液氮容器爆炸原因分析
2008年5月17日7:45時(shí)左右,某市照明電器有限責任公司摩托燈具車(chē)間一臺YDZ-100型液氮容器罐在靜態(tài)時(shí)突然發(fā)生爆炸,當場(chǎng)造成2名工人死亡。
一、事故經(jīng)過(guò)
當日7:30時(shí)左右,2名當班工人象往常一樣進(jìn)入該公司摩托燈具車(chē)間正在做生產(chǎn)前的準備工作,7: 45時(shí)左右,車(chē)間內100升的液氮罐突然發(fā)生爆炸,2名工人當場(chǎng)被炸成重傷,經(jīng)送醫院搶救無(wú)效死亡。事發(fā)后,安監、質(zhì)監、公安等部門(mén)組成的事故技術(shù)調查組對事故現場(chǎng)進(jìn)行了勘查,確認該起事故是由車(chē)間內的一臺100升液氮容器罐爆炸所致。受事故調查組委托,省特種設備安全監督檢驗研究院及時(shí)組織有關(guān)專(zhuān)家對該容器殘骸進(jìn)行了現場(chǎng)檢驗和分析。
二、原因分析
省特檢院及專(zhuān)家對該容器殘骸進(jìn)行現場(chǎng)檢測檢驗發(fā)現,內筒體表面縱向焊縫上存在一條長(cháng)15毫米穿透性缺陷,增壓管底部脫落口處有約5毫米長(cháng)的未焊透,并認定:該液氮容器外筒體爆炸原因是因內筒體液氮泄漏到夾層中,液氮在短時(shí)間內迅速汽化,導致夾層空間壓力升高,當壓力升高至夾套材料強度極限時(shí),致使容器外筒體發(fā)生爆炸。
1、爆炸現場(chǎng)情況:外筒上封頭爆炸后飛出,外筒筒體炸為平板,斷口基本沿焊縫和熱影響區撕裂,壓力表脫落,爆破片堵塞,未見(jiàn)排氣閥和安全閥。內筒體基本完好,僅上下封頭局部變形,內筒體頂部中心接管斷裂,增壓盤(pán)管拉直,出液管和增壓管管口拉斷。爆炸后的容器殘骸上已無(wú)任何產(chǎn)品標識。
2、容器基本情況:使用單位未能提供出廠(chǎng)資料,現場(chǎng)也未見(jiàn)任何產(chǎn)品標識。經(jīng)對某低溫液體材料公司銷(xiāo)售單位的詢(xún)問(wèn),該容器于2004年底從外省某公司購買(mǎi), 2005年初使用。在生產(chǎn)相同產(chǎn)品(燈泡)的其他廠(chǎng)家收集到同類(lèi)型產(chǎn)品(液氮容器)的使用說(shuō)明書(shū),說(shuō)明書(shū)上的容器規格、性能表中表明,YDZ-100型液氮容器的相關(guān)參數為:容量100升,工作壓力<0.1MPa,靜態(tài)日蒸發(fā)率<1.4%,直徑×高度為Φ550mm×1250mm。通過(guò)對操作工的詢(xún)問(wèn),也證實(shí)了該容器操作壓力<0.1MPa。同時(shí)據反映,公司曾于2007年夏天對該容器抽過(guò)一次真空,年底或2008年初,該容器外殼距下環(huán)縫200mm處有結霜現象,面積大致為Φ50mm的圓。事故發(fā)生前,該容器曾于5月16日9:00時(shí)左右充裝過(guò)100L液氮,使用至5 月16 日16: 30時(shí)下班,估計容器內尚存液氮量應在30L左右。
