瓶阀检验确认气瓶爆炸事故原因

邱兆蓉 刘献游 四川省特种设备检验研究院

瓶阀检验确认气瓶爆炸事故原因

邱兆蓉 刘献游 四川省特种设备检验研究院

在一起无缝气瓶爆炸事故鉴定检验中，由于缺乏直接证据和存在其它特殊情况，对确定其爆炸性质产生了困难。针对这一情况笔者增加了爆炸气瓶瓶阀的拆解检验和对同批充装未爆炸气瓶瓶阀拆解检验，通过对比分析找到了证据，得出了结论意见。同时，对今后防止类似事故发生及开展鉴定检验工作有一些参考和借鉴的作用。

1 事故情况

某年8月，四川省发生一起无缝气瓶爆炸事故，造成2人死亡和2人受伤。气瓶运输车辆和附近工棚等受损，经济损失达100多万元。事发后有关部门委托笔者单位对爆炸后的残瓶进行鉴定检验，并对爆炸原因进行分析。

当天共28只气瓶在充装站充装氧气后装上运输车，在烈日曝晒下（室外气温高达40℃以上）经约2h运输后，中午时分到达使用现场即刻卸车。在第10只气瓶的卸车过程中，气瓶发生爆炸。造成2名卸车人员当场身亡，2名人员受伤。现场目击者证实，气瓶卸车采用图1所示的方式。

图1 气瓶卸车方式示意图

事故发生后，相关部门封存了该批气瓶，并经过检查确认该批气瓶实际充装压力为13MPa。同时，对该批瓶内气体进行抽样分析，分析结果为：氧95.3%(体积比)，氮1.5%，二氧化碳1.0%，未检出可燃气体。

一般所知的氧气瓶爆炸事故绝大多数都是因粘染油脂，在充装或使用过程中发生化学爆炸。但这起事故却发生在卸车过程中，或许发生的并不是化学爆炸。发生化学爆炸都会留有燃烧痕迹和产物，通过检测比较容易识别和判断，但前期调查处理人员在开展

初步取证工作后，为清理现场和爆炸残瓶，曾使用大量的水进行冲洗和擦洗，即使有燃烧痕迹或产物可能已被清洗掉了，致使确定化学爆炸的直接证据被消除或难以获取。缺乏直接证据就需查找其他证据，是这起事故的又一特殊情况。

2 鉴定检验情况

1）经过查阅制造厂提供的出厂技术资料,并核对残瓶钢印标识,确定该爆炸气瓶的基本信息为：制造标准GB5099《钢质无缝气瓶》,出厂时间6个月,气瓶型号WMA219-40-15,气瓶参数TP22.5、WP15、V40.4、S5.7、DN219,气瓶材质34Mn2V，充装介质CO2（钢印和质证书),瓶阀型号QF-2型瓶阀、WP15。

2）对残瓶进行宏观检验，包括外观检查、钢印标记检查、断口宏观检查和瓶阀外观检查。

（1）宏观检验。经外观检查，该残瓶瓶体外表面存在铝白色和淡酞蓝色两种漆色，且为铝白色覆盖淡酞蓝色，内表面未发现明显的燃烧积碳痕迹；在距瓶底约500mm的瓶体内表面处，有一长轴方向平行于瓶体轴线的椭圆形凹坑，大小约为150×100mm；该凹坑中间部位开裂，轴向贯穿整个凹坑（见图2）从破口处可见凹坑部位瓶体严重减薄，凹坑中间开裂部位为最薄处；气瓶因爆炸开裂及碰撞整体严重扭曲变形（见图3)；沿破口检查，各部位未见明显的局部塑性变形（即无通常超压爆破起爆点周围存在向外鼓出的特征)，仅在凹坑最薄部位有少量的内凹变形；测量残瓶三个断面（包括凹坑部位）的瓶体周长均约为680mm左右（换算成外径约为216.6mm）左右，与正常气瓶比较无明显异常，表明该气瓶爆炸前后瓶体未产生明显的整体或局部塑性变形。

