淺談氣瓶定期檢驗(yàn)的重要性

邱晚茍

摘 要：工業(yè)氣體是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，氣瓶是儲(chǔ)存和運(yùn)輸各類工業(yè)氣體、可重復(fù)充裝的移動(dòng)式壓力容器，是具有潛在危險(xiǎn)性的特種設(shè)備。如何確保氣瓶在充裝、使用過(guò)程中的安全性是一個(gè)重要的研究課題。文章從技術(shù)防范措施角度，通過(guò)對(duì)鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶定期檢驗(yàn)各環(huán)節(jié)的控制措施以及實(shí)際事故案例的分析，總結(jié)出氣瓶定期檢驗(yàn)是確保氣瓶安全使用的重要技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：氣瓶；定期檢驗(yàn)；水壓試驗(yàn)；應(yīng)力腐蝕；爆破壓力

前言

氣瓶技術(shù)檢查與測(cè)試是氣瓶安全工程學(xué)的組成部分。所謂氣瓶的定期檢驗(yàn)，就是根據(jù)瓶裝氣體的性質(zhì)以及氣瓶使用條件或環(huán)境，確定在用氣瓶每隔一定期限，由具有資質(zhì)的氣瓶定期檢驗(yàn)站采用國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的適當(dāng)而有效的方法，對(duì)氣瓶進(jìn)行一次全面的檢查和必要的試驗(yàn)。鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶是應(yīng)用最廣的工業(yè)氣瓶，氣瓶?jī)?nèi)充裝的氣體具有壓力、可燃性、氧化性、窒息性、毒性、腐蝕性、化學(xué)不穩(wěn)定性等特點(diǎn)。在用的氣瓶只有通過(guò)定期檢驗(yàn)合格才能繼續(xù)使用，不合格氣瓶則進(jìn)行破壞性處理，從而確保在用的氣瓶在充裝、儲(chǔ)運(yùn)、使用過(guò)程中的安全性。

1 鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶定期檢驗(yàn)程序

氣瓶作為移動(dòng)式的壓力容器，受到國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)的嚴(yán)格監(jiān)督，對(duì)其進(jìn)行定期檢驗(yàn)具有強(qiáng)制性。根據(jù)GB13004-1999《鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶定期檢驗(yàn)與評(píng)定》，檢驗(yàn)項(xiàng)目包括外觀檢查、音響檢查、內(nèi)部檢查、瓶口螺紋檢查、重量與容積測(cè)定、水壓試驗(yàn)與氣密性試驗(yàn)，其中水壓試驗(yàn)是定期檢驗(yàn)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

2 定期檢驗(yàn)的質(zhì)量過(guò)程控制

2.1 外觀檢查。氣瓶的外觀缺陷有：凹陷、凹坑、劃傷、裂紋、鼓包、腐蝕和燒傷等。其中最常見(jiàn)的缺陷是腐蝕。這是鋼瓶由于外部介質(zhì)的化學(xué)作用或電化學(xué)作用引起的破壞和質(zhì)量變化。對(duì)點(diǎn)狀腐蝕剩余壁厚應(yīng)不少于設(shè)計(jì)壁厚的2/3；對(duì)線狀或面狀腐蝕剩余壁厚應(yīng)不少于設(shè)計(jì)壁厚的90%。

2.2 音響檢查。鋼瓶的腐蝕程度對(duì)音響檢查有直接的影響，音響清脆有力，余韻輕而長(zhǎng)且有旋律感，則音響檢查合格，如音響十分混濁低沉，余韻重而短并伴有破殼音響的氣瓶應(yīng)報(bào)廢。

2.3 內(nèi)部檢查的目的是排除瓶?jī)?nèi)是否存在異物或水分，特別是氧氣瓶嚴(yán)禁沾有油脂，以及檢查鋼瓶?jī)?nèi)表面是否存在裂紋、夾層、凹坑、腐蝕等缺陷。

2.4 瓶口螺紋檢查主要是檢查內(nèi)螺紋是否存在裂紋、變形、缺口或其他機(jī)械損傷。

2.5 重量與容積測(cè)定。氣瓶的循環(huán)使用會(huì)導(dǎo)致重量損失與容積增大。重量損失超過(guò)5%，應(yīng)測(cè)定瓶體最小壁厚，小于設(shè)計(jì)壁厚的90%應(yīng)報(bào)廢?，F(xiàn)容積大于制造標(biāo)志容積值10%的氣瓶應(yīng)報(bào)廢。

