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一台空压机储气罐爆炸事故分析摘要 本文作者通过超声厚度测试、硬度测试、射线检测、金相检验、化学成分分析以及断口扫描电镜分析等测试技术对一台空压机储气罐爆炸事故进行分析，找出空压机储气罐发生爆炸的原因，并为空压机的平安运行提出了针对性的建议Abstract: The authors applied the ultrasonic thickness test, hardness test, radiation detection, metallographic examination, chemical composition analysis and scanning electron microscopy analysis of fracture to analysis the explosion of an air compressor storage tank. The cause of explosion was found and some Specific proposals were presented at the end.关键词 储气罐，爆炸事故分析Keywords: Air storage tank, explosion analysis引言广州某灯具公司需要使用液化石油气加工玻璃灯具，在爆炸事故发生前两天由于节日停产，爆炸当天也下午4时50分开动空压机在开机20分钟后发生爆炸，造成一维修工人重伤后致死的事故。

该空压机放在一楼楼梯底下，爆炸冲击波将空压机周围的墙壁振得摇摇欲坠，事故现场见图1事故所造成的损失是严重的，分析这起空压机储气罐事故总结经验，对提高我们的检验水平和提高企业的平安管理水平都具有十分重要的意义图1 爆炸事故现场一、设备概况该空压机上的压缩机型号为W-2.0/7，额定工作压力为0.7MPa配备电机功率为15 KW储气罐为华东某锅炉压力容器制造厂制造容积：0.35m3；规格：Φ500×5×1730mm；主要受压元件材质：Q235-A；设计压力：1.10MPa；设计温度：140℃；工作压力：1.00MPa；工作温度：<100℃；焊缝系数：0.85；腐蚀裕度：1mm；水压试验：1.65MPa；出厂日期：2000年2月该罐共有焊逢4540mm，包括两道环焊缝一道纵焊缝；焊缝系数0.85；环焊缝是有垫板的单面焊焊缝；探伤比例10%，实际探伤450mm，用X射线拍片共三张，其中纵缝一张,两环缝丁字口各一张，并有当地监检证明二、事故现场调查 爆破后放在楼梯底的空压机储气罐空气入口端被炸开，封头脱落在地上，止回阀飞出掉落地上，压缩机和马达与支座连接的螺栓被剪断，掉落在储气罐旁边 储气罐的另一端外观完好,平安阀仍在罐体上。

储气罐爆炸残骸图见图2图2 储气罐爆炸后残骸图三、常规检测发生事故后，我们对该台储气罐进行了厚度、硬度、射线探伤等检测，检测结果如下：〔一〕 超声波测厚度该台储气罐封头公称壁厚为6mm,筒体为5mm用CTS30测厚仪测得封头最小壁厚为5.7 mm，筒体最小壁厚为4.8 mm，属于正常范围〔二〕 硬度检测对另一端未爆炸的封头环焊缝作硬度抽查其值为焊缝HB107，母材HB137，热影响区HB157，属于正常范围〔三〕 射线检测对所有对接焊缝进行射线检测，发现纵缝有四处未焊透评为Ⅳ级，未爆的环缝有一处有条渣评为Ⅳ级，已爆封头环缝两处有条渣评为Ⅳ级，共有七张Ⅳ级片〔四〕 化学成分分析从爆破残骸中取样，用SPECTROTEST移动式金属分析仪做化学成份分析，结果如下表1经与产品质量证明书使用材料对照，筒体，封头及其焊缝主要合金元素C，Si，Mn，P，S等含量与根本相符〔五〕 金相分析在筒体残骸上做金相检查其显微组织为铁素体＋珠光体，球化等级为1.5，蠕变损伤等级为1级，金相组织未见异常表1 化学成分分析结果序号标称材质元素及含量CSiMnPS1Q2350.1640.2030.4360.0220.0262Q2350.1610.1730.4780.0270.0193E43030.0840.3821.040.0270.025注：序号1取样点为封头，序号2取样点为筒体，序号3取样点为焊缝。

