上部破裂边缘部位分别取样进行微观断口分析。

4.1 扫描电镜分析(SEM)

扫描电镜分析特征如图4所示。钢瓶下部试样断口内壁发现大量启裂源，形貌见图4 (a)。裂纹自内壁起，呈放射状向外壁扩展，并在扩展过程中衍生多处二次裂纹[见图4 (b)]，表现出“穿晶解理”断裂的特征，与应力腐蚀开裂有关。裂纹在向外壁扩展了2mm 左右后，扩展方向发生偏转。在近内壁处，还能观察到材料内部沿着轧制带发生的粗大二次开裂[见图 4

(c)]，可能与氢扩散到内部有关。

断口近外壁部分与主断裂面呈约45°，为剪切唇。因其为新生断口，故见具有一定方向的韧窝特征，大韧窝内壁有蛇形花样[见图4 (d)]，韧窝大小不均，与晶粒大小以及夹杂物大小和数量有关，表明这个部位发生韧性断裂。这是由于裂纹扩展使得壁厚不再具有承载能力而发生瞬断。

钢瓶上部试样断口从内壁到外壁均表现为塑性断裂的韧窝特征，与图4 (d)相同。说明该部位发生韧性断裂，没有受到腐蚀影响。 4.2 能谱分析(EDS) SEM检查中发现内壁附近断口表面覆盖有大量的腐蚀产物，如图5、6所示。对断口内壁启裂位置腐蚀产物表面的附着物成分进行能谱分析，分析结果如图

7所示。

EDS分析结果表明，腐蚀产物中含有氧、硫、氯、

钠等元素。这些元素及其化合物的存在都会对气瓶材料造成腐蚀。断口表面存在的大量腐蚀产物表明：钢瓶内存在一定量水分，且水分中含有的物质较复杂，不仅有二氧化碳溶液，还存在氯、硫等元素。可以推断，气瓶破坏与二氧化碳—水环境下应力腐蚀开裂有关。

5 瓶体材料金相分析

试样取自气瓶断口处，在试样距断口约5m处内壁观察到一条较深的裂纹。该裂纹始于内壁向外壁扩展，且已经超过壁厚的1/2。从裂纹尖端看，开裂以穿晶为主，伴有沿晶，如图8所示。另外还观察到由瓶底起至2/3高度的内壁存在较多的腐蚀凹坑，并已出现一定数量源于凹坑的微裂纹，裂纹的扩展也是以穿晶为主，伴有沿晶特征，如图9所示。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、