2.6 水壓試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)是一種直觀的非破壞性的技術(shù)檢驗(yàn)方法，其目的是檢驗(yàn)氣瓶在靜壓載荷下的整體強(qiáng)度和致密性。因?yàn)樗碾y壓縮特性，故以水作為加壓介質(zhì)，氣瓶水壓試驗(yàn)壓力是氣瓶公稱工作壓力的1.5倍。水壓試驗(yàn)的主要作用是：（1）由于水壓試驗(yàn)是超壓試驗(yàn)，可造成瓶體的局部屈服，使瓶壁內(nèi)的應(yīng)力分布趨于均勻。（2）可以檢查出氣瓶的容積變形情況。（3）可以發(fā)現(xiàn)氣瓶上穿透性裂紋以及某些影響強(qiáng)度的薄弱環(huán)節(jié)（缺陷）。（4）檢驗(yàn)氣瓶的致密性。（5）通過(guò)對(duì)水壓試驗(yàn)結(jié)果的分析，可對(duì)氣瓶的整體強(qiáng)度、安全可靠性做出綜合評(píng)定。

水壓試驗(yàn)的方法有外測(cè)法與內(nèi)測(cè)法兩種，在實(shí)際中，氣瓶檢驗(yàn)站大多采用內(nèi)測(cè)法試驗(yàn)裝置。水壓試驗(yàn)以容積殘余變形率作為評(píng)定氣瓶合格或報(bào)廢的標(biāo)準(zhǔn)。以內(nèi)測(cè)法為例，其計(jì)算公式如下：

η=（△V′/△V）×100% ； △V=（A-B）-[（A-B）+V] Phβt

式中：η-受試瓶容積的殘余變形率，%；△V-受試瓶在水壓試驗(yàn)壓力下的容積全變形值，ml；△V′-受試瓶容積的殘余變形值，ml；A-受試瓶在試驗(yàn)壓力下的總壓入水量ml；B-承壓管道在試驗(yàn)壓力下的壓入水量ml；V-受試瓶試壓前的實(shí)際容積，ml；Ph-受試瓶的試驗(yàn)壓力，MPa；βt-在試驗(yàn)水溫和實(shí)際試驗(yàn)壓力下水的平均壓縮系數(shù)，1/ MPa。

計(jì)算結(jié)果當(dāng)η>6%時(shí)，應(yīng)測(cè)定瓶體最小壁厚，其最小壁厚不得小于設(shè)計(jì)壁厚的90%；當(dāng)η>10%的氣瓶應(yīng)報(bào)廢。

2.7 氣密性試驗(yàn)以氮?dú)饣蚋稍锟諝鉃榻橘|(zhì)，試驗(yàn)壓力為氣瓶的公稱工作壓力，其目的是檢查瓶體、瓶閥、以及瓶體與附件裝配的氣密性，以防止氣瓶在充裝、運(yùn)輸和使用時(shí)因漏氣釀成事故。

3 水壓試驗(yàn)案例與氣瓶事故案例分析

氣瓶因?yàn)槠績(jī)?nèi)介質(zhì)、壓力、重復(fù)充裝以及周圍環(huán)境的影響，會(huì)產(chǎn)生很多各種不同的缺陷，而且有些缺陷是隱性的。以下案例是本人在實(shí)際工作中經(jīng)歷的：案例一：一氧化碳瓶在水壓試驗(yàn)中發(fā)生爆破（見(jiàn)圖1）

3.1 該瓶為一氧化碳鋼質(zhì)無(wú)縫瓶，容積40L，水壓試驗(yàn)之前的各個(gè)檢查項(xiàng)目都正常，瓶?jī)?nèi)也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的銹蝕痕跡。在水壓試驗(yàn)至22.5Mpa，在保壓時(shí)間約30秒后瓶體上部位置突然發(fā)生爆裂，爆破口長(zhǎng)達(dá)30cm，爆破處瓶體有膨脹變形。事件中鋼瓶因?yàn)橛需F鏈拴住沒(méi)有發(fā)生翻倒，爆裂導(dǎo)致瓶?jī)?nèi)試壓水瞬間噴出，但沒(méi)有造成物體受損和人員傷害。

3.2 爆裂原因分析。金屬材料及其合金在拉應(yīng)力及腐蝕介質(zhì)的共同作用下產(chǎn)生的腐蝕叫作應(yīng)力腐蝕，其隱蔽性在于：腐蝕介質(zhì)沿金屬晶粒間的邊緣向深處推進(jìn)而使金屬的機(jī)械性能（強(qiáng)度和塑性）劇烈降低，且不引起金屬外形變化，直至產(chǎn)生穿晶裂紋。鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的條件是：存在較高的應(yīng)力、應(yīng)變，存在CO和伴存的CO2和水份。CO鋼瓶如果在充裝過(guò)程中純度或水份控制不當(dāng)或者使用不當(dāng)導(dǎo)致瓶?jī)?nèi)有水，就極易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。

爆破是在水壓試驗(yàn)壓力下發(fā)生，根據(jù)實(shí)際爆破壓力公式，可以計(jì)算當(dāng)時(shí)鋼瓶實(shí)際的剩余壁厚（即應(yīng)力腐蝕處）。

