对"7·23"氢气瓶连环爆炸事故的分析

对“７・２３＂氢气瓶连环爆炸事故的分析

庄胜强

（南京中华门外宝钢集团梅山公司３１７幢１０１室，２１００３９）

摘要：简介了氢气瓶爆炸事故概况；对爆炸碎片的技术性能进行试验检测。以试验数据科学认定为化学性爆炸。分析了爆炸发生在开启瓶阀瞬间，而瓶内已吸进了空气形成了氢氧爆鸣气体，从而发生连环爆炸。

关键词ｉ氢气钢瓶；爆炸；碎片性能试验；爆炸能量；爆炸压力；化学性爆炸；氢氧爆呜气体；摩擦；静电

ｌ事故概况

２００４年７月２４日，应省锅炉局戴、冯两位局长的邀请，一起驱车东海县及连云港市，对２３日下午连续发生的三起氢气瓶爆炸事故进行调查。现对事故性质、现场清理、防止再次发生爆炸的具体措施和做法、以及最终确定责任所需进行的诸项试验及要求等方面的内容进行阐述。

到达东海县后听了事故调查组简单汇报后，即先后到东海县新力源石英制品实业有限公司、连云港东海宏伟石英制品实业有发公司、东海县鑫安石英制品实业有限公司三起爆炸现场及连云港双菱化工集团公司氢气瓶压缩和充装现场进行勘查和调查，现将当时所获得的事故情况及其后从连云港质监局进一步了解到的情况综述如下。

２００４年７月２３日１３：４８左右，东海县新力源石英制品实业有限公司，在汇流排更换氢气满瓶打开满瓶瓶阀的瞬间，三只氢气瓶同时发生了爆炸，导致现场一位操作人员（女）当场死亡，三问操作间和氢气瓶库房中的两间被炸塌，另一间也摇摇欲坠，砸坏气瓶数只。三只爆炸的氢气瓶中两只原始钢印未找到，有原始钢印的爆炸气瓶的原始钢印如下：ＲＺＺ０９６，

瓶号５７７２３４，ＴＰ２２．５

ＷＰｌ５

Ｗ５５．８

Ｖ４０Ｌ

Ｓ５．７

ＳＧ０３．９。当日１８：２０左右，连云港东海

宏伟石英制品实业有限公司，又在汇流排更换氢气瓶打开满瓶瓶阀的瞬间，两只氢气瓶又同时发生了爆炸，致一名操作工死亡（女），房屋遭到严重破坏，爆炸气瓶的原始钢印和爆炸气瓶形成的碎片未收集到。当天１８：３５左右，东海县鑫安石英制品实业有限公司在与前两单位相同的条件下，三只氢气瓶又同时发生了爆炸，造成两人死亡，房屋严重损坏。爆炸气瓶是２００４年７月２２日深夜或２００４年７月２３日凌晨充的气，２３日下午１点后这批气瓶运到工厂，三只爆炸气瓶的原始印分别如下：１号爆炸气瓶：瓶号１９３１５６，ＴＰ２２．５

Ｖ４０

ＷＰｌ５Ｗ５４

Ｓ５．８，制造厂ＪＰ，寒冷地区使用标志Ｈ２，检０２．３；２号爆炸气瓶：瓶号１２２０４１，

ＷＰｌ５ＷＰｌ５

Ｗ５３Ｗ５１

Ｖ４０Ｖ４１．６

’Ｉ睨２．５

ＴＰ２２．５

Ｓ５．８，制造厂ＪＰ，制造年月９５．７；３号爆炸气瓶：瓶号１６３２７５，

Ｓ５．７，制造年月９６．５。

三起爆炸事故均发生在同一天的下午，三个单位使用的氢气瓶均由江苏省连云港双菱化

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工集团有限公司充装；且基本上都是２２日深夜至２３日凌晨所充装；２３日天气非常炎热，下午更热；爆炸气瓶既有４５。剖口，也有垂直剖口。

