液氨泄漏事故原因技術(shù)分析與警示

文 辛耀武

現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)情況

一、事故現(xiàn)場(chǎng)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)，發(fā)生泄漏的液氨鋼瓶與另兩只鋼瓶一起原存放于倉(cāng)庫(kù)內(nèi)西墻玻璃窗下，窗戶矮墻為12墻，高1.45米，發(fā)生爆裂后其向東北方向位移約7.47米（見(jiàn)簡(jiǎn)圖）

二、泄漏液氨鋼瓶

經(jīng)勘驗(yàn)泄漏的液氨鋼瓶筒體脹粗，變形，在筒體的縱焊縫熱影響區(qū)緊沿焊縫有一長(zhǎng)條形裂口,尺寸為 873mm（長(zhǎng)）×62mm(最寬)，裂口中心距鋼瓶下端環(huán)焊縫532mm, 裂口中心周長(zhǎng)2630mm(原周長(zhǎng)2574 mm),裂口邊沿筒體最小壁厚9.9mm,筒體其它區(qū)域測(cè)厚9.9mm,未發(fā)現(xiàn)筒體壁厚減薄，整個(gè)裂口沒(méi)有碎片產(chǎn)生，具有明顯45o剪切唇的塑性斷口特征，裂口斷面未發(fā)現(xiàn)金屬缺陷，易熔合金塞完好。另兩只液氨鋼瓶與事故液氨鋼瓶屬于規(guī)格型號(hào)、生產(chǎn)廠家、制造批號(hào)相同，且同時(shí)充裝。經(jīng)宏觀檢測(cè)液氨鋼瓶的瓶體，未發(fā)現(xiàn)有塑性變形和泄漏。

三、充裝、儲(chǔ)存情況

2014年3月5日，山西大同棟梁實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司購(gòu)置4只液氨鋼瓶后，由田文到大同市森凱鑫化工有限公司購(gòu)買液氨。當(dāng)天下午16時(shí)，田文將已充裝液氨的4只液氨鋼瓶送回到山西大同棟梁實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司。財(cái)務(wù)結(jié)算時(shí)，4只液氨鋼瓶共充裝的液氨總重量為2060Kg。3月5日16時(shí)，大同棟梁實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司附近大氣溫度為2.8℃。

因生產(chǎn)工藝需要，山西大同棟梁實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司將4只液氨鋼瓶中的1只投入生產(chǎn)中使用，其余3只一直儲(chǔ)存本單位的倉(cāng)庫(kù)內(nèi)，直至事故發(fā)生。

通過(guò)對(duì)山西大同棟梁實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司相關(guān)人員的調(diào)查了解，確定事故發(fā)生前3只鋼瓶在庫(kù)房中的存放位置。經(jīng)技術(shù)組調(diào)查人員現(xiàn)場(chǎng)還原3只鋼瓶在庫(kù)房中的存放位置，發(fā)現(xiàn)中午12點(diǎn)以后，太陽(yáng)光可照射到3只液氨鋼瓶的部分筒體。3月23日16時(shí)，大同棟梁實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司附近大氣溫度19.5℃。

原因分析

一、瓶體內(nèi)部壓力增高產(chǎn)生的物理破裂

“整個(gè)裂口沒(méi)有碎片產(chǎn)生，具有明顯的45o剪切唇的塑性斷口特征，裂口斷面未發(fā)現(xiàn)金屬缺陷。”可以確定液氨鋼瓶是由于瓶體內(nèi)部壓力增高產(chǎn)生的物理破裂?！耙兹酆辖鹑旰谩?，可以判定液氨鋼瓶破裂時(shí)，并非由于瓶?jī)?nèi)液氨溫度超過(guò)易熔合金塞動(dòng)作溫度（70℃），而造成瓶體內(nèi)部壓力增高導(dǎo)致的物理破裂。

二、充裝量近似滿液高于平均值

液氨2.8℃時(shí)密度0.6347264Kg/L,液氨鋼瓶公稱容積800L,實(shí)際容積827L。就此數(shù)據(jù)推算，液氨鋼瓶滿液充裝量應(yīng)在0.6347264×827＝524.919Kg，由于非法充裝，不能單獨(dú)稱重，總充裝液氨重量為2060Kg，4只液氨鋼瓶平均充裝量為515Kg。其他3只液氨鋼瓶在同等條件下未發(fā)生瓶體爆裂，由此推斷爆裂的液氨鋼瓶充裝量高于平均值515Kg，處于近似滿液狀態(tài)。

三、滿液狀態(tài)下液氨鋼瓶?jī)?nèi)壓力增加值

采用《小合成氨工藝技術(shù)設(shè)計(jì)手冊(cè)（下冊(cè)）》（梅安華主編，北京化學(xué)工業(yè)出版社1994年）中的計(jì)算方法。

盛裝液氨的容器應(yīng)有一定的安全空間，不可充滿液氨，因?yàn)橐喊钡娘柡驼羝麣鈮弘S溫度升高而升高，液氨宜隨溫度升高而膨脹，雖然液體膨脹系數(shù)小，但液體具有不可壓縮性，氣隙太小，溫度升高致使壓力急劇升高。導(dǎo)致容器發(fā)生失效。