公式如下：Pb=2σb·S/D0-S×C

式中：Pb-鋼瓶實(shí)際爆破壓力，Mpa；σb-抗拉強(qiáng)度保證值，Mpa；D0-氣瓶外徑，mm；C-正火處理，C=1

我們已知數(shù)據(jù)：Pb=22.5；σb=730（查資料可得）；D0=229（實(shí)測(cè)），代入公式可得：

22.5=2·730·S/229-S

S=22.5·229/2·730+22.5=3.48mm

由此可知，該瓶在水壓試驗(yàn)前最小壁厚只有3.48mm，而其設(shè)計(jì)壁厚是5.7mm，這是十分嚴(yán)重的安全隱患。如果該瓶沒(méi)有及時(shí)送檢，繼續(xù)充裝使用，隨著腐蝕危害的加劇，該瓶就很有可能在充裝或使用中發(fā)生爆炸事故，后果不堪設(shè)想。但通過(guò)定期檢驗(yàn)，就可以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)排除存在安全隱患的氣瓶。

案例二：某高校一個(gè)停用多年的實(shí)驗(yàn)室中，一支氣瓶發(fā)生爆炸。（圖2）

圖2 氣瓶在實(shí)驗(yàn)室爆炸

爆炸威力巨大，整個(gè)氣瓶撕裂扭曲，實(shí)驗(yàn)室?guī)缀跞课锛鼙ㄍλ鶕p，儀器、玻璃、門窗等散落一地，現(xiàn)場(chǎng)一片狼藉。幸好事故發(fā)生在深夜，沒(méi)有人員傷害。

事故原因分析：（1）鋼瓶制造年份為89.6，最后檢驗(yàn)日期92.8-95，之后一直放置，超期未檢驗(yàn)。（2）瓶?jī)?nèi)有水分殘留，存在數(shù)個(gè)點(diǎn)狀腐蝕和線狀腐蝕，測(cè)定剩余壁厚是4.2mm，因瓶體已撕裂變形，故也不能判定是該瓶的最小壁厚。（3）充裝介質(zhì)不明（鋼印分子式是Ar，但瓶閥不符，合格證模糊不清）。（4）瓶體沒(méi)有分解，現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)殘片，瓶?jī)?nèi)沒(méi)有碳黑，即沒(méi)有發(fā)生燃燒化學(xué)反應(yīng)。由此推斷，該瓶是由于存在嚴(yán)重隱患缺陷，由于瓶?jī)?nèi)高壓氣體而導(dǎo)致的物理性爆炸。同樣是因?yàn)榇嬖谌毕?，同樣是發(fā)生爆炸，但后果卻截然不同，由此可見(jiàn)氣瓶定期檢驗(yàn)的重要性。

4 結(jié)束語(yǔ)

氣瓶使用范圍廣、數(shù)量多，其價(jià)值在于方便與流動(dòng)。作為一種特殊的壓力容器，它具有潛在的危險(xiǎn)性，對(duì)此人們要有充分的認(rèn)識(shí)，要確保氣瓶的安全使用，嚴(yán)格執(zhí)行氣瓶定期檢驗(yàn)規(guī)定是現(xiàn)階段最為有效的防范措施，而研究更好的氣瓶安全可靠性綜合評(píng)定方法，是努力尋求突破的方向。

參考文獻(xiàn)

[1]孫萍輝.氣瓶檢驗(yàn)[J].中國(guó)勞動(dòng)出版社，1994.

[2]GB 5099-1994.鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶[S].

[3]GB/T 9251-2011.氣瓶水壓試驗(yàn)方法[S].endprint

摘 要：工業(yè)氣體是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，氣瓶是儲(chǔ)存和運(yùn)輸各類工業(yè)氣體、可重復(fù)充裝的移動(dòng)式壓力容器，是具有潛在危險(xiǎn)性的特種設(shè)備。如何確保氣瓶在充裝、使用過(guò)程中的安全性是一個(gè)重要的研究課題。文章從技術(shù)防范措施角度，通過(guò)對(duì)鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶定期檢驗(yàn)各環(huán)節(jié)的控制措施以及實(shí)際事故案例的分析，總結(jié)出氣瓶定期檢驗(yàn)是確保氣瓶安全使用的重要技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：氣瓶；定期檢驗(yàn)；水壓試驗(yàn)；應(yīng)力腐蝕；爆破壓力

前言

氣瓶技術(shù)檢查與測(cè)試是氣瓶安全工程學(xué)的組成部分。所謂氣瓶的定期檢驗(yàn)，就是根據(jù)瓶裝氣體的性質(zhì)以及氣瓶使用條件或環(huán)境，確定在用氣瓶每隔一定期限，由具有資質(zhì)的氣瓶定期檢驗(yàn)站采用國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的適當(dāng)而有效的方法，對(duì)氣瓶進(jìn)行一次全面的檢查和必要的試驗(yàn)。鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶是應(yīng)用最廣的工業(yè)氣瓶，氣瓶?jī)?nèi)充裝的氣體具有壓力、可燃性、氧化性、窒息性、毒性、腐蝕性、化學(xué)不穩(wěn)定性等特點(diǎn)。在用的氣瓶只有通過(guò)定期檢驗(yàn)合格才能繼續(xù)使用，不合格氣瓶則進(jìn)行破壞性處理，從而確保在用的氣瓶在充裝、儲(chǔ)運(yùn)、使用過(guò)程中的安全性。