爆炸现场破坏情况见照片ｌ、２、３。

照片１

新力源公司爆炸现场

照片２宏伟公司爆炸现场

照片３鑫安公司爆炸现场

２对事故性质的确定

２．１

对事故性质的初步认定

（１）根据气瓶爆炸现场，气瓶爆炸只数及三个单位在使用同一充装单位所充装的氢气，且又都在汇流排更换气瓶，打开瓶阀时数只满瓶同时爆炸的事实。

（２）碎片剖口断面未见肉眼可见的内在缺陷；内外表面未见明显腐蚀，壁厚基本未减薄。

（３）根据气瓶爆炸所形成的碎片、对周围气瓶、建构筑物的破坏情况及剖１＝Ｉ断面撕裂形状等，参照以往能直接算出爆炸功的气瓶化学性爆炸案例进行类比估算，这三次氢气瓶爆炸时所释放的能量都很大，新力源公司、宏伟公司及鑫安公司气瓶爆炸瞬问数只气瓶的平均最高压力分别相当于９０ＭＰａ、８０ＭＰａ、ＩＯＯＭＰａ。其值数倍于气瓶１２．ＯＭＰａ左右的实际工作压力，且爆炸时的压力远远超过这些气瓶发生物理性爆炸时所能承受的４０～５０ＭＰａ压力。瞬间达到如此高的压力，释放出如此巨大的爆炸功，只有瓶内发生剧烈燃烧，瞬间产生高温时才可能

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达到。

（４）碎片剖口断面呈现化学性爆炸的典型断面特征：相当多的剖口呈现明显的撕裂状垂直，但不齐平的剖口断面，也有相当多的剖口与主应力方向呈现４５。角，说明爆炸威力极大，气瓶爆炸剖口断面同时呈现垂直撕裂状及主应力方向呈现４５。角这正是化学性爆炸的重要判别特征之一。

根据上述事实，将三起爆炸事故可以初步认定为化学性爆炸。但是，最终要以科学证据确定事故性质及事故责任单位（岗位）、事故责任人，还须对碎片和气体进行如下相关试验。２．２气瓶爆炸碎片试验结果

既然初步认定爆炸为化学性爆炸，为什么还要对爆炸气瓶碎片进行机械性能等试验呢？目的是排除这三起爆炸与气瓶本身质量有关，从而证明不是物理性爆炸。２．２．１碎片化学成分分析（表１）

裹１

爆炸气瓶碎片的化学成分试验值

化学成分／％

试样编号

碳

１

硫

Ｏ．００４

磷

Ｏ．００８

硫＋磷

０．０１２

锰

１．４９

１．５０

硅

Ｏ．２３

铬

０．０２０．０２

０．０４

镍

Ｏ．０３

０．０４

钒

Ｏ．０８Ｏ．０８

０．２９

Ｏ．２９

２Ｏ．００８Ｏ．Ｏｌｌ０．０１９Ｏ．２２

Ｏ．２２

３０．２９Ｏ．００６

０．０４

０．００９０．０４

０．０１５

０．０ｒ７

１．４１

Ｏ．０３Ｏ．０７

标准值

０．４０

１．４＿１．７５≤０．３７０．８—１．１

２．２．２机械性能试验（表２）

表２爆炸气瓶碎片的机械性能试验值

力

试样编号

屈服点／ＭＰａ

学

性

能

伸长率／％试件１

１９

抗拉强度／ＭＰａ试件１

８１５

试件１

１２３

６５５

试件２

６７０６６０

５７０

试件２

８８０

试件２

１７１８

５７５

５８５

７７５

７６０

７８６

７７０

１９２５１４—１６

１９１４一１６

标准值

２．２．３碎片壁厚实测值（表３）

表３部分碎片壁厚实测值

实测碎片壁厚／ｒａｍ

试样编号

ｌ

１２３

４０

简体设计壁厚

６６．５

７

／ｍｍ

备注

２５．７７．５７．８

３５．４７．５７．８

４９．５９．６７．６

５６．５

６．１７．４６．８

５．７５．７

２，３，７，测点靠近断口

该瓶只有下半截残片２，５，６，测点靠近断口１，４，６，测点靠近断口１，３，５，测点靠近断口

不清

８．２

８．４

１２．６

６．８

５．７

５．８５．８

６．１７．０

６．５

７．１

７．２６．７

６．５

５．７

９．３７．５

６．９

５①

注①：４、５号两只气瓶未做力学性能试验和化学成分分析。

・

１００・

２．３剩余气瓶气体成分的检测结果

对上述三家公司部分剩余氢气瓶内的气体各取五个气样进行分析，当三家公司都查出爆鸣性气瓶后，宏伟公司最后两个气样没有进一步检测的必要，因此三家公司共检测了１３个气样。对爆炸现场抽气样进行成分检测结果见表４。

