淺探氣瓶定期檢驗的重要性

安春風

摘要：氣瓶是儲存和運輸各類工業(yè)氣體、可重復充裝的移動式壓力容器，是具有潛在危險性的特種設(shè)備。如何確保氣瓶在充裝、使用過程中的安全性是一個重要的研究課題。文章從技術(shù)防范措施角度，通過對鋼質(zhì)無縫氣瓶定期檢驗各環(huán)節(jié)的控制措施以及實際事故案例的分析，總結(jié)出氣瓶定期檢驗是確保氣瓶安全使用的重要技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：氣瓶；定期檢驗；水壓試驗；應(yīng)力腐蝕；爆破壓力

前言

氣瓶技術(shù)檢查與測試是氣瓶安全工程學的組成部分。所謂氣瓶的定期檢驗，就是根據(jù)瓶裝氣體的性質(zhì)以及氣瓶使用條件或環(huán)境，確定在用氣瓶每隔一定期限，由具有資質(zhì)的氣瓶定期檢驗站采用國家相關(guān)標準規(guī)定的適當而有效的方法，對氣瓶進行一次全面的檢查和必要的試驗。鋼質(zhì)無縫氣瓶是應(yīng)用最廣的工業(yè)氣瓶，氣瓶內(nèi)充裝的氣體具有壓力、可燃性、氧化性、窒息性、毒性、腐蝕性、化學不穩(wěn)定性等特點。在用的氣瓶只有通過定期檢驗合格才能繼續(xù)使用，不合格氣瓶則進行破壞性處理，從而確保在用的氣瓶在充裝、儲運、使用過程中的安全性。

1鋼質(zhì)無縫氣瓶定期檢驗程序

氣瓶作為移動式的壓力容器，受到國家相關(guān)法律法規(guī)的嚴格監(jiān)督，對其進行定期檢驗具有強制性。根據(jù)GB13004-1999《鋼質(zhì)無縫氣瓶定期檢驗與評定》，檢驗項目包括外觀檢查、音響檢查、內(nèi)部檢查、瓶口螺紋檢查、重量與容積測定、水壓試驗與氣密性試驗，其中水壓試驗是定期檢驗中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

2定期檢驗的質(zhì)量過程控制

2.1外觀檢查。氣瓶的外觀缺陷有：凹陷、凹坑、劃傷、裂紋、鼓包、腐蝕和燒傷等。其中最常見的缺陷是腐蝕。這是鋼瓶由于外部介質(zhì)的化學作用或電化學作用引起的破壞和質(zhì)量變化。對點狀腐蝕剩余壁厚應(yīng)不少于設(shè)計壁厚的2/3；對線狀或面狀腐蝕剩余壁厚應(yīng)不少于設(shè)計壁厚的90%。

2.2音響檢查。鋼瓶的腐蝕程度對音響檢查有直接的影響，音響清脆有力，余韻輕而長且有旋律感，則音響檢查合格，如音響十分混濁低沉，余韻重而短并伴有破殼音響的氣瓶應(yīng)報廢。

2.3內(nèi)部檢查的目的是排除瓶內(nèi)是否存在異物或水分，特別是氧氣瓶嚴禁沾有油脂，以及檢查鋼瓶內(nèi)表面是否存在裂紋、夾層、凹坑、腐蝕等缺陷。

2.4瓶口螺紋檢查主要是檢查內(nèi)螺紋是否存在裂紋、變形、缺口或其他機械損傷。

2.5重量與容積測定。氣瓶的循環(huán)使用會導致重量損失與容積增大。重量損失超過5%，應(yīng)測定瓶體最小壁厚，小于設(shè)計壁厚的90%應(yīng)報廢。現(xiàn)容積大于制造標志容積值10%的氣瓶應(yīng)報廢。

2.6水壓試驗。水壓試驗是一種直觀的非破壞性的技術(shù)檢驗方法，其目的是檢驗氣瓶在靜壓載荷下的整體強度和致密性。因為水的難壓縮特性，故以水作為加壓介質(zhì)，氣瓶水壓試驗壓力是氣瓶公稱工作壓力的1.5倍。水壓試驗的主要作用是：（1）由于水壓試驗是超壓試驗，可造成瓶體的局部屈服，使瓶壁內(nèi)的應(yīng)力分布趨于均勻。（2）可以檢查出氣瓶的容積變形情況。（3）可以發(fā)現(xiàn)氣瓶上穿透性裂紋以及某些影響強度的薄弱環(huán)節(jié)（缺陷）。（4）檢驗氣瓶的致密性。（5）通過對水壓試驗結(jié)果的分析，可對氣瓶的整體強度、安全可靠性做出綜合評定。水壓試驗的方法有外測法與內(nèi)測法兩種，在實際中，氣瓶檢驗站大多采用內(nèi)測法試驗裝置。水壓試驗以容積殘余變形率作為評定氣瓶合格或報廢的標準。以內(nèi)測法為例，其計算公式如下：

式中：η-受試瓶容積的殘余變形率，%；△V-受試瓶在水壓試驗壓力下的容積全變形值，ml；△V-受試瓶容積的殘余變形值，ml；A受試瓶在試驗壓力下的總壓入水量ml；B-承壓管道在試驗壓力下的壓入水量ml；V-受試瓶試壓前的實際容積，ml；Ph-受試瓶的試驗壓力，MPa；βt-在試驗水溫和實際試驗壓力下水的平均壓縮系數(shù)，1/MPa。

