气瓶安全基础知识

气瓶基础知识和相关规范讲座吴兴华上海市特种设备监督检验技术研究院容器产品室联系电话：[phone]随着社会经济的不断发展，我国在用的气瓶数量为1.2亿多只（据2013年底统计，本市气瓶数量近535万只），其中无缝气瓶800多万只，液化石油气钢瓶1亿只左右，溶解乙炔气瓶3百多万只，其它气瓶近50万只。我国气瓶充装站也已达到1.5万多家，而目前上海市各类气瓶充装单位为120多家。虽然上海市气瓶数量和充装单位数量所占比例并不很高，但从人均拥有量和每单位面积拥有量来看，其气瓶数量名列前茅。因此，气瓶的安全势必引起有关各方的高度重视。一、基础知识临界温度实验结果说明，只有当气体的温度降低到一定温度以下，才能将其等温地压缩成为液体。这一温度称为气体的临界温度（tc）。在临界温度以上，不论压强多大，也不能把气体压缩成液体。相应的压力和比容叫做临界压力和临界比容。临界温度、临界压力和临界比容三个量的总称为气体的临界恒量。不同的气体有不同临界恒量。GB16163-2012《瓶装压缩气体分类》中，气体又可分为：压缩气体、液化气体、溶解气体等。临界温度小于–50℃的气体为压缩气体(永久气体)。压缩气体在气瓶内的状态为单一气相，又因在常温下，该类气体不可能被液化，所以称之为永久气体。临界温度大于–50℃的气体为液化气体。液化气体又可分为是高压液化气体和低压液化气体。临界温度大于–50℃且小于或等于65℃的气体为高压液化气体。为低压液化气体临界温度大于65℃的气体为低压液化气体。临界温度低于或等于–50℃，在储运过程中由于低温而液化的气体为低温液化气体。在一定的压力下，溶解于气瓶内溶剂中的气体为溶解气体。如乙炔气。混合气体是指由两种或两种以上的纯气体、根据使用的要求并按一定比例配制成的，有二元混合气体或多元混合气体。表2-1按临界温度分类常用气体气体类别常用气体永久气体tc＜－10℃空气、氧、氢、氮、氩、氦、甲烷（天然气）、煤气、一氧化碳液化气体高压液化气体－10℃≤tc≤70℃二氧化碳、氧化亚氮、乙烯、乙烷、硅烷、磷烷氧化亚氮、六氟化硫、氯化氢、乙烯、乙烷、氟乙烯、三氟溴甲烷（R－13B1）等六氟化硫、三氟氯甲烷（R－13）、偏二氟乙烯、六氟乙烷（R－116）、氯乙烯、三氟溴甲烷（R－13B1）等低压液化气体tc70℃溴化氢、硫化氢、碳跣二氯（光气）等氨、二氧化硫、环乙烷、六氟丙烯、二氟氯甲烷（R－22）、三氯乙烷（R－113）氯、二氧化硫、环丙烷、二氟氯甲烷（R－22）、偏二氟乙烷（R－152a）、三氟氯乙烯、氯甲烷、甲醚、四氧化二氮、氟化氢、溴甲烷等液化石油气正乙烷、乙丁烷、异丁烯、丁烯－1、丁二烯－1、氯乙烷、氯乙烯、甲胺、二甲胺、三甲胺、环氧乙烷等溶解气体乙炔混合气体激光气、焊接气、保鲜气、消毒气、电子气等FTSC编码：是以燃烧性、毒性、状态、腐蚀性的英文词组取字首简称而来。FTSC编码数字按顺序组成，直接标示了气体的基本特性。（一）燃烧性（F）——根据燃烧的潜在危险性，分为不燃、助燃（氧化性）、易燃、自燃、强氧化性、分解或聚合六个类型。（二）毒性（T）——根据接触毒性的途径和毒性大小、按急性毒性（一次染毒）吸入半数致死量浓度LC50分为无毒、毒、剧毒三个等级。（三）状态（S）——根据瓶内充装气体的状态和在20℃时瓶内压力的大小分为七个类型。（四）腐蚀性（C）——根据气体不同的腐蚀性，分为无腐蚀、酸性腐蚀（氢卤酸腐蚀和非氢卤酸腐蚀）、碱性腐蚀四个类型。二、气瓶概述对盛装介质为永久气体和高压液化气体的，可以选用无缝气瓶；盛装介质为低压液化气体的，可以选用焊接气瓶；盛装乙炔气体的，可以选用专用的溶解乙炔气瓶。机动车用气瓶、低温绝热气瓶根据有关法规、标准以及安全技术规范的规定，我国将气瓶分为：无缝气瓶（铝合金气瓶）、焊接气瓶、液化石油气、溶解乙炔气瓶和特种气瓶等。