四、断口分析下面就从几个角度分别对断口进行观察和分析〔一〕 断口边沿壁厚没有明显变化，不像正常缓慢升压造成超压破坏的断口，超压破坏试验一般都有塑性变形，局部减薄的过程〔二〕 从断口分布的情况看,甩出的封头断口上只有一小段是在环焊缝的熔合线上，其它的纵向,横向断口都不在焊缝上而在母材上，由此判断断口与焊缝的焊接质量关系不是很大〔三〕 仔细检查过爆破后的断口特别是起爆点附近的断口，发现除了支座角焊缝处一小段以外，其余根本上都是新断口没有旧裂纹的痕迹，而且大都是韧窝型的韧性断口因而判断该钢板在裂口处没有先天性裂纹缺陷图3 断口外貌图4 止回阀角焊缝〔四〕 从止回阀处的断口可以清楚看到该处罐体与止回阀只焊了一道角焊缝角焊缝下面罐体用气焊切割开孔的痕迹仍清晰可见，见图4由此判断这角焊缝处的强度相比照其它地方要低，是一个薄弱环节，应该是一个起爆点〔五〕 把残骸的有关部位切割下并拼凑到一起复位，发现压缩机支座前端与罐体的角焊缝在端头有一小段断口相比照拟光滑，罐体上的断裂线正好也在这个地方出现交叉，在裂口交汇的尖角处，我们发现尖角的两个侧面都存在旧的断裂面，断裂沿着这些旧断裂面向前延伸，见图5 图5 残骸复位图 图6 旧断口扫描电镜图像〔六〕 对这两个旧断面进行扫描电镜观察发现：其中一个面〔伸向止回阀方向的如下图的A面〕有明显的海滩把戏的疲劳弧线条纹。

这种弧线的产生是由于载荷大小和应力方向发生变化以及罐体材质不均匀使裂纹扩展不断改变方向的结果，应该说这是低应力高周疲劳断口上比拟典型的疲劳弧线，是识别和判断疲劳失效的主要依据[1]，说明这个旧断面是个疲劳裂纹断面另在靠近尖角处又发现一处凹坑缺陷，凹坑四周有呈放射性分布的二次裂纹，而且这些裂纹已经贯穿整个壁厚，说明这里在爆破前就已经穿透在另一个旧断面的边沿靠近新断口处没有弧线只有韧窝状的断裂口，见图6对旧断面和凹坑做能谱分析发现除铁以外还有很高的碳和氧，说明外表早已被氧化出现这种情况，笔者判断是由于局部应力过高和钢板内部有凹坑缺陷压缩机支座用五道短焊缝固定在储气罐筒体上，分布在支座的四个角和前端上部，空压机的振动也通过这五道短焊缝传到储气罐，而前端上部这道短焊缝就在压缩机底下,承受压缩机的重量和振动比其它地方大，它离止回阀角焊缝很近，其刚性也比其它地方大，所以在焊缝的末端会存在很高的应力集中，局部应力比其它地方大很多爆破前首先在凹坑缺陷处出现裂纹继而在这里出现疲劳扩展是完全有可能的，由于这些裂纹的存在,虽然只有很少一点地方穿透,大局部地方都还未穿透，但已大大地削弱了这理的强度，形成了除止回阀焊口外的另一个起爆点，并引导了裂口的走向，使爆口分成了四瓣。

五、爆炸原因分析爆炸[2]是指物质由一种状态迅速转变为另一种状态，并在瞬间以机械功的形式放出巨大能量同时产生巨大响声的现象爆炸又分为物理性爆炸和化学性爆炸两种物理性的爆炸其物质的性质及化学成份均不发生变化，发生变化的只是温度、压力、体积等状态参数，其破坏程度取决于蒸汽或气体的压力〔一〕 爆炸有很明显的突然性和局部性并产生巨大的能量，不是物理性爆炸由上述可见，该爆炸不是常规的超压破坏，有很明显的突然性和局部性从爆破残骸的外貌和爆破现场的情况可以判断，爆破是在储罐的前端压力突然猛升，根本来不及把压力传递到整个储罐就在止回阀和后面的角焊缝尾部这些比拟薄弱的环节爆开了，罐体的后半却部外观完好.罐体的断口也都来不及减薄变形，是被撕裂开的剪切口爆破将5mm厚的筒体撕裂成四瓣，封头被撕开，止回伐也因单层角焊缝完全断开而飞出，周围墙壁被爆炸的冲击波振得摇摇欲坠，空压机和电机的与支座的连接螺栓被完全剪断，没有巨大的能量是产生不了这样的结果的假设只是因为压缩空气而造成的物理性爆炸，那么空气的压力源只有空压机，而这种空压机顶多只能打倒2.0MPa2.0Mpa的工作压力是不可能引起爆炸的，造成这么严重的破坏的爆炸必需具备比这高得多的压力，由此我们可以排除物理性爆炸的可能性。