1 鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶定期檢驗(yàn)程序

氣瓶作為移動(dòng)式的壓力容器，受到國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)的嚴(yán)格監(jiān)督，對(duì)其進(jìn)行定期檢驗(yàn)具有強(qiáng)制性。根據(jù)GB13004-1999《鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶定期檢驗(yàn)與評(píng)定》，檢驗(yàn)項(xiàng)目包括外觀檢查、音響檢查、內(nèi)部檢查、瓶口螺紋檢查、重量與容積測(cè)定、水壓試驗(yàn)與氣密性試驗(yàn)，其中水壓試驗(yàn)是定期檢驗(yàn)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

2 定期檢驗(yàn)的質(zhì)量過(guò)程控制

2.1 外觀檢查。氣瓶的外觀缺陷有：凹陷、凹坑、劃傷、裂紋、鼓包、腐蝕和燒傷等。其中最常見(jiàn)的缺陷是腐蝕。這是鋼瓶由于外部介質(zhì)的化學(xué)作用或電化學(xué)作用引起的破壞和質(zhì)量變化。對(duì)點(diǎn)狀腐蝕剩余壁厚應(yīng)不少于設(shè)計(jì)壁厚的2/3；對(duì)線狀或面狀腐蝕剩余壁厚應(yīng)不少于設(shè)計(jì)壁厚的90%。

2.2 音響檢查。鋼瓶的腐蝕程度對(duì)音響檢查有直接的影響，音響清脆有力，余韻輕而長(zhǎng)且有旋律感，則音響檢查合格，如音響十分混濁低沉，余韻重而短并伴有破殼音響的氣瓶應(yīng)報(bào)廢。

2.3 內(nèi)部檢查的目的是排除瓶?jī)?nèi)是否存在異物或水分，特別是氧氣瓶嚴(yán)禁沾有油脂，以及檢查鋼瓶?jī)?nèi)表面是否存在裂紋、夾層、凹坑、腐蝕等缺陷。

2.4 瓶口螺紋檢查主要是檢查內(nèi)螺紋是否存在裂紋、變形、缺口或其他機(jī)械損傷。

2.5 重量與容積測(cè)定。氣瓶的循環(huán)使用會(huì)導(dǎo)致重量損失與容積增大。重量損失超過(guò)5%，應(yīng)測(cè)定瓶體最小壁厚，小于設(shè)計(jì)壁厚的90%應(yīng)報(bào)廢?，F(xiàn)容積大于制造標(biāo)志容積值10%的氣瓶應(yīng)報(bào)廢。

2.6 水壓試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)是一種直觀的非破壞性的技術(shù)檢驗(yàn)方法，其目的是檢驗(yàn)氣瓶在靜壓載荷下的整體強(qiáng)度和致密性。因?yàn)樗碾y壓縮特性，故以水作為加壓介質(zhì)，氣瓶水壓試驗(yàn)壓力是氣瓶公稱工作壓力的1.5倍。水壓試驗(yàn)的主要作用是：（1）由于水壓試驗(yàn)是超壓試驗(yàn)，可造成瓶體的局部屈服，使瓶壁內(nèi)的應(yīng)力分布趨于均勻。（2）可以檢查出氣瓶的容積變形情況。（3）可以發(fā)現(xiàn)氣瓶上穿透性裂紋以及某些影響強(qiáng)度的薄弱環(huán)節(jié)（缺陷）。（4）檢驗(yàn)氣瓶的致密性。（5）通過(guò)對(duì)水壓試驗(yàn)結(jié)果的分析，可對(duì)氣瓶的整體強(qiáng)度、安全可靠性做出綜合評(píng)定。

水壓試驗(yàn)的方法有外測(cè)法與內(nèi)測(cè)法兩種，在實(shí)際中，氣瓶檢驗(yàn)站大多采用內(nèi)測(cè)法試驗(yàn)裝置。水壓試驗(yàn)以容積殘余變形率作為評(píng)定氣瓶合格或報(bào)廢的標(biāo)準(zhǔn)。以內(nèi)測(cè)法為例，其計(jì)算公式如下：

η=（△V′/△V）×100% ； △V=（A-B）-[（A-B）+V] Phβt

式中：η-受試瓶容積的殘余變形率，%；△V-受試瓶在水壓試驗(yàn)壓力下的容積全變形值，ml；△V′-受試瓶容積的殘余變形值，ml；A-受試瓶在試驗(yàn)壓力下的總壓入水量ml；B-承壓管道在試驗(yàn)壓力下的壓入水量ml；V-受試瓶試壓前的實(shí)際容積，ml；Ph-受試瓶的試驗(yàn)壓力，MPa；βt-在試驗(yàn)水溫和實(shí)際試驗(yàn)壓力下水的平均壓縮系數(shù)，1/ MPa。

