瓶體材料組織為索氏體組織。內壁附近組織中有明顯的軋制條帶,中壁和外壁不明顯,這些部位一般是雜質易聚集區域。雜質的存在不但會降低材料的抗腐蝕性能,而且還會成為氫陷阱,導致氫在此聚集,造成開裂。
6 氣體成分分析
取同批充裝的在用氣瓶進行瓶內氣體成分分析,結果見表2。分析結果表明:瓶內氣體中含有微量水分。
7 爆炸原因分析
根據以上分析可以明確,初始裂紋啟于氣瓶下部300mm范圍內的內壁,并不斷擴展。由于承受內壓的鋼瓶環向應力最大,當有效承載面積不足以承受內壓時發生突然爆炸,爆炸導致的開裂沿著與環向應力垂直的方向(軸向)迅速擴展。
始裂處之所以發生在氣瓶下部,是由于瓶中混合氣體含有一定量的水分,且氣瓶長期豎直放置使所含水分逐漸向氣瓶下部聚集,在氣瓶下部生成含二氧化碳—水、氯、硫、鈉、氧的腐蝕性溶液,對瓶體材料產生腐蝕,這與電鏡觀察時發現在內壁有較多啟裂源的結果和EDS對斷口上附著腐蝕產物中含有的氧、硫、氯、鈉(堿)和碳等元素的分析結果是一致的。氧、硫、氯、鈉等對金屬材料的腐蝕作用已很顯然,不再贅述。二氧化碳—水的環境同樣會造成金屬材料的腐蝕,其腐蝕機理如下:
Fe→Fe2++2e-
Fe+HCO3-→FeCO3+2e-+H+
Fe+CO32-→FeCO3+2e-
上述陽極反應的發生使金屬表面漸被腐蝕,氣瓶內壁出現腐蝕凹坑。腐蝕凹坑不僅加劇腐蝕的速率,還會造成應力集中。腐蝕介質強的部位在腐蝕介質和瓶壁(尤其是內壁)應力共同作用下產生應力腐蝕,氣瓶內壁局部金屬溶解,導致氣瓶內壁應力腐蝕開裂。金相分析清楚表明:內壁裂紋是從腐蝕凹坑處起裂的,且內壁裂紋主要以穿晶為主,伴有少量的沿晶開裂。
另外,瓶體材料中存在軋制條帶,而且靠近內壁附近較多,軋制條帶一般為雜質易聚集區域。在
氣瓶使用中介質與瓶體金屬發生陽極反應生成的氫,以原子態擴散進入材料,并在雜質帶部位聚集,形成氫致裂紋,加劇應力腐蝕開裂。宏觀斷口和微觀斷口分析表現出的沿雜質帶的二次裂紋正說明了這一點。
綜上所述,氣瓶的失效是多種腐蝕因素綜合作用的結果,主要因素是應力腐蝕,隨著應力腐蝕裂紋的產生和不斷擴展達到一定深度后,剩余有效承載壁厚不足以承受內壓,導致瓶體破裂。
8 防范措施
目前,國內在各行業使用的含二氧化碳成分的混合氣體的鋼質無縫氣瓶為數較多,為保證安全使用,建議采取以下措施:
(1)對在用的此類氣瓶進行全面檢查,如無法確定瓶內氣體的水含量,應對已連續使用2年以上
的氣瓶做暫時性撤換;對撤換下的氣瓶逐只進行以超聲波檢測和耐壓試驗為主的技術檢驗,確認其可靠性。
(2)氣瓶充裝前,必須對瓶內進行干燥處理,充裝混合氣體的水含量應嚴格控制在相應氣體技術標準規定的范圍內。
(3)建議新選用氣瓶的設計壓力較實際使用壓力高一等級,以降低瓶壁使用應力水平。
(4)加強對氣瓶、安全附件的定期安全技術檢驗的管理和監督。
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