衰４部分剩余氢气瓶内气体成分检测结果

气样编号

１２４一ｌ

１２４—２

气瓶瓶号

５７７３４４

样品来源企业名称

新力源新力源

氧含量／％

Ｏ．２３１２．３

Ｏ．２２

氮含量／％

Ｏ．１２

氯含量／％氢中含氯符合规定

６８３８３４４．０

氢中含氯符合规定

氢中含氯符合规定氢中含氯符合规定氢中含氯符合规定氢中含氯符合规定

１２４—３５７７２ｌＯ

新力源

新力源

０．１ｌ

０．１４

１２４—４５７７０９３０．２７Ｏ．１９

１３．２

１”一５

１２４—６

１２４—７

Ｂ３４３０９３

新力源

鑫安鑫安鑫安鑫安鑫安宏伟宏伟宏伟

Ｏ．１０４９．０４３．６４８．８４８．７５０．Ｏ５３．８５６．９５０．２

０２９７２７

１９４４２４１２．８

氢中含氯符合规定氢中含氯符合规定氢中含氯符合规定氢中含氯符合规定氢中含氯符合规定

氢中含氯符合规定

１２４—８１２２１５５１４．２

１４．２

１２４—９１５３０５８

１２４一１０１６２８５９１４．６１５．９１６．７１４．８

１２４—１ｌ

瓶号不清

瓶号不清瓶号不清

１２４一１２

１２４一１３

氢中含氯符合规定

２．４事故性质的最终确定

鉴于前述对事故初步认定的理由及以下事实，可最终确定这三起氢气瓶爆炸事故为化学性爆炸。

（１）氢气瓶物理性爆炸压力远远高于它们爆炸前的工作压力。

根据表２和表３实测数据，１、２、３号爆炸气瓶碎片测得的最小壁厚值及其最小抗拉强度ｄｒ。试验值计算，１号气瓶发生物理性爆炸的压力至少应为４１．２ＭＰａ（按爆破口未拉簿计），２号气瓶发生物理性爆炸的压力至少应为５３．２ＭＰａ，３号气瓶发生物理性爆炸的压力至少应为４８．７ＭＰａ，上述气瓶物理性爆炸所需要的压力远高于这些气体爆炸前的实际工作压力１２．ＯＭＰａ左右。因此只有气瓶内发生剧烈的化学反应，瓶内气温瞬间剧烈升高，才可能使瓶内的压力在瞬间达到、甚至大大超过４１．２—５３．２ＭＰａ的高压而使这些气瓶发生爆炸。

（２）同一天下午在同一单位充装氢气的三个单位分别发生氢气瓶爆炸，三次爆炸均有二。三只氢气瓶同时爆炸，这只有化学性爆炸才可能有这种情况发生。

（３）爆炸同时造成死者衣服、头发、皮肤等被烧损。

（４）由表４可见，对送检的１３个气样分析，其中九个气样中含氧量在１２．３％一１６．７％。这些氢气瓶内的气体均为氢氧爆鸣性气体，只要给予极小的能量，即可点燃瓶内的氢气而发生剧烈的燃烧，瞬间产生高温高压，最终导致气瓶爆炸。据估算，三个单位氢气瓶爆炸时所

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１０１

・

释放的爆炸功（爆炸前瓶内气压按１２ＭＰａ计）分别为：新力源公司三只氢气瓶爆炸所释放的爆炸功为２２．８ＭＪ；鑫安公司三只氢气瓶爆炸所释放的爆炸功为２６．４ＭＪ；宏伟公司两只氢气瓶爆炸所释放的爆炸功为１９．５ＭＪ，它们分别相当于２１只、２４只、１８只充装压力为１５ＭＰａ的氧气瓶同时瓶爆炸所释放的能量。

（５）爆炸都发生在特定时机——开启瓶阀的瞬间。

开启瓶阀的瞬间，数只气瓶同时爆炸，是气瓶化学性爆炸的特定时机之一。这是因为瓶内形成爆鸣性气体后，由于氢气在氧气气氛中所需点燃能量极小，仅为Ｏ．００７ｍＪ，开关瓶阀时极易达到这个能量，当开关瓶阀所产生的磨擦热达到或超过０．００７ｍＪ或产生静电火花时，瓶内就同时满足了燃烧三个条件，燃料就变得不可避免。