計(jì)算結(jié)果當(dāng)η>6%時(shí)，應(yīng)測(cè)定瓶體最小壁厚，其最小壁厚不得小于設(shè)計(jì)壁厚的90%；當(dāng)η>10%的氣瓶應(yīng)報(bào)廢。

2.7 氣密性試驗(yàn)以氮?dú)饣蚋稍锟諝鉃榻橘|(zhì)，試驗(yàn)壓力為氣瓶的公稱工作壓力，其目的是檢查瓶體、瓶閥、以及瓶體與附件裝配的氣密性，以防止氣瓶在充裝、運(yùn)輸和使用時(shí)因漏氣釀成事故。

3 水壓試驗(yàn)案例與氣瓶事故案例分析

氣瓶因?yàn)槠績(jī)?nèi)介質(zhì)、壓力、重復(fù)充裝以及周圍環(huán)境的影響，會(huì)產(chǎn)生很多各種不同的缺陷，而且有些缺陷是隱性的。以下案例是本人在實(shí)際工作中經(jīng)歷的：案例一：一氧化碳瓶在水壓試驗(yàn)中發(fā)生爆破（見(jiàn)圖1）

3.1 該瓶為一氧化碳鋼質(zhì)無(wú)縫瓶，容積40L，水壓試驗(yàn)之前的各個(gè)檢查項(xiàng)目都正常，瓶?jī)?nèi)也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的銹蝕痕跡。在水壓試驗(yàn)至22.5Mpa，在保壓時(shí)間約30秒后瓶體上部位置突然發(fā)生爆裂，爆破口長(zhǎng)達(dá)30cm，爆破處瓶體有膨脹變形。事件中鋼瓶因?yàn)橛需F鏈拴住沒(méi)有發(fā)生翻倒，爆裂導(dǎo)致瓶?jī)?nèi)試壓水瞬間噴出，但沒(méi)有造成物體受損和人員傷害。

3.2 爆裂原因分析。金屬材料及其合金在拉應(yīng)力及腐蝕介質(zhì)的共同作用下產(chǎn)生的腐蝕叫作應(yīng)力腐蝕，其隱蔽性在于：腐蝕介質(zhì)沿金屬晶粒間的邊緣向深處推進(jìn)而使金屬的機(jī)械性能（強(qiáng)度和塑性）劇烈降低，且不引起金屬外形變化，直至產(chǎn)生穿晶裂紋。鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的條件是：存在較高的應(yīng)力、應(yīng)變，存在CO和伴存的CO2和水份。CO鋼瓶如果在充裝過(guò)程中純度或水份控制不當(dāng)或者使用不當(dāng)導(dǎo)致瓶?jī)?nèi)有水，就極易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。

爆破是在水壓試驗(yàn)壓力下發(fā)生，根據(jù)實(shí)際爆破壓力公式，可以計(jì)算當(dāng)時(shí)鋼瓶實(shí)際的剩余壁厚（即應(yīng)力腐蝕處）。

公式如下：Pb=2σb·S/D0-S×C

式中：Pb-鋼瓶實(shí)際爆破壓力，Mpa；σb-抗拉強(qiáng)度保證值，Mpa；D0-氣瓶外徑，mm；C-正火處理，C=1

我們已知數(shù)據(jù)：Pb=22.5；σb=730（查資料可得）；D0=229（實(shí)測(cè)），代入公式可得：

22.5=2·730·S/229-S

S=22.5·229/2·730+22.5=3.48mm

由此可知，該瓶在水壓試驗(yàn)前最小壁厚只有3.48mm，而其設(shè)計(jì)壁厚是5.7mm，這是十分嚴(yán)重的安全隱患。如果該瓶沒(méi)有及時(shí)送檢，繼續(xù)充裝使用，隨著腐蝕危害的加劇，該瓶就很有可能在充裝或使用中發(fā)生爆炸事故，后果不堪設(shè)想。但通過(guò)定期檢驗(yàn)，就可以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)排除存在安全隱患的氣瓶。

案例二：某高校一個(gè)停用多年的實(shí)驗(yàn)室中，一支氣瓶發(fā)生爆炸。（圖2）

圖2 氣瓶在實(shí)驗(yàn)室爆炸

爆炸威力巨大，整個(gè)氣瓶撕裂扭曲，實(shí)驗(yàn)室?guī)缀跞课锛鼙ㄍλ鶕p，儀器、玻璃、門窗等散落一地，現(xiàn)場(chǎng)一片狼藉。幸好事故發(fā)生在深夜，沒(méi)有人員傷害。