图2 残瓶瓶体凹坑

图3 瓶体扭曲变形

（2）检查残瓶钢印标记，制造厂钢印标识、充装站钢印标识、首次充装日期和充装站气瓶自编号钢印齐全、完整。

（3）对断口进行宏观检查，瓶体的断口大多呈带45°剪切唇的韧性断裂形貌，仅在少数部位（如瓶肩和凹坑部位的最薄处）有部分断口呈90°形貌，各断口对应部位的痕迹相吻合，未见有缺失及碎片。

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（4）对残瓶瓶阀进行外观检查，阀体未见严重损伤，阀杆、出气口发生变形和损伤，未见阀体安全帽及爆破片，其连接螺纹有损伤；卸下瓶阀检查，进气口端面及进气孔内壁有一层黑色附着物，类似燃烧后的余灰状物质（见图4)。

3）对残瓶瓶体进行壁厚测定，测量部位按网格画线共72点，实测壁厚值为6.0～8.0mm；对凹坑部位壁厚进行重点测定，开裂处实测最小壁厚约为2mm。

4）从残瓶瓶体上取样进行化学成分分析、力学性能检测，并从瓶体部位及凹坑部位分别取样进行金相组织检测。

图4 余灰状物质

检测结果：瓶体材料化学成分符合标准规定，力学性能基本符合标准规定，金相组织符合标准规定，凹坑部位脱碳层深度与瓶体部位基本相同，表明凹坑热处理前就存在。

5）爆炸前凹坑部位的一次应力计算

σ＝P(Do－Sa)／2Sa

P＝13MPa（充装压力，经日晒卸车时的实际压力可能高于此压力）

Do＝680/π＝216.6mm（取外径实测值）

Sa＝2mm（取爆破后实测最小值）

计算值：σ＝697 N/mm2

将计算值与残瓶瓶体材料力学性能实测值比较，气瓶爆炸前凹坑部位的一次应力已接近抗拉强度值。

6）对残瓶瓶阀上的黑色附着物，因数量较少未能进行检测分析，无法直接确认是否属燃烧产物。

针对这一情况，笔者决定增加在同批封存的气瓶中，抽取批号相同、首次充装日期相同、使用状况相同、自编号接近的气瓶，将其瓶阀作为对比瓶阀，与残瓶瓶阀一同进行拆解检验和对比分析，以判断黑色附着物是否为爆炸所形成。

将残瓶瓶阀解体后，阀体内阀座周围可见有机物被高温熔融后的冷却物质（见图5)；阀芯上未见聚四氟乙烯密封元件，其外圆上有三处“V”形裂口和一处“U”形缺口，未见缺口残片，安装密封元件的部位也可见相同的有机物被高温熔融后的冷却物质；连接板及压帽未见明显异常。

卸下对比瓶阀后，可见进气口端面及进气孔内壁附着物呈铁锈红色（见图6)，而残瓶瓶阀附着物为黑色。将瓶阀解体后，其内部及各零件表面颜色正常，均无黑色附着物，阀体内阀座、阀芯和聚四氟乙烯密封元件完好。将对比瓶阀与残瓶瓶阀进行比较，两者无论外观还是内部都存在明显的差异，证实残瓶瓶阀上的黑色附着物是爆炸时所形成的，且残瓶瓶阀内部元件因爆炸而损坏。

图5 群体阀座内冷却物质

图6 进气口内壁附着物

3 鉴定检验分析及结论

1）气瓶爆炸的性质分为物理性爆炸和化学性爆炸，两者产生的原因有着本质的区别，爆炸后的形貌特征和遗留产物也是各不相同的。一般是首先通过分析形貌特征和遗留产物来确定爆炸的性质，再根据爆炸性质查找产生的原因。由于本案存在的特殊情况，在瓶阀的拆解检验和对比分析前，虽经过检验，但诸多因素的不确定性，仍难以确定爆炸的性质。这些不确定的因素有：

