液氨泄漏事故原因技術分析與警示

文 辛耀武

現(xiàn)場勘驗情況

一、事故現(xiàn)場

經(jīng)現(xiàn)場勘驗，發(fā)生泄漏的液氨鋼瓶與另兩只鋼瓶一起原存放于倉庫內(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（見簡圖）

二、泄漏液氨鋼瓶

經(jīng)勘驗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)緊沿焊縫有一長條形裂口,尺寸為 873mm（長）×62mm(最寬)，裂口中心距鋼瓶下端環(huán)焊縫532mm, 裂口中心周長2630mm(原周長2574 mm),裂口邊沿筒體最小壁厚9.9mm,筒體其它區(qū)域測厚9.9mm,未發(fā)現(xiàn)筒體壁厚減薄，整個裂口沒有碎片產(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、生產(chǎn)廠家、制造批號相同，且同時充裝。經(jīng)宏觀檢測液氨鋼瓶的瓶體，未發(fā)現(xiàn)有塑性變形和泄漏。

三、充裝、儲存情況

2014年3月5日，山西大同棟梁實業(yè)發(fā)展有限公司購置4只液氨鋼瓶后，由田文到大同市森凱鑫化工有限公司購買液氨。當天下午16時，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業(yè)發(fā)展有限公司。財務結算時，4只液氨鋼瓶共充裝的液氨總重量為2060Kg。3月5日16時，大同棟梁實業(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只一直儲存本單位的倉庫內(nèi)，直至事故發(fā)生。

通過對山西大同棟梁實業(yè)發(fā)展有限公司相關人員的調(diào)查了解，確定事故發(fā)生前3只鋼瓶在庫房中的存放位置。經(jīng)技術組調(diào)查人員現(xiàn)場還原3只鋼瓶在庫房中的存放位置，發(fā)現(xiàn)中午12點以后，太陽光可照射到3只液氨鋼瓶的部分筒體。3月23日16時，大同棟梁實業(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

“整個裂口沒有碎片產(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?！笨梢源_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。“易熔合金塞完好”，可以判定液氨鋼瓶破裂時，并非由于瓶內(nèi)液氨溫度超過易熔合金塞動作溫度（70℃），而造成瓶體內(nèi)部壓力增高導致的物理破裂。

二、充裝量近似滿液高于平均值

液氨2.8℃時密度0.6347264Kg/L,液氨鋼瓶公稱容積800L,實際容積827L。就此數(shù)據(jù)推算，液氨鋼瓶滿液充裝量應在0.6347264×827＝524.919Kg，由于非法充裝，不能單獨稱重，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)下液氨鋼瓶內(nèi)壓力增加值

采用《小合成氨工藝技術設計手冊（下冊）》（梅安華主編，北京化學工業(yè)出版社1994年）中的計算方法。

盛裝液氨的容器應有一定的安全空間，不可充滿液氨，因為液氨的飽和蒸汽氣壓隨溫度升高而升高，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。導致容器發(fā)生失效。

裝滿液氨的容器，當溫度升高時，壓力增加的計算式：

ΔP=（7-1-1）

△P—壓力增加值，MPa；

△t—溫度增加值, ℃；

、—溫度為、時的液氨體積膨脹系數(shù)；

、—溫度為、時的液氨體積壓縮系數(shù)；

＝2.8℃ （2013年3月5日16時）

＝19.5℃（2013年3月23日16時）

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、爆裂時液氨鋼瓶內(nèi)壓力

液氨在19.5℃時飽和蒸汽壓力PV＝0.846MPa（查表）加上壓力增加值，即為充裝過量的氣瓶在溫度為19.5℃時液氨鋼瓶內(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,爆破壓力實測值Pb不小于按（4）式計算的結果：

(4)

—鋼瓶實測爆破壓力，MPa；

—鋼瓶實測最小壁厚，mm；

DO—鋼瓶外直徑，mm；

—抗拉強度 產(chǎn)品合格證，510 MPa；

實測液氨鋼瓶：

＝9.9 mm

DO＝820 mm

＝12.47 MPa

爆破時液氨鋼瓶內(nèi)壓力：

P＝30.466MPa

液氨鋼瓶可承受的內(nèi)壓力：

＝12.47MPa

P＞

在充裝過量后，遇環(huán)境氣溫升高，液氨鋼瓶內(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，過量充裝是導致液氨鋼瓶爆裂，發(fā)生液氨泄漏事故的直接原因。

防范此類事故的措施

這起事故對特種設備充裝單位、使用單位，特種設備監(jiān)管部門都是一個警示，應從以下幾方面予以預防：

一是特種設備監(jiān)管部門加強對液氨等危化品充裝的監(jiān)督管理，取締無資質(zhì)的充裝單位。

二是液氨等?；烦溲b單位應加強人員培訓，嚴禁無證上崗，嚴格按照操作規(guī)程的要求充裝。

三是使用單位應制定液氨等?；返牟僮饕?guī)程，把好液氨等危化品的進貨關、驗貨關、存放關，作業(yè)人員應取得特種設備作業(yè)人員證，嚴禁違規(guī)使用。

作者單位：山西省大同市特種設備監(jiān)督檢驗所

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液氨的介質(zhì)特性

一、理化特性

液氨，又稱為無水氨，是一種無色液體。

氨氣是一種無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，相對密度0.60（空氣=1）。氣氨加壓到0.7MPa～0.8MPa時就變成液氨，同時放出大量的熱，相反液態(tài)氨蒸發(fā)時要吸收大量的熱，所以氨可作致冷劑，接觸液氨可引起嚴重凍傷，因其價廉的特點在制冰和冷藏行業(yè)得到廣泛使用。液氨在工業(yè)上應用廣泛，具有腐蝕性，且容易揮發(fā)，所以其化學事故發(fā)生率相當高。

二、危險特性

危險性類別：第2、3類有毒氣體，8類腐蝕品。火災爆炸危險性類別為乙類。與氟、氯等能發(fā)生劇烈反應。

氨與空氣混合到一定比例時，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，氨罐周圍應設置降溫噴淋裝置。