事故原因分析：（1）鋼瓶制造年份為89.6，最后檢驗(yàn)日期92.8-95，之后一直放置，超期未檢驗(yàn)。（2）瓶?jī)?nèi)有水分殘留，存在數(shù)個(gè)點(diǎn)狀腐蝕和線狀腐蝕，測(cè)定剩余壁厚是4.2mm，因瓶體已撕裂變形，故也不能判定是該瓶的最小壁厚。（3）充裝介質(zhì)不明（鋼印分子式是Ar，但瓶閥不符，合格證模糊不清）。（4）瓶體沒(méi)有分解，現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)殘片，瓶?jī)?nèi)沒(méi)有碳黑，即沒(méi)有發(fā)生燃燒化學(xué)反應(yīng)。由此推斷，該瓶是由于存在嚴(yán)重隱患缺陷，由于瓶?jī)?nèi)高壓氣體而導(dǎo)致的物理性爆炸。同樣是因?yàn)榇嬖谌毕?，同樣是發(fā)生爆炸，但后果卻截然不同，由此可見(jiàn)氣瓶定期檢驗(yàn)的重要性。

4 結(jié)束語(yǔ)

氣瓶使用范圍廣、數(shù)量多，其價(jià)值在于方便與流動(dòng)。作為一種特殊的壓力容器，它具有潛在的危險(xiǎn)性，對(duì)此人們要有充分的認(rèn)識(shí)，要確保氣瓶的安全使用，嚴(yán)格執(zhí)行氣瓶定期檢驗(yàn)規(guī)定是現(xiàn)階段最為有效的防范措施，而研究更好的氣瓶安全可靠性綜合評(píng)定方法，是努力尋求突破的方向。

參考文獻(xiàn)

[1]孫萍輝.氣瓶檢驗(yàn)[J].中國(guó)勞動(dòng)出版社，1994.

[2]GB 5099-1994.鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶[S].

[3]GB/T 9251-2011.氣瓶水壓試驗(yàn)方法[S].endprint

摘 要：工業(yè)氣體是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，氣瓶是儲(chǔ)存和運(yùn)輸各類工業(yè)氣體、可重復(fù)充裝的移動(dòng)式壓力容器，是具有潛在危險(xiǎn)性的特種設(shè)備。如何確保氣瓶在充裝、使用過(guò)程中的安全性是一個(gè)重要的研究課題。文章從技術(shù)防范措施角度，通過(guò)對(duì)鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶定期檢驗(yàn)各環(huán)節(jié)的控制措施以及實(shí)際事故案例的分析，總結(jié)出氣瓶定期檢驗(yàn)是確保氣瓶安全使用的重要技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：氣瓶；定期檢驗(yàn)；水壓試驗(yàn)；應(yīng)力腐蝕；爆破壓力

前言

氣瓶技術(shù)檢查與測(cè)試是氣瓶安全工程學(xué)的組成部分。所謂氣瓶的定期檢驗(yàn)，就是根據(jù)瓶裝氣體的性質(zhì)以及氣瓶使用條件或環(huán)境，確定在用氣瓶每隔一定期限，由具有資質(zhì)的氣瓶定期檢驗(yàn)站采用國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的適當(dāng)而有效的方法，對(duì)氣瓶進(jìn)行一次全面的檢查和必要的試驗(yàn)。鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶是應(yīng)用最廣的工業(yè)氣瓶，氣瓶?jī)?nèi)充裝的氣體具有壓力、可燃性、氧化性、窒息性、毒性、腐蝕性、化學(xué)不穩(wěn)定性等特點(diǎn)。在用的氣瓶只有通過(guò)定期檢驗(yàn)合格才能繼續(xù)使用，不合格氣瓶則進(jìn)行破壞性處理，從而確保在用的氣瓶在充裝、儲(chǔ)運(yùn)、使用過(guò)程中的安全性。

1 鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶定期檢驗(yàn)程序

氣瓶作為移動(dòng)式的壓力容器，受到國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)的嚴(yán)格監(jiān)督，對(duì)其進(jìn)行定期檢驗(yàn)具有強(qiáng)制性。根據(jù)GB13004-1999《鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶定期檢驗(yàn)與評(píng)定》，檢驗(yàn)項(xiàng)目包括外觀檢查、音響檢查、內(nèi)部檢查、瓶口螺紋檢查、重量與容積測(cè)定、水壓試驗(yàn)與氣密性試驗(yàn)，其中水壓試驗(yàn)是定期檢驗(yàn)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

2 定期檢驗(yàn)的質(zhì)量過(guò)程控制

2.1 外觀檢查。氣瓶的外觀缺陷有：凹陷、凹坑、劃傷、裂紋、鼓包、腐蝕和燒傷等。其中最常見(jiàn)的缺陷是腐蝕。這是鋼瓶由于外部介質(zhì)的化學(xué)作用或電化學(xué)作用引起的破壞和質(zhì)量變化。對(duì)點(diǎn)狀腐蝕剩余壁厚應(yīng)不少于設(shè)計(jì)壁厚的2/3；對(duì)線狀或面狀腐蝕剩余壁厚應(yīng)不少于設(shè)計(jì)壁厚的90%。

