液氨泄漏事故原因技术分析与警示

文 辛耀武

现场勘验情况

一、事故现场

经现场勘验，发生泄漏的液氨钢瓶与另两只钢瓶一起原存放于仓库内西墙玻璃窗下，窗户矮墙为12墙，高1.45米，发生爆裂后其向东北方向位移约7.47米（见简图）

二、泄漏液氨钢瓶

经勘验泄漏的液氨钢瓶筒体胀粗，变形，在筒体的纵焊缝热影响区紧沿焊缝有一长条形裂口,尺寸为 873mm（长）×62mm(最宽)，裂口中心距钢瓶下端环焊缝532mm, 裂口中心周长2630mm(原周长2574 mm),裂口边沿筒体最小壁厚9.9mm,筒体其它区域测厚9.9mm,未发现筒体壁厚减薄，整个裂口没有碎片产生，具有明显45o剪切唇的塑性断口特征，裂口断面未发现金属缺陷，易熔合金塞完好。另两只液氨钢瓶与事故液氨钢瓶属于规格型号、生产厂家、制造批号相同，且同时充装。经宏观检测液氨钢瓶的瓶体，未发现有塑性变形和泄漏。

三、充装、储存情况

2014年3月5日，山西大同栋梁实业发展有限公司购置4只液氨钢瓶后，由田文到大同市森凯鑫化工有限公司购买液氨。当天下午16时，田文将已充装液氨的4只液氨钢瓶送回到山西大同栋梁实业发展有限公司。财务结算时，4只液氨钢瓶共充装的液氨总重量为2060Kg。3月5日16时，大同栋梁实业发展有限公司附近大气温度为2.8℃。

因生产工艺需要，山西大同栋梁实业发展有限公司将4只液氨钢瓶中的1只投入生产中使用，其余3只一直储存本单位的仓库内，直至事故发生。

通过对山西大同栋梁实业发展有限公司相关人员的调查了解，确定事故发生前3只钢瓶在库房中的存放位置。经技术组调查人员现场还原3只钢瓶在库房中的存放位置，发现中午12点以后，太阳光可照射到3只液氨钢瓶的部分筒体。3月23日16时，大同栋梁实业发展有限公司附近大气温度19.5℃。

原因分析

一、瓶体内部压力增高产生的物理破裂

“整个裂口没有碎片产生，具有明显的45o剪切唇的塑性断口特征，裂口断面未发现金属缺陷。”可以确定液氨钢瓶是由于瓶体内部压力增高产生的物理破裂。“易熔合金塞完好”，可以判定液氨钢瓶破裂时，并非由于瓶内液氨温度超过易熔合金塞动作温度（70℃），而造成瓶体内部压力增高导致的物理破裂。

二、充装量近似满液高于平均值

液氨2.8℃时密度0.6347264Kg/L,液氨钢瓶公称容积800L,实际容积827L。就此数据推算，液氨钢瓶满液充装量应在0.6347264×827＝524.919Kg，由于非法充装，不能单独称重，总充装液氨重量为2060Kg，4只液氨钢瓶平均充装量为515Kg。其他3只液氨钢瓶在同等条件下未发生瓶体爆裂，由此推断爆裂的液氨钢瓶充装量高于平均值515Kg，处于近似满液状态。

三、满液状态下液氨钢瓶内压力增加值

采用《小合成氨工艺技术设计手册（下册）》（梅安华主编，北京化学工业出版社1994年）中的计算方法。

盛装液氨的容器应有一定的安全空间，不可充满液氨，因为液氨的饱和蒸汽气压随温度升高而升高，液氨宜随温度升高而膨胀，虽然液体膨胀系数小，但液体具有不可压缩性，气隙太小，温度升高致使压力急剧升高。导致容器发生失效。

装满液氨的容器，当温度升高时，压力增加的计算式：

ΔP=（7-1-1）

△P—压力增加值，MPa；

△t—温度增加值, ℃；

、—温度为、时的液氨体积膨胀系数；

、—温度为、时的液氨体积压缩系数；

＝2.8℃ （2013年3月5日16时）

＝19.5℃（2013年3月23日16时）

查表7-1-3得：

＝0.0020736

＝0.002331

＝0.00011436

＝0.0001372

将、、、 代入公式（7-1-1）中得：

ΔP=

=

＝29.62 MPa

四、爆裂时液氨钢瓶内压力

液氨在19.5℃时饱和蒸汽压力PV＝0.846MPa（查表）加上压力增加值，即为充装过量的气瓶在温度为19.5℃时液氨钢瓶内压力。

P＝△P＋PV＝29.62＋0.846＝30.466MPa

五、泄漏液氨钢瓶可承受的爆破压力

根据GB5100—1994《钢质焊接气瓶》第5.23.6条b,爆破压力实测值Pb不小于按（4）式计算的结果：

(4)

—钢瓶实测爆破压力，MPa；

—钢瓶实测最小壁厚，mm；

DO—钢瓶外直径，mm；

—抗拉强度 产品合格证，510 MPa；

实测液氨钢瓶：

＝9.9 mm

DO＝820 mm

＝12.47 MPa

爆破时液氨钢瓶内压力：

P＝30.466MPa

液氨钢瓶可承受的内压力：

＝12.47MPa

P＞

在充装过量后，遇环境气温升高，液氨钢瓶内的压力高于液氨钢瓶可承受的内压力，发生爆破。因此，过量充装是导致液氨钢瓶爆裂，发生液氨泄漏事故的直接原因。

防范此类事故的措施

这起事故对特种设备充装单位、使用单位，特种设备监管部门都是一个警示，应从以下几方面予以预防：

一是特种设备监管部门加强对液氨等危化品充装的监督管理，取缔无资质的充装单位。

二是液氨等危化品充装单位应加强人员培训，严禁无证上岗，严格按照操作规程的要求充装。

三是使用单位应制定液氨等危化品的操作规程，把好液氨等危化品的进货关、验货关、存放关，作业人员应取得特种设备作业人员证，严禁违规使用。

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液氨的介质特性

一、理化特性

液氨，又称为无水氨，是一种无色液体。

氨气是一种无色透明而具有刺激性气味的气体。极易溶于水，氨在20℃水中的溶解度为34%。水溶液呈碱性，1%水溶液PH值：11.7，相对密度0.60（空气=1）。气氨加压到0.7MPa～0.8MPa时就变成液氨，同时放出大量的热，相反液态氨蒸发时要吸收大量的热，所以氨可作致冷剂，接触液氨可引起严重冻伤，因其价廉的特点在制冰和冷藏行业得到广泛使用。液氨在工业上应用广泛，具有腐蚀性，且容易挥发，所以其化学事故发生率相当高。

二、危险特性

危险性类别：第2、3类有毒气体，8类腐蚀品。火灾爆炸危险性类别为乙类。与氟、氯等能发生剧烈反应。

氨与空气混合到一定比例时，遇明火能引起爆炸，其爆炸极限为15.5%～25%。氨具有较高的体积膨胀系数。如：满量充装液氨的钢瓶，在0℃～60℃范围内，液氨温度每升高1℃，其压力升高约1.32 MPa～1.80MPa，因而液氨气瓶超装极易发生爆炸。为此，氨罐周围应设置降温喷淋装置。

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