根据上述理由。这三起爆炸事故性质不可能是物理性爆炸，只可能是化学性爆炸。

３爆鸣性气体形成过程的分析

由表４可见，三家发生气瓶爆炸的公司的氢气瓶内都形成了爆鸣性气体，这些爆鸣性气体是在哪个环节形成的呢？根据事后的调查和与氢气形成爆鸣气体既不是氯气，也不是纯氧，气样中存在的氮气与氧气之比近似四倍的关系。又据事后调查证实：７月２２日晚，供电部门对该公司进行了限电，为保工艺用电，约于２３：１０分左右，值班长在确认氢气压缩机停车后，下了关闭二次分配台通往氢气压缩机管道上的两只阀门，即图３中的２、３两只阀门。从２３日大夜班（即２２日２３：４５—２３日７：４５）开始至２３日１９时至事故调查结束前，这些氢气压缩机未再运行过，实际情况是通向１、２号氢气压空缩机进口阀处于关闭状态，通向３号氢气压空缩机的阀处于开启状态（这一事实，双菱化工集团公司主管单位的主要领导２４日检查该处阀门时发现：通向１、２号氢气压空缩机进口阀２处于关闭状态，而阀３却处于开启状态）。由于阀２处于关闭状态，从而当１号或２号氢气压空缩机开车后，氢气压缩机前的整个系统就变成真空，随开车后时间的延长真空度会越来越高，到某一真空度时，大气压力将ｂ，的石棉爆破片损坏，这时氢气压缩机压缩的就不是氢气而是空气，其压缩空气与３号氢气压缩机压缩的氢气经汇总管混合后充入氢气瓶内，使氢气瓶内形成了爆鸣性气体。

４引燃引爆能量

引燃引爆能量就是开瓶阀时的摩擦热或静电火花。

氢气瓶充装结束关瓶阀时也同样会产生相同数量级的摩擦热或静电火花，为什么关闭几百只瓶阀都未发生爆炸，而在用户开瓶阀时却有三家公司先后发生爆炸？这是因为这批爆鸣性气瓶系后半夜或上午充装，气温比下午２至６点时要低，因而导致开关瓶阀时所产生的摩擦热或静电火花大小略有差别，加上开关瓶阀的速度快慢、用力大小等因素，综合因素导致了关瓶阀时未炸，而开瓶阀时爆炸。必须补充是：在瓶内形成爆鸣性气体后，在气温等环境条件相同、开关瓶阀速度及用力大小相同时，引燃瓶内爆鸣性气体爆炸的概率基本上相同的。在三家公司中，新力源和鑫安公司引爆气瓶至少是开第三只瓶阀甚至是最后一只瓶阀时发生的，宏伟公司引爆气瓶至少是开第二只瓶时发生的。

５教训及建议

（１）瓶内形成爆呜性气体的直接原因是氢气二次分配台上的阀２和阀３一开一关所造成的，按理是不应发生的，这里有两点教训如下：

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围１充装系统流程图

①操作人员交接班不认真，工作责任性不强，为此，应加强敬业爱岗精神教育；②充装人员对气体、气瓶等基础知识和瓶规及永久气体充装规定了解不多，甚至完全不了解，为此，必须加强上述基础知识和瓶规及相关标准学习，并严格执行。

（２）形成爆鸣性气体的直接原因是缓冲缸ｂ。上的石棉爆破片损坏，从整个工艺流程看，缓冲罐前有容积为１００—５００ｒｅ＇的、压力为４５００Ｐａ的所谓贮气柜，实则是一只容积比其后大数十倍甚至百倍的缓冲缸，因此，安装ｂ。、ｂ２、ｂ缓冲罐及其系统是没有意义的，是只有坏处而无益处的多余设备、管道和阀门。我们要有这样的概念：在满足工艺条件后，设备、管道和阀门越少越安全、同时建设和运行费用也会越少。因此，建议拆除这些设备、管道和阀门。

（３）加强充装前检修。据我们２４日晚到双菱公司了解，充装前的检查很不到位，尤其未判明拟充装瓶内气体性质（虽然这次爆炸原因与此无关），因而无法从根本上防止错装、混装。

（４）气瓶充装时既未采用螺纹连接，也未使用防错装接头，从而在混进氧气、空气等气瓶时，充装人员在充装时也无法发生错装、混装。

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