2.2 音響檢查。鋼瓶的腐蝕程度對(duì)音響檢查有直接的影響，音響清脆有力，余韻輕而長(zhǎng)且有旋律感，則音響檢查合格，如音響十分混濁低沉，余韻重而短并伴有破殼音響的氣瓶應(yīng)報(bào)廢。

2.3 內(nèi)部檢查的目的是排除瓶?jī)?nèi)是否存在異物或水分，特別是氧氣瓶嚴(yán)禁沾有油脂，以及檢查鋼瓶?jī)?nèi)表面是否存在裂紋、夾層、凹坑、腐蝕等缺陷。

2.4 瓶口螺紋檢查主要是檢查內(nèi)螺紋是否存在裂紋、變形、缺口或其他機(jī)械損傷。

2.5 重量與容積測(cè)定。氣瓶的循環(huán)使用會(huì)導(dǎo)致重量損失與容積增大。重量損失超過(guò)5%，應(yīng)測(cè)定瓶體最小壁厚，小于設(shè)計(jì)壁厚的90%應(yīng)報(bào)廢?，F(xiàn)容積大于制造標(biāo)志容積值10%的氣瓶應(yīng)報(bào)廢。

2.6 水壓試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)是一種直觀的非破壞性的技術(shù)檢驗(yàn)方法，其目的是檢驗(yàn)氣瓶在靜壓載荷下的整體強(qiáng)度和致密性。因?yàn)樗碾y壓縮特性，故以水作為加壓介質(zhì)，氣瓶水壓試驗(yàn)壓力是氣瓶公稱工作壓力的1.5倍。水壓試驗(yàn)的主要作用是：（1）由于水壓試驗(yàn)是超壓試驗(yàn)，可造成瓶體的局部屈服，使瓶壁內(nèi)的應(yīng)力分布趨于均勻。（2）可以檢查出氣瓶的容積變形情況。（3）可以發(fā)現(xiàn)氣瓶上穿透性裂紋以及某些影響強(qiáng)度的薄弱環(huán)節(jié)（缺陷）。（4）檢驗(yàn)氣瓶的致密性。（5）通過(guò)對(duì)水壓試驗(yàn)結(jié)果的分析，可對(duì)氣瓶的整體強(qiáng)度、安全可靠性做出綜合評(píng)定。

水壓試驗(yàn)的方法有外測(cè)法與內(nèi)測(cè)法兩種，在實(shí)際中，氣瓶檢驗(yàn)站大多采用內(nèi)測(cè)法試驗(yàn)裝置。水壓試驗(yàn)以容積殘余變形率作為評(píng)定氣瓶合格或報(bào)廢的標(biāo)準(zhǔn)。以內(nèi)測(cè)法為例，其計(jì)算公式如下：

η=（△V′/△V）×100% ； △V=（A-B）-[（A-B）+V] Phβt

式中：η-受試瓶容積的殘余變形率，%；△V-受試瓶在水壓試驗(yàn)壓力下的容積全變形值，ml；△V′-受試瓶容積的殘余變形值，ml；A-受試瓶在試驗(yàn)壓力下的總壓入水量ml；B-承壓管道在試驗(yàn)壓力下的壓入水量ml；V-受試瓶試壓前的實(shí)際容積，ml；Ph-受試瓶的試驗(yàn)壓力，MPa；βt-在試驗(yàn)水溫和實(shí)際試驗(yàn)壓力下水的平均壓縮系數(shù)，1/ MPa。

計(jì)算結(jié)果當(dāng)η>6%時(shí)，應(yīng)測(cè)定瓶體最小壁厚，其最小壁厚不得小于設(shè)計(jì)壁厚的90%；當(dāng)η>10%的氣瓶應(yīng)報(bào)廢。

2.7 氣密性試驗(yàn)以氮?dú)饣蚋稍锟諝鉃榻橘|(zhì)，試驗(yàn)壓力為氣瓶的公稱工作壓力，其目的是檢查瓶體、瓶閥、以及瓶體與附件裝配的氣密性，以防止氣瓶在充裝、運(yùn)輸和使用時(shí)因漏氣釀成事故。

3 水壓試驗(yàn)案例與氣瓶事故案例分析

氣瓶因?yàn)槠績(jī)?nèi)介質(zhì)、壓力、重復(fù)充裝以及周圍環(huán)境的影響，會(huì)產(chǎn)生很多各種不同的缺陷，而且有些缺陷是隱性的。以下案例是本人在實(shí)際工作中經(jīng)歷的：案例一：一氧化碳瓶在水壓試驗(yàn)中發(fā)生爆破（見(jiàn)圖1）

3.1 該瓶為一氧化碳鋼質(zhì)無(wú)縫瓶，容積40L，水壓試驗(yàn)之前的各個(gè)檢查項(xiàng)目都正常，瓶?jī)?nèi)也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的銹蝕痕跡。在水壓試驗(yàn)至22.5Mpa，在保壓時(shí)間約30秒后瓶體上部位置突然發(fā)生爆裂，爆破口長(zhǎng)達(dá)30cm，爆破處瓶體有膨脹變形。事件中鋼瓶因?yàn)橛需F鏈拴住沒(méi)有發(fā)生翻倒，爆裂導(dǎo)致瓶?jī)?nèi)試壓水瞬間噴出，但沒(méi)有造成物體受損和人員傷害。

