一、鋼瓶超裝的危害
民用液化石油鋼瓶發(fā)生爆破事故的原因,常見的有以下幾種情況:
?、黉撈恐圃熨|(zhì)量低劣,焊縫存在超標(biāo)缺陷,出廠未經(jīng)嚴(yán)格檢驗(yàn)或檢驗(yàn)流于形式。
?、诓捎昧朔卿撈坑娩摬闹圃熹撈?。如個別制造廠為減少成本,用Q235等一般鋼材替代15MnHP等鋼瓶材料。
?、凼褂铆h(huán)境潮濕,與煤球爐在一間房屋內(nèi)長期使用,鋼瓶被嚴(yán)重腐蝕,壁厚減薄,而又未按規(guī)定對鋼瓶進(jìn)行定期檢驗(yàn)。
④充裝時瓶內(nèi)液體的實(shí)際充裝量超過了允許的充裝重量。這種現(xiàn)象往往在灌裝秤失準(zhǔn)或遇到熟人時發(fā)生。
上述4種情況在已發(fā)生的鋼瓶爆炸事故中,屬于第4種情況的占大多數(shù)。
液化石油氣的體積膨脹系數(shù)比水大幾十倍,而且隨溫度的升高而增大。當(dāng)鋼瓶的實(shí)際充裝量超過了限定的充裝質(zhì)量時,若環(huán)境溫度一旦升高,瓶內(nèi)氣相空間就會減小,并隨溫度的增加而發(fā)生滿液現(xiàn)象。鋼瓶達(dá)到滿液時的溫度由超裝的數(shù)量所決定,超裝的愈多,達(dá)到滿液時的溫度就愈低。如水容積為35.5L的YSP-15型鋼瓶,其允許的充裝質(zhì)量為15kg,若在20℃的溫度充裝了16kg丙烷后,瓶內(nèi)氣相容積為3.5L,當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到50℃就被膨脹至滿液。若在同為20℃時充裝到17.8kg后,鋼瓶當(dāng)時就會滿液。鋼瓶滿液后,若溫度繼續(xù)上升,瓶內(nèi)液體的膨脹就會受到鋼瓶容積的限制而處于受壓狀態(tài)。由于液化石油氣的體積膨脹系數(shù)與體積壓縮系數(shù)的比值平均在1.9以上,其膨脹量大大高于可壓縮量,一旦溫度上升,將導(dǎo)致滿液鋼瓶內(nèi)的壓力驟然升高,在溫度升高到某一值時,瓶內(nèi)壓力就會超過瓶體的承壓能力而使鋼瓶發(fā)生爆破。因此,國家有關(guān)安全法規(guī)規(guī)定:鋼瓶充裝前要核定空瓶質(zhì)量,充裝后要進(jìn)行二次檢斤,嚴(yán)格控制在規(guī)定的充裝質(zhì)量之內(nèi),杜絕超裝現(xiàn)象的發(fā)生。
二、鋼瓶超裝爆破的特征
液化石油氣鋼瓶因超裝而發(fā)生爆破后,其特征主要表現(xiàn)如下。
①爆炸為物理性爆炸,而且在爆破前鋼瓶一般都是處于靜止?fàn)顟B(tài)。
?、诒òl(fā)生時的環(huán)境溫度一般都不高,未超過60℃的允許環(huán)境溫度。
③質(zhì)量合格的鋼瓶爆破后,都有比較明顯的塑性破壞特征。質(zhì)量不合格的鋼瓶瓶體塑性差(鋼瓶容積膨脹率小于10%),其塑性變形不明顯。
由上述特征可以看出,這種爆破事故的發(fā)生是因瓶內(nèi)產(chǎn)生了很高的壓力所致。GB5842—1996《液化石油氣鋼瓶》規(guī)定:民用液化石油氣鋼瓶的氣密性試驗(yàn)壓力為2.1MPa這是根據(jù)丙烯在60℃時的飽和蒸氣壓來確定的。由于液化石油氣是一種由丙烷、丙烯、正丁烷、異丁烷等成分組成的混合烴類物質(zhì),與丙烯相比其混合組分的飽和蒸氣壓相對要低,因此液化石油氣在60℃時,其混合組分的飽和蒸氣壓是達(dá)不到2.1MPa的??梢娫斐射撈績?nèi)壓力升高而爆破的原因還是過量充裝了液化石油氣。而各種規(guī)格鋼瓶的允許充裝重量值是由鋼瓶水容積和液化石油氣的充裝系數(shù)來確定的,不超過此充裝重量就能保證鋼瓶內(nèi)有足夠的氣相空間。液化石油氣在瓶內(nèi)處于飽和狀態(tài),只要瓶內(nèi)有足夠的氣相區(qū)域,在60℃的環(huán)境溫度下其內(nèi)壓力就不會超過公稱壓力值(2.1MPa),而我們實(shí)際使用的環(huán)境溫度是不到60℃的。所以說只要鋼瓶不超裝,除發(fā)生火災(zāi)或特殊情況外, 就不會發(fā)生超壓爆破事故。
三、鋼瓶滿液時內(nèi)壓力變化的分析計算
設(shè)溫度為t1時,鋼瓶被充滿液體,所對應(yīng)的內(nèi)壓力為t1溫度時的飽和蒸氣壓P1。當(dāng)溫
度由t1升到t2時,瓶內(nèi)壓力為P2,鋼瓶容積由V1膨脹到V2,其容積增量為
?
若不考慮鋼瓶容積的限制,則液體體積將由V1膨脹至3,液體體積增量為:
?
V3-V1=β(t2-t1)V
V3-V1(1+βΔt) (2-2-2)