从残瓶开裂和扭曲变形的严重程度，以及无明显整体和局部塑性变形的情况判断，爆炸能量较大，在瓶体尚未发生塑性变形前，气瓶瞬间即被炸裂，但并未产生碎块。同时，残瓶内表面未见燃烧积碳痕迹，瓶阀上的黑色附着物虽能够确定是爆炸形成的，但未能确认是燃烧产物，缺乏化学性爆炸的直接证据。所以，只能结合气瓶标识盛装介质为二氧化碳，而瓶内气体分析为氧气的情况进行分析，疑为化学性爆炸的可能性较大。

同时，在瓶体内表面发现的凹坑已使壁厚严重减薄，对瓶体局部强度的削弱也是显而易见的，破口正好从最薄处贯穿整个凹坑就是证明，加上存在高温运输和野蛮装卸的情况，不能完全排除物理性爆炸的可能性。

2）经过审查气瓶出厂技术资料，并对爆炸残瓶进行宏观检验、壁厚测定、化学成分分析、力学性能检测、金相组织检查和应力计算后，能够确认气瓶的材料基本符合GB5099《钢质无缝气瓶》的规定；内表面的凹坑属制造时留下的缺陷，虽然会削弱瓶体局部强度，但经过制造厂的耐压试验和充装单位以前的充装，该部位并未产生明显向外鼓出的局部塑性变形，可排除因钢瓶自身强度不够而引起爆炸（物理性爆炸）的可能性；同时，经过查对充装记录和检查同批充装其它气瓶的压力，也排除了充装压力过高，在高温运输后引起超压爆炸（物理性爆炸）的可能性。此外，凹坑部位的少量内凹变形可能由卸车时的碰撞或爆炸后的碰撞引起，所以，该局部高应力部位在卸车时遭碰撞而引起物理性爆炸的可能性还不能排除。

3）鉴于存在不确定的因素，故增加残瓶瓶阀与同批充装未爆炸气瓶瓶阀的拆解检验和对比分析，以帮助确定爆炸的性质。事实证明增加的这项检验和对比分析，成为了确定爆炸性质的关键点。

瓶阀拆解检验与对比分析的结果，不仅证实了残瓶瓶阀上黑色附着物是爆炸形成的，同时还发现阀芯和阀座上存在有机物熔融的残留物，以及阀芯被炸裂的现象。而在对比瓶瓶阀上未见相同的现象。进一步分析这些现象的成因，可以做出以下两点判断：

（1）阀芯和阀座上存在有机物熔融的残留物，表明气瓶发生爆炸时伴有高温产生，是高温熔化阀芯上聚四氟乙烯密封元件后形成的。因为，聚四氟乙烯的熔点为327℃，超过该温度才会发生熔化，出现高温是燃烧(化学反应)的结果，即具有典型的化学性爆炸特征。而物理性爆炸不会伴有高温产生，不会造成聚四氟乙烯密封元件熔化。

（2）在该充装压力(包括日晒升压)的情况下，即使由于气瓶局部高应力部位在卸车时遭碰撞引起物理性爆炸，也不会导致阀芯被炸裂。因为，瓶阀经受的耐压试验压力(24MPa)远在此压力之上，都没有造成瓶阀零件的损坏。所以，阀芯被炸裂只能是能量更大的爆炸即化学性爆炸所致。

至此，所有物理性爆炸的可能性均被排除，爆炸性质最终被确定为化学性爆炸。

4）确定了爆炸性质后，再结合该批气瓶最初是按钢印标识充装过二氧化碳气体，后改为充装氧气等事故调查了解的情况进行分析，最终得出产生爆炸的原因是：已充装过不禁油的二氧化碳气体的气瓶，被违规改装使用，进行氧气充装，加上野蛮卸车致使气瓶受到强烈撞击，从而引发化学性爆炸。

4 结束语

通过上述鉴定检验的介绍，可以看到瓶阀的检验在这起无缝气瓶爆炸事故调查中，对确定爆炸性质所起到的至关重要的作用，特别是存在其他不确定因素的情况下，增加对同批充装未爆炸气瓶瓶阀拆解检验的对比分析后，不确定的因素得到合理解释，并且取得了确定爆炸性质的关键性证据，使鉴定检验工作得以顺利完成。对今后防止类似事故发生及开展类似工作有一定的参考和借鉴作用。

2013－10－23）