裝滿液氨的容器，當(dāng)溫度升高時(shí)，壓力增加的計(jì)算式：

ΔP=（7-1-1）

△P—壓力增加值，MPa；

△t—溫度增加值, ℃；

、—溫度為、時(shí)的液氨體積膨脹系數(shù)；

、—溫度為、時(shí)的液氨體積壓縮系數(shù)；

＝2.8℃ （2013年3月5日16時(shí)）

＝19.5℃（2013年3月23日16時(shí)）

查表7-1-3得：

＝0.0020736

＝0.002331

＝0.00011436

＝0.0001372

將、、、 代入公式（7-1-1）中得：

ΔP=

=

＝29.62 MPa

四、爆裂時(shí)液氨鋼瓶?jī)?nèi)壓力

液氨在19.5℃時(shí)飽和蒸汽壓力PV＝0.846MPa（查表）加上壓力增加值，即為充裝過(guò)量的氣瓶在溫度為19.5℃時(shí)液氨鋼瓶?jī)?nèi)壓力。

P＝△P＋PV＝29.62＋0.846＝30.466MPa

五、泄漏液氨鋼瓶可承受的爆破壓力

根據(jù)GB5100—1994《鋼質(zhì)焊接氣瓶》第5.23.6條b,爆破壓力實(shí)測(cè)值Pb不小于按（4）式計(jì)算的結(jié)果：

(4)

—鋼瓶實(shí)測(cè)爆破壓力，MPa；

—鋼瓶實(shí)測(cè)最小壁厚，mm；

DO—鋼瓶外直徑，mm；

—抗拉強(qiáng)度 產(chǎn)品合格證，510 MPa；

實(shí)測(cè)液氨鋼瓶：

＝9.9 mm

DO＝820 mm

＝12.47 MPa

爆破時(shí)液氨鋼瓶?jī)?nèi)壓力：

P＝30.466MPa

液氨鋼瓶可承受的內(nèi)壓力：

＝12.47MPa

P＞

在充裝過(guò)量后，遇環(huán)境氣溫升高，液氨鋼瓶?jī)?nèi)的壓力高于液氨鋼瓶可承受的內(nèi)壓力，發(fā)生爆破。因此，過(guò)量充裝是導(dǎo)致液氨鋼瓶爆裂，發(fā)生液氨泄漏事故的直接原因。

防范此類事故的措施

這起事故對(duì)特種設(shè)備充裝單位、使用單位，特種設(shè)備監(jiān)管部門都是一個(gè)警示，應(yīng)從以下幾方面予以預(yù)防：

一是特種設(shè)備監(jiān)管部門加強(qiáng)對(duì)液氨等?；烦溲b的監(jiān)督管理，取締無(wú)資質(zhì)的充裝單位。

二是液氨等危化品充裝單位應(yīng)加強(qiáng)人員培訓(xùn)，嚴(yán)禁無(wú)證上崗，嚴(yán)格按照操作規(guī)程的要求充裝。

三是使用單位應(yīng)制定液氨等?；返牟僮饕?guī)程，把好液氨等?；返倪M(jìn)貨關(guān)、驗(yàn)貨關(guān)、存放關(guān)，作業(yè)人員應(yīng)取得特種設(shè)備作業(yè)人員證，嚴(yán)禁違規(guī)使用。

作者單位：山西省大同市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所

相關(guān)鏈接

液氨的介質(zhì)特性

一、理化特性

液氨，又稱為無(wú)水氨，是一種無(wú)色液體。

氨氣是一種無(wú)色透明而具有刺激性氣味的氣體。極易溶于水，氨在20℃水中的溶解度為34%。水溶液呈堿性，1%水溶液PH值：11.7，相對(duì)密度0.60（空氣=1）。氣氨加壓到0.7MPa～0.8MPa時(shí)就變成液氨，同時(shí)放出大量的熱，相反液態(tài)氨蒸發(fā)時(shí)要吸收大量的熱，所以氨可作致冷劑，接觸液氨可引起嚴(yán)重凍傷，因其價(jià)廉的特點(diǎn)在制冰和冷藏行業(yè)得到廣泛使用。液氨在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，具有腐蝕性，且容易揮發(fā)，所以其化學(xué)事故發(fā)生率相當(dāng)高。

二、危險(xiǎn)特性

危險(xiǎn)性類別：第2、3類有毒氣體，8類腐蝕品?；馂?zāi)爆炸危險(xiǎn)性類別為乙類。與氟、氯等能發(fā)生劇烈反應(yīng)。

氨與空氣混合到一定比例時(shí)，遇明火能引起爆炸，其爆炸極限為15.5%～25%。氨具有較高的體積膨脹系數(shù)。如：滿量充裝液氨的鋼瓶，在0℃～60℃范圍內(nèi)，液氨溫度每升高1℃，其壓力升高約1.32 MPa～1.80MPa，因而液氨氣瓶超裝極易發(fā)生爆炸。為此，氨罐周圍應(yīng)設(shè)置降溫噴淋裝置。