3.2 爆裂原因分析。金屬材料及其合金在拉應(yīng)力及腐蝕介質(zhì)的共同作用下產(chǎn)生的腐蝕叫作應(yīng)力腐蝕，其隱蔽性在于：腐蝕介質(zhì)沿金屬晶粒間的邊緣向深處推進(jìn)而使金屬的機(jī)械性能（強(qiáng)度和塑性）劇烈降低，且不引起金屬外形變化，直至產(chǎn)生穿晶裂紋。鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的條件是：存在較高的應(yīng)力、應(yīng)變，存在CO和伴存的CO2和水份。CO鋼瓶如果在充裝過(guò)程中純度或水份控制不當(dāng)或者使用不當(dāng)導(dǎo)致瓶?jī)?nèi)有水，就極易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。

爆破是在水壓試驗(yàn)壓力下發(fā)生，根據(jù)實(shí)際爆破壓力公式，可以計(jì)算當(dāng)時(shí)鋼瓶實(shí)際的剩余壁厚（即應(yīng)力腐蝕處）。

公式如下：Pb=2σb·S/D0-S×C

式中：Pb-鋼瓶實(shí)際爆破壓力，Mpa；σb-抗拉強(qiáng)度保證值，Mpa；D0-氣瓶外徑，mm；C-正火處理，C=1

我們已知數(shù)據(jù)：Pb=22.5；σb=730（查資料可得）；D0=229（實(shí)測(cè)），代入公式可得：

22.5=2·730·S/229-S

S=22.5·229/2·730+22.5=3.48mm

由此可知，該瓶在水壓試驗(yàn)前最小壁厚只有3.48mm，而其設(shè)計(jì)壁厚是5.7mm，這是十分嚴(yán)重的安全隱患。如果該瓶沒(méi)有及時(shí)送檢，繼續(xù)充裝使用，隨著腐蝕危害的加劇，該瓶就很有可能在充裝或使用中發(fā)生爆炸事故，后果不堪設(shè)想。但通過(guò)定期檢驗(yàn)，就可以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)排除存在安全隱患的氣瓶。

案例二：某高校一個(gè)停用多年的實(shí)驗(yàn)室中，一支氣瓶發(fā)生爆炸。（圖2）

圖2 氣瓶在實(shí)驗(yàn)室爆炸

爆炸威力巨大，整個(gè)氣瓶撕裂扭曲，實(shí)驗(yàn)室?guī)缀跞课锛鼙ㄍλ鶕p，儀器、玻璃、門窗等散落一地，現(xiàn)場(chǎng)一片狼藉。幸好事故發(fā)生在深夜，沒(méi)有人員傷害。

事故原因分析：（1）鋼瓶制造年份為89.6，最后檢驗(yàn)日期92.8-95，之后一直放置，超期未檢驗(yàn)。（2）瓶?jī)?nèi)有水分殘留，存在數(shù)個(gè)點(diǎn)狀腐蝕和線狀腐蝕，測(cè)定剩余壁厚是4.2mm，因瓶體已撕裂變形，故也不能判定是該瓶的最小壁厚。（3）充裝介質(zhì)不明（鋼印分子式是Ar，但瓶閥不符，合格證模糊不清）。（4）瓶體沒(méi)有分解，現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)殘片，瓶?jī)?nèi)沒(méi)有碳黑，即沒(méi)有發(fā)生燃燒化學(xué)反應(yīng)。由此推斷，該瓶是由于存在嚴(yán)重隱患缺陷，由于瓶?jī)?nèi)高壓氣體而導(dǎo)致的物理性爆炸。同樣是因?yàn)榇嬖谌毕?，同樣是發(fā)生爆炸，但后果卻截然不同，由此可見(jiàn)氣瓶定期檢驗(yàn)的重要性。

4 結(jié)束語(yǔ)

氣瓶使用范圍廣、數(shù)量多，其價(jià)值在于方便與流動(dòng)。作為一種特殊的壓力容器，它具有潛在的危險(xiǎn)性，對(duì)此人們要有充分的認(rèn)識(shí)，要確保氣瓶的安全使用，嚴(yán)格執(zhí)行氣瓶定期檢驗(yàn)規(guī)定是現(xiàn)階段最為有效的防范措施，而研究更好的氣瓶安全可靠性綜合評(píng)定方法，是努力尋求突破的方向。

參考文獻(xiàn)

[1]孫萍輝.氣瓶檢驗(yàn)[J].中國(guó)勞動(dòng)出版社，1994.

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[3]GB/T 9251-2011.氣瓶水壓試驗(yàn)方法[S].endprint