具体分类见下表及部分气瓶照片：气瓶分类表1无缝气瓶（1）钢质无缝气瓶（2）铝合金无缝气瓶2焊接气瓶钢质焊接气瓶3液化石油气钢瓶民用液化石油气钢瓶工业用液化石油气钢瓶4溶液乙炔气瓶5特种气瓶（1）缠绕气瓶全缠绕气瓶半缠绕气瓶（2）车用气瓶车用LPG焊接钢瓶车用CNG无缝钢瓶车用CNG缠绕气瓶（3）低温绝热焊接气瓶（4）非重复充装气瓶无缝气瓶钢质无缝气瓶从结构上看气瓶表面是无缝的，由管材和坯材经加工而成。从材质上可分为钢质（主要为锰钢、铬钼钢）、铝质、不锈钢、钛合金等，目前工业上常用的为钢质无缝气瓶和铝合金无缝气瓶。常用的钢质无缝气瓶结构见图（一）锰钢气瓶我国目前生产钢质无缝气瓶，大多数为锰钢，主要是37Mn钢和34Mn2V钢。钢质无缝气瓶的制造工艺主要为钢坯冲拔收口和钢管收底收口两种，采用的热处理方式主要为正火和调质处理。（二）铬钼钢气瓶目前国外先进国家使用的钢质无缝气瓶，85%都是使用铬钼钢制造的。和锰钢气瓶相比，铬钼钢气瓶的耐腐蚀性、塑性、韧性、低温性能都较好。在相同情况下，瓶壁较薄、重量较轻。调质处理（淬火+高温回火）(三)铝合金无缝气瓶铝合金无缝气瓶制造是采用铝管收底收口、铝板冲压拔伸收口和铝锭挤压拔伸收口而成铝合金无缝气瓶低温性能好、不易腐蚀、内表面清洁，适宜盛装高纯气、标准混合气以及有应力腐蚀倾向的气体（一氧化碳）等。制造铝合金无缝气瓶的工艺程序和试验项目，与钢质无缝气瓶基本相同，但增加了硬度测定指标（硬度值不得小于HB90或HRB48）。铝合金无缝气瓶不仅用于盛装有一些特殊要求的气体，而且还被用于纤维缠绕气瓶的内胆，起到密封和支撑缠绕纤维的作用。实际容积,L制造许可证编号瓶体设计壁厚,mm产品商标实际重量,kg产品标准号气体名称监督检验标记气瓶编号水压试验压力,MPa公称工作压力,MPa单位代码与制造年月铝合金氧气瓶开裂事故序号编号出厂编号电子标签生产日期检验到期泄漏失效12563985880/2001年6月/2008年2月水压试验至16MPa时，瓶口裂开。22415968404070117361999年3月2008年5月2007年12月28日充装时，发现有气体泄漏现象。32753968425070117312000年8月2008年4月三只铝合金氧气瓶外径约为φ205mm，规格：13L，材质系铝合金6351，工作压力为15MPa，水压试验压力为22.5MPa，充装氧气重量为15kg，瓶口螺纹为锥螺纹，均为上海高压容器厂制造。事故原因分析三只气瓶的开裂均由瓶肩内腔表层折叠裂纹引发。在折叠裂纹的尾端因应力集中效应，在内腔拉应力下极易发生瞬时过载性开裂。在气压试验、运行中的瞬时冲击应力下，裂纹启动，并不断扩展，尤其一些较深的折叠裂纹则优先启动开裂，并优先不断扩展，直至穿透瓶壁发生泄漏。三只气瓶的瓶肩内腔折叠的形成与其共同的瓶口的收口制造工艺相关。铝合金气瓶收口的工艺中，罩口型工艺一般难以消除内腔表面的折叠，当工艺控制不当极易形成较深的尾端尖锐的折叠裂纹，极易在耐压试验中启动深度开裂，并会不断扩展。三只气瓶的瓶口采用锥螺纹，相对直螺纹，使用时对瓶口必然有相对高的扩张应力，对开裂的启动、扩展必然有一定的促进作用。焊接气瓶焊接气瓶从结构上看是用焊接的方法，由经加工的封头、筒身焊接而成。并可在封头上、筒体上开孔（经强度校核）。从材质上看，常用的材料为HP245、HP265、HP295、HP325、HP345、HP365以及B440、B490等。从实际情况来看，盛装液化石油气、溶解乙炔气的气瓶，其受压的瓶体壳体均用焊接方法制造而成。钢质焊接气瓶主要用于盛装液氨、液氯、液化氟氯烷等低压液化气体。钢质焊接气瓶可分为立式和卧式，常用卧式钢质焊接气瓶结构见下图。为了保护瓶阀、易熔合金塞等附件和直立的需要，气瓶可有大小两个护罩，护罩应留缺口，以免直立时存水腐蚀瓶体。大小护罩均有吊孔。塞座由低碳钢制成，焊在左右两个封头上，塞孔内车有锥螺纹一装配易熔合金塞。但是2000版《气瓶安全监察》已禁止在液氯、液氨气瓶上装配易熔合金塞。