液化石油气钢瓶燃爆原因分析.pdf
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1、.+.136-2023年第2 6 卷节能安全石油和化工设备液化石油气钢瓶燃爆原因分析董国香,张捡,罗金,王华明(1.湖南劳动人事职业学院,湖南长沙410 10 0)(2.湖南省特种设备检验检测研究院,湖南长沙410 117)摘要】某餐馆液化石油气钢瓶因泄漏发生燃爆事故,通过现场勘查、宏观检验、壁厚测定、瓶阀气密性试验、断口分析、化学成分分析、力学性能试验、非金属夹杂物检验、金相显微组织分析和力学计算,表明钢瓶气瓶底座受到强外力作用而产生严重径向变形,局部应力集中明显,因液化石油气钢瓶强度失效开裂,造成泄漏燃爆。【关键词】液化石油气钢瓶;燃爆;原因分析引言液化石油气作为石油提炼的产物,主要成分是
2、丙烯、丙烷和丁烯,具有易燃易爆特性。2 0 2 0年11月某餐馆液化石油气钢瓶因泄漏发生燃爆事故,导致房屋和部分财产受损,造成人员伤亡。本文通过现场勘查、宏观检验、壁厚测定、瓶阀气密性试验、断口分析、化学成分分析、力学性能试验、非金属夹杂物检验、金相显微组织分析和力学计算,分析液化石油气钢瓶泄漏燃爆的原因。1钢瓶主要技术参数根据设计文件、质量证明书,钢瓶技术参数如下:表1主要技术参数钢瓶内直径容器高(长)瓶体设计厚度公称容积314mm680mm2.5mm35.5 L公称工作压力瓶体材料密度弹性模量泊松比抗拉强度2.1MPaHP2957800kg/m200GPa0.3440-560MPa6231
3、护罩2 瓶阀座3上封头4下封头5 底座6 瓶阀图1液化石油气钢瓶结构示意图2宏观检验通过宏观检验,液化石油气钢瓶下封头及底座呈明显的椭圆形状,沿下封头过渡区将气瓶切割成上、下两部分后,发现上部分的封头直边部位发生明显弹性变形,由椭圆形恢复成圆形,而下部分未见回弹,将上、下两部分重新拼接在一起,拼接端面出现明显错口,见图2。标准钢瓶的底座外径为2 40 mm,封头直边部位外径为319mm。椭圆形底座底部边沿有一处裂口,底座底部长轴为2 5 8 mm、短轴为2 18 mm,与标准钢瓶相比,事故钢瓶的底座径向变形量为18 mm,见图3。下封头过渡区椭圆形端面的长轴长度(含壁作者简介:董国香,男,副教
4、授,长期从事无损检测教学和科研工作。137董国香等液化石油瓦燃爆原因分析第8 期厚)为330 mm、短轴长度(含壁厚)为30 2 mm,与标准钢瓶相比,事故钢瓶下封头过渡区的径向变形量为17 mm,见图4。下封头曲面部位沿底座内侧附近开裂,裂口总长度为40 4mm,断口呈45剪切状,属于塑性断裂形态,靠近断口附近的金属母材外表面存在轻微腐蚀,最大腐蚀深度不超过0.5 mm,事故钢瓶内表面未见明显腐蚀现象。事故钢瓶底座角焊缝圆滑过渡至母材表面,阀座角焊缝(见图5)、瓶体对接环焊缝已焊透。图2 切割后的气瓶上、下两部分拼接端面事故钢瓶标准钢瓶258mm218mm218mm(a)实物图(b)径向变形
5、量对比示意图3事故钢瓶底座底部形变事故钢瓶标准钢瓶330mm802mm1#断口阀座角焊缝内表面302mm319mm(a)实物图(b)径向变形量对比示意图图4切割后事故钢瓶下部分内表面图5阀座角焊缝内表面-138-12023年第2 6 卷节能安全石油和化工设备3技术分析3.1壁厚测定分别对事故钢瓶上封头曲面部位、封头直边部位和下封头曲面部位进行壁厚测定,测点位置及厚度值分别见图6 图8、表2 表4。上封头曲面部位的测点为S1S4,厚度范围为2.7mm3.0 m m。封头直边部位的测点为Y1-1Y4-4,厚度范围为2.7 mm3.0 m m。下封头曲面部位存在一圈明显的减薄区域,1#断口的测点为Z