計算結(jié)果當η>6%時，應(yīng)測定瓶體最小壁厚，其最小壁厚不得小于設(shè)計壁厚的90%；當η>10%的氣瓶應(yīng)報廢。

2.7氣密性試驗以氮氣或干燥空氣為介質(zhì)，試驗壓力為氣瓶的公稱工作壓力，其目的是檢查瓶體、瓶閥、以及瓶體與附件裝配的氣密性，以防止氣瓶在充裝、運輸和使用時因漏氣釀成事故。

3水壓試驗案例與氣瓶事故案例分析

氣瓶因為瓶內(nèi)介質(zhì)、壓力、重復充裝以及周圍環(huán)境的影響，會產(chǎn)生很多各種不同的缺陷，而且有些缺陷是隱性的。以下案例是本人在實際工作中經(jīng)歷的：案例一：一氧化碳瓶在水壓試驗中發(fā)生爆破。

3.1該瓶為一氧化碳鋼質(zhì)無縫瓶，容積40L，水壓試驗之前的各個檢查項目都正常，瓶內(nèi)也沒有發(fā)現(xiàn)明顯的銹蝕痕跡。在水壓試驗至22.5Mpa，在保壓時間約30秒后瓶體上部位置突然發(fā)生爆裂，爆破口長達30cm，爆破處瓶體有膨脹變形。事件中鋼瓶因為有鐵鏈拴住沒有發(fā)生翻倒，爆裂導致瓶內(nèi)試壓水瞬間噴出，但沒有造成物體受損和人員傷害。

3.2爆裂原因分析。金屬材料及其合金在拉應(yīng)力及腐蝕介質(zhì)的共同作用下產(chǎn)生的腐蝕叫作應(yīng)力腐蝕，其隱蔽性在于：腐蝕介質(zhì)沿金屬晶粒間的邊緣向深處推進而使金屬的機械性能（強度和塑性）劇烈降低，且不引起金屬外形變化，直至產(chǎn)生穿晶裂紋。鋼質(zhì)無縫氣瓶產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的條件是：存在較高的應(yīng)力、應(yīng)變，存在CO和伴存的CO2和水份。CO鋼瓶如果在充裝過程中純度或水份控制不當或者使用不當導致瓶內(nèi)有水，就極易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。

爆破是在水壓試驗壓力下發(fā)生，根據(jù)實際爆破壓力公式，可以計算當時鋼瓶實際的剩余壁厚（即應(yīng)力腐蝕處）。

公式如下：

式中：Pb-鋼瓶實際爆破壓力，Mpa；σb-抗拉強度保證值，Mpa；D0-氣瓶外徑，mm；C-正火處理，C=1

我們已知數(shù)據(jù)：Pb=22.5；σb=730（查資料可得）；D0=229（實測），代入公式可得：

22.5=2·730·S/229-S

S=22.5·229/2·730+22.5=3.48mm

由此可知，該瓶在水壓試驗前最小壁厚只有3.48mm，而其設(shè)計壁厚是5.7mm，這是十分嚴重的安全隱患。如果該瓶沒有及時送檢，繼續(xù)充裝使用，隨著腐蝕危害的加劇，該瓶就很有可能在充裝或使用中發(fā)生爆炸事故，后果不堪設(shè)想。但通過定期檢驗，就可以發(fā)現(xiàn)問題，及時排除存在安全隱患的氣瓶。

案例二：某高校一個停用多年的實驗室中，一支氣瓶發(fā)生爆炸。

爆炸威力巨大，整個氣瓶撕裂扭曲，實驗室?guī)缀跞课锛鼙ㄍλ鶕p，儀器、玻璃、門窗等散落一地，現(xiàn)場一片狼藉。幸好事故發(fā)生在深夜，沒有人員傷害。

事故原因分析：（1）鋼瓶制造年份為89.6，最后檢驗日期92.8-95，之后一直放置，超期未檢驗。（2）瓶內(nèi)有水分殘留，存在數(shù)個點狀腐蝕和線狀腐蝕，測定剩余壁厚是4.2mm，因瓶體已撕裂變形，故也不能判定是該瓶的最小壁厚。（3）充裝介質(zhì)不明（鋼印分子式是Ar，但瓶閥不符，合格證模糊不清）。（4）瓶體沒有分解，現(xiàn)場沒有發(fā)現(xiàn)殘片，瓶內(nèi)沒有碳黑，即沒有發(fā)生燃燒化學反應(yīng)。由此推斷，該瓶是由于存在嚴重隱患缺陷，由于瓶內(nèi)高壓氣體而導致的物理性爆炸。同樣是因為存在缺陷，同樣是發(fā)生爆炸，但后果卻截然不同，由此可見氣瓶定期檢驗的重要性。

4結(jié)束語

氣瓶使用范圍廣、數(shù)量多，其價值在于方便與流動。作為一種特殊的壓力容器，它具有潛在的危險性，對此人們要有充分的認識，要確保氣瓶的安全使用，嚴格執(zhí)行氣瓶定期檢驗規(guī)定是現(xiàn)階段最為有效的防范措施，而研究更好的氣瓶安全可靠性綜合評定方法，是努力尋求突破的方向。

參考文獻：

[1]GB/T9251-2011.氣瓶水壓試驗方法[S]