钢质焊接气瓶的附件有瓶帽、瓶阀、堵塞和防震圈。液化丙烯、丙烷钢质焊接气瓶公称容积为10～150升，公称工作压力和水压试验压力分别为：液化丙烯2.5MPa和3.8MPa；液化丙烷2.2MPa和3.3MPa。此类气瓶的底座应保证气瓶直立时的稳定性，并具有供排液和通风孔。同时必须装设安全阀式安全泄放装置，其开启压力及回座压力分别为：液化丙烯瓶3.4(0~-0.4偏差)和2.6；液化丙烷3.0(0~-0.4偏差)和2.3。“7.4”液氨钢瓶爆破事故一、事故简要经过2005年某日中午，一辆装运液氨钢瓶的运输车辆，在某公司卸完两瓶液氨后，途经某饭店，驾驶员和押运员离车用餐。约20分钟后，在烈日的曝晒下，一只200公斤钢瓶突然爆裂，泄放的液氨气体导致现场附近108人次先后送至区中心医院救治。二、现场勘察事故发生时，车载10只液氨钢瓶，其中6只为200公斤，其中4只为空瓶，2只为某公司刚卸完液的钢瓶，爆裂钢瓶是刚卸完液的一只钢瓶，另外4只为50公斤。事后经称重发现，有1只200公斤瓶内尚有残余液氨31公斤；4只50公斤液氨钢瓶为满瓶。驾驶员和押运员持有相关证件。钢瓶运输车辆没有遮阳设施。瓶号与相关记录确认气瓶充装时间为事发前8日，充装单位没有相关瓶号的记录。用户单位采购资料中没有相关瓶号记录，也没有现场卸液氨操作的相关记录，无法真实反映卸液氨瓶号、卸液前后压力变化、储槽液位记录等。液氨用户供货钢瓶上午9点30分左右到达作业现场，约11点15分离开。卸第一瓶液用了20分钟；卸第二瓶时由于下方的液相接口连接出现问题，便将卸液导管接在了上方的气相接口上，连接导管用时约10多分钟，然后用了近1小时卸液，期间操作人员曾对液氨管路系统的阀门进行操作，以瓶体结霜为确认液氨是否卸完的依据。经现场检查液氨钢瓶卸液无计量设施，储槽液位计模糊不清，难以正确确定液位。经核查该液氨制冷系统没有配置防止倒灌的装置，在系统压缩机工作的情况下，存在操作失误造成系统内的液氨倒灌至钢瓶的条件。三、事故瓶的检测在对钢瓶表面除漆后，仔细查看筒体、护罩表面，均未见气瓶制造单位钢印。另外，发现四处检验钢印，其中第四处钢印检验单位标识钢印模糊不清无法确认。因此无法确认检验单位，且检验日期的钢印为“04.4.03”，按照《气瓶安全监察规程》的规定：“04.4”为检验日期，“03”应为下次检验日期，显然“03”钢印有误。在对事故瓶内外观检查时发现：外表面腐蚀较严重，瓶体表面存在大量点状腐蚀，尤其是近焊缝处。照片如下。破口呈塑性断裂，断口上未见明显的金属缺陷，破口沿筒体中部纵向破裂，长约710mm，宽约50mm，距下焊缝约410mm，破口中央在纵焊缝的热影响区近熔合线处，断口处测得的最小壁厚为3.1mm。筒体周长约1978mm，破口最大处筒体周长约2030mm。照片如下。对事故瓶筒体进行测厚、金相、磁粉、射线、化学、母材和焊缝机械性能等检验和试验，未发现严重超标缺陷。四、事故原因分析在排除了气瓶设计、制造、材料不合格的因素外，造成气瓶爆炸破裂的主要原因有如下三种可能：1.气瓶液氨过量在气瓶设计制造时，规定按照60℃条件设计，可以保证在60℃条件下正常工作。《气瓶安全监察规程》给定的规定条件下，氨的临界温度TC＞70℃。据了解，在气温40℃、太阳直晒条件下，涂有黑色、铁红色、黄色防锈漆的金属温度分别为58~60℃、56~58℃、54~56℃。液氨气瓶外涂黄色防护漆，若在标准充装下或瓶内液氨在正常储量范围，38~39℃的气温条件下，不足以使液氨汽化压力上升至气瓶塑性变形导致破裂。因此只有当气瓶内存有过量气体时，在阳光直晒下，才可能发生膨胀爆裂。从充装单位和使用单位的装卸情况与记录分析，过量液氨的来源可能有二：一是充装单位过量充装；二是使用单位卸车出现故障引起倒灌。2.液氨钢瓶超期使用严重腐蚀经核查事故瓶上没有可辨认的制造钢印，钢瓶爆裂处腐蚀严重，最早的检验钢印是1990年8月，违反了GB13075-1999《钢制焊接