6、1Z14,厚度范围为1.0 mm1.5 m m;2#断口的的测点为Y1Y 14,厚度范围为1.0mm1.6 m m;未开裂的减薄区域的测点为Xb1X b 7,厚度范围为1.2 mm1.8 m m;其他区域测点为X1X 10,厚度范围为2.5mm3.0 m m。1#断口、2#断口及未开裂减薄区域的壁厚均小于设计壁厚2.5 mm,不符合要求。302mmxZS31xb4护罩Xb3Xb5xb2X6611Xb1Xb711mmX542mmlS2S4X10X68Y1Y13Z13Z2+Y23Y124+Z12Z3Y3Y11,21124Y4X4Y10210Z5Y5Y9Y6Y8Z92628SITZ7瓶阀口新口X断口
7、总长度abcde=404mma、b 两点间断口长度6=32 mm:d、e 两点间断口长度。-6 mm图6上封头曲面部位测厚位置示意图图7下封头曲面部位测厚位置示意图(俯视图)(俯视图)瓶阀口上封头过渡区Y1-3Y1-2Y1-1Y1-4Y1-3Y2-3Y2-2Y2-1Y2-4Y23环焊缝EY3-3ly3-2Y3-1lY34Y3-3Y4-3Y4-2Y4-1Y4-4Y4-31下封头过渡区图8上下封头直边部位测厚位置示意图(展开图)表2 事故钢瓶上封头曲面部位厚度测量值(mm)测点S1测点S2测点S3测点S42.72.72.82.8表3事故钢瓶下封头曲面部位厚度测量值(mm)测点Y1-1测点Y1-2测
8、点Y1-3测点Y1-4测点Y2-1测点Y2-2测点Y2-3测点Y2-42.82.82.82.83.03.03.03.0测点Y3-1测点Y3-2测点Y3-3测点Y3-4测点Y4-1测点Y4-2测点Y4-3测点Y4-43.03.03.03.02.72.72.72.7139-董国香等液化石油气气钢瓶燃爆原因分析第8 期表4事故钢瓶上封头曲面部位厚度测量值(mm)测点Z1测点Z2测点Z3测点Z4测点Z5测点Z6测点Z7测点Z81.01.21.11.01.41.31.21.2测点Z9测点Z10测点Z11测点Z12测点Z13测点Z14测点Y1测点Y21.21.31.21.41.21.51.21.0测点Y3
9、测点Y4测点Y5测点Y6测点Y7测点Y8测点Y9测点Y101.41.01.51.21.31.01.21.4测点Y11测点Y12测点Y13测点Y14测点Xb1测点Xb2测点Xb3测点Xb41.01.41.51.61.21.51.71.5测点Xb5测点Xb6测点Xb7测点X1测点X2测点X3测点X4测点X51.41.51.82.53.02.82.82.7测点X6测点X7测点X8测点X9测点X102.73.03.03.03.03.2瓶阀气密性试验瓶阀(型号:YSF-1)气密性试验的保压时间为1min,在下列条件及状态下,无气泡产生:公称工作压力(2.5 MPa)下,关闭和任意开启状态;在0.0 5
10、MPa压力下,任意开启状态。试验结果符合GB/T 7512-2017液化石油气瓶阀规定。3.3断口分析分别在1#断口、2#断口壁厚最小部位取一NONESEI8.OKVX8.000WO7.4n图91#断口电镜分析5000X3.4化学成分分析在事故钢瓶上封头曲面部位、下封头直边部位分别取样,进行化学成分分析,分析结果见表块试样分析断口形貌,发现断裂均从内表面起始与厚度方向约45 向外开裂。对断口进行电镜分析,发现断口均为拉伸断口,形貌为剪切韧窝,材料在塑性变形下产生的显微孔洞经形核、长大、聚集直至最后相互连接,导致断裂后在断口表面所留下的痕迹形状为某一方向拉长的韧窝(见图9图10),表明材料受到过
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