〔二〕 化学性爆炸的可能性分析化学性爆炸会发生极迅速的化学反响产生高温高压，而且化学反响也可以在一个局部的地方发生，用化学性爆炸就可以完全解释爆破现场出现的这些现象，我们从爆破现场周围的墙壁可以隐约看到一些被烟火撩过的痕迹，储气罐内壁也是黑的，见图1从资料[3]得知液化石油气属于易燃易爆品，其主要成份是丙烷约占50-80%，还有丙烯，丁烯和丁烷等成份还有很少量未脱净的硫常温常压下为气体.比空气重1.5～2倍，不易在空中扩散，能沿地面迅速流动弥散和积聚在低洼地域，假设从炉具喷出变为气体时体积迅速膨胀250倍液化石油气沸点低于-50℃，受热易气化，1m3液化气可气化成250～300 m3气体为探讨化学爆炸的可能性，我们事后用一台Multi RAE PLUS 复合式气体检测仪，到事故现场检查可燃性气体的情况，当时已经是爆炸后的第23天,爆炸摔坏的压缩机残骸已被移放到外面的露天场地，并经过多日的日晒雨淋，拆下消声器(也就是空气吸入口)的顶罩我们测到一氧化碳量 280ppm，硫量≥343mg/m³在这样的情况下仍能测到这样的浓度，可见残留在这里的浓度是比拟高的，压缩机无论是在楼梯底或者是在露天，附近都没有一氧化碳和硫的来源，我们判断这一氧化碳是液化石油气燃烧后的产物，而硫那么是液化石油气中未被燃烧的残留物。

该公司是一个液化石油气消耗量比拟大的用户，假假设有液化气有泄漏，那怕是轻微的泄漏它都可以很容易沿地面扩散假假设被空压机吸入那么由于液化气比空气重1.5～2.0倍，它很可能就沉积在储气罐前端的下部，随着时间的推移浓度也会越来越高甚至到达爆破的极限浓度，储气罐升压后旧裂纹处会出现泄漏,随着压力不断升高泄漏越会来越剧烈，假设泄漏物中带有液化气，由于液化气是一种很容易产生静电的物质，储气罐内假设残留有焊渣、沙粒等物也有可能引起静电由静电产生火花而导致爆炸是有可能的依据上述的分析判断，我们认为这是一起化学性爆炸事故六、结束语移动式空气压缩机储气罐是定期检验的压力容器中数量最大的而且它的使用面很广牵涉到各种各样的行业，由于这种压力容器钢板的韧性比拟好，工作压力也不高，只要不接触可燃气体，一般情况下都比拟平安所以往往没有引起用户甚至检验人员的重视这起爆炸事故给我们敲了一下警钟通过这次事故分析我们提出如下几点意见供使用者和检验人员参考〔一〕 空压机附近必需严禁有易燃易爆物品〔二〕 空压机用户如果同时要使用液化石油气等易燃易爆介质的话应当在附近装设可燃气体泄漏报警装置〔三〕 建议移动式空气压缩机的支座与储气罐的角焊缝应列入外观检验的必检工程。

〔四〕 建议设计部门以后不要把压缩机的支座直接焊在储气罐的筒体上，防止产生不必要的疲劳裂纹〔五〕 压力容器操作工是特殊工种，应取得特种设备操作工资格证参考资料1、张栋等、机械失效的实用分析、国防工业出版社出版、1997年2月2、施代全等、石油化工平安生产知识、中国石化出版社出版、2001年1月3、段多寿、油气储运平安知识问答、机械工业出版社出版、2003年7月。