3、對該容器進(jìn)行了以下項目的檢驗: ①宏觀(guān)檢查:該容器對接焊縫高度普遍低于母材約0.1-0.2mm,內筒體頂部中心接管焊腳高度偏低,增壓管底部接管有約5mm長(cháng)的未焊透。 ②外觀(guān)幾何尺寸測量:外筒體直徑約550mm,總高約1250mm;內筒體直徑約490mm,總高約650mm。 ③壁厚測定:內筒筒體壁厚1.5mm,內筒封頭壁厚2.5mm;外筒筒體壁厚1.9mm,外筒封頭壁厚3.0mm。 ④滲透檢測:內筒體外表面距上環(huán)縫210mm處縱縫有一長(cháng)15mm的條形缺陷顯示,后用內視鏡觀(guān)察內表面相應部位,也有缺陷痕跡顯示,說(shuō)明缺陷為穿透性。
4、容器外筒體爆炸原因分析:該液氮容器因內筒體液氮泄漏到夾層中,液氮在短時(shí)間內迅速汽化,導致夾層空間壓力升高,當壓力升高到一定程度時(shí),致使容器外筒體發(fā)生爆炸。
分析認為內筒體液氮泄漏到夾層中可能的原因有以下幾種:
①、由于縱縫存在15mm長(cháng)的穿透性缺陷,內筒氮氣(氣相)滲入夾層中,使夾套真空度受損,絕熱效果降低,導致內筒壓力升高,由于無(wú)安全保護裝置,使其壓力在升高過(guò)程中,無(wú)法得到控制,當壓力升高到一定值時(shí),使增壓管底部接管原有缺陷處開(kāi)裂,液氮滲漏到夾層空間后汽化,夾層壓力迅速升高導致外筒體爆炸。
?、谠鰤汗艿撞拷庸茉腥毕萏幱捎陂L(cháng)期使用導致開(kāi)裂,液氮滲漏到夾層空間后汽化,夾層壓力迅速升高導致外筒體爆炸。
?、?6日下班后,工人未將排氣閥打開(kāi)或開(kāi)度不夠,使液氮經(jīng)過(guò)十幾個(gè)小時(shí)的自然蒸發(fā)后,內筒壓力升高,由于無(wú)安全保護裝置,壓力繼續升高,增壓管底部接管原有缺陷處開(kāi)裂,液氮滲漏到夾層空間后汽化,夾層壓力迅速升高導致外筒體爆炸。
?、茉O備未按規定定期維護保養。車(chē)間長(cháng)期使用液氮罐,幾乎每天有人操作,但在使用操作過(guò)程中沒(méi)有能按照《使用說(shuō)明》定期維修檢查和保養,設備存在不安全的隱患,本質(zhì)安全性不高,容器周邊安全環(huán)境差。
?、萋毠げ僮魉刭|(zhì)技能差。液氮罐操作工人未能經(jīng)過(guò)必要的針對性的安全教育上崗,僅憑師傅口頭傳授操作技能。工人操作素質(zhì)和技能較差,無(wú)安全操作規程,現場(chǎng)作業(yè)沒(méi)有明確規定,導致班組工人安全操作存在漏洞。
三、液氮的安全使用
液氮(Liquid nitrogen)是一種特殊的工業(yè)制成品,廣泛應用于精密儀表制造和醫藥、食品等工農業(yè)生產(chǎn)、日常生活,主要是冷凍貯存媒介。液氮來(lái)源于空氣,空氣中所含主要氣體成分為氧氣和氮氣,其中,氮氣約占空氣的78.09%。液氮即為液化的氮氣。
1、液氮特性:液氮由于是由氮氣壓縮冷卻的液體,其理化性質(zhì)比較特殊。主要特性如下:
?、俪蜏匦裕阂旱姆悬c(diǎn)為-195.8,液氮氣化時(shí)每公斤可吸熱48大卡。
?、谝旱菬o(wú)色、無(wú)臭、無(wú)毒的液體。
③液氮的滲透性很弱,但當人體皮膚接觸液氮時(shí)會(huì )受到嚴重凍傷。
④膨脹性:液氮是由空氣壓縮冷卻制成,其氣化時(shí)能恢復為氮氣。據測每一立升液氮氣化,溫度上升15℃,體積膨脹約為180倍。
?、葜舷⑿裕旱獨獗旧聿荒苤率谷酥舷?,但在一定空間內,如果氮氣過(guò)多而隔絕氧氣,操作者也會(huì )引起窒息。據測定,10公斤液氮在10立方米的室內瞬間蒸發(fā),可使空間氧氣突然降到13%,造成空間缺氧。在此條件下,就能引起人的窒息乃至死亡。
2、液氮貯存:液氮貯存種類(lèi)一般可分為貯存罐、運輸罐兩種。貯存罐主要用于室內液氮的靜置貯存,不宜在工作狀態(tài)下作遠距離運輸使用;為了滿(mǎn)足運輸條件,運輸罐主要有專(zhuān)項防震設計,除靜置貯存外,還可在充裝液氮狀態(tài)下,作運輸使用,但應避免劇烈的碰撞和震動(dòng);另外,在短時(shí)間、短距離內使用少量液氮時(shí),也可以臨時(shí)使用保溫瓶(杯)等器具存放,但在用保溫瓶(杯)等物貯存時(shí),必須在瓶塞邊緣切開(kāi)一條牙簽樣大小的小溝,以便氮氣的安全排出。
3、液氮的安全使用:正常情況下,液氮貯存在密封式罐體時(shí),要注意將液氮罐口保留一定縫隙,否則液氮氣化時(shí)氣體無(wú)法及時(shí)排出,極易造成爆炸事故。一般液氮罐的蓋塞都留有一定的縫隙,在使用時(shí)千萬(wàn)不要人為將其堵塞。
⑴液氮使用注意事項: ①液氮是低溫制品,在使用過(guò)程中要防止凍傷。 ②在液氮中操作及存取冷凍物品時(shí)速度要快,注意輕拿輕放,以免物品解凍,造成不必要的損失。 ③在使用和貯存液氮的房間內,要保持通風(fēng)良好,以避免空間缺氧,造成人員窒息。 ④由于液氮不具有殺菌性,故接觸液氮的用具要注意消毒。 ⑤液氮罐在運輸過(guò)程中一定要固定好,以防震動(dòng)和倒翻。 ⑥液氮罐長(cháng)期貯存物品時(shí),要注意及時(shí)補充液氮。
?、迫萜鞯氖褂镁S護: ①在使用過(guò)程中,每天都應隨時(shí)檢查罐體的使用情況,發(fā)現罐體瓶蓋上或上部有水珠和結霜情況,說(shuō)明罐體質(zhì)量有問(wèn)題,應立即停止使用;在罐體無(wú)水珠或結霜現象時(shí),可以用手觸摸外殼 ,若感覺(jué)上部冷,下部熱,這也說(shuō)明罐體質(zhì)量有一定的問(wèn)題,即液氮日增損較大,應注意觀(guān)察,防止液氮耗損,最好停止使用;同時(shí)在日常使用過(guò)程中,還要參照相關(guān)壓力容器安全技術(shù)監察規程要求,定期對液氮罐及安全設施儀表附件進(jìn)行檢測校驗,確保其安全完好。 ②使用前要認真檢查容器相關(guān)安全儀表和附件,當儀表、附件處于完好的正常狀態(tài)下,才能正確掌握和調整其所需壓力和容量; 若發(fā)現外表掛霜,應立即停止使用,及時(shí)檢驗檢測和維修。 ③液氮罐在充填液氮之前,首先要檢查外殼有無(wú)凹陷,真空排氣口是否完好;若被碰壞,真空度則會(huì )降低,嚴重時(shí)進(jìn)氣不能保溫,這樣罐體上部就會(huì )結霜,液氮損耗大,會(huì )失去繼續使用的價(jià)值;充填液氮時(shí)更不能將液氮倒在真空排氣口,以免造成真空度下降;同時(shí),充填液氮前罐內要有少量液氮保持預冷狀態(tài)。 ④液氮罐要存放在通風(fēng)良好的陰涼處,不要在太陽(yáng)光下暴曬。由于其制造精密及固有的特性,無(wú)論在使用或存放時(shí),嚴禁液氮罐傾斜、橫放、倒置、堆壓、相互撞擊或與其他物件碰撞,要始終保持罐體直立。 ⑤用于長(cháng)期貯存時(shí),則需要定期補充液氮,補充時(shí)一般應在液氮剩余量為總容量的三分之一為宜。 ⑥放進(jìn)或取出冷凍物品時(shí),要盡量使罐口打開(kāi)時(shí)間短,以減少液氮消耗,也不要把提筒完全提出來(lái)。 ⑦嚴禁在容器蓋上放置物體和密封頸口。 ⑧嚴禁用硬物清除頸管內的凍霜,以免損傷頸管。 ⑨液氮罐只用于盛裝液氮,不允許盛裝其他液體或混存。
?、沁\輸: ①運輸時(shí)應使用海棉或其它軟墊物品對液氮罐加以固定,預防翻倒。 ②正確選用運輸罐(YDS-XB),禁止使用貯存罐作運輸罐用。