液氯钢瓶过量充装的危险性分析及防范措施

液氯钢瓶过量充装的危险性分析及液氯钢瓶过量充装的危险性分析及 防范措施防范措施 氯气是一种黄绿色的剧毒气体 有强烈的刺激性气味 它 能损伤人的器官 吸入一定浓度的氯气可致人死亡 液氯是低 压液化气体 是一种重要的化工原料 由于液氯钢瓶是一种移 动式压力容器 因此 它在充装 储存 运输及使用中存在爆 炸 中毒危险 大量事实已经证明 液氯钢瓶过量充装或超过 其最高使用温度 60 时 极易发生破裂或爆炸 一旦事故 发生 会给人员 设备与环境带来严重危害 因此 科学分析 过量的危害 杜绝液氯钢瓶过量充装十分必要 一 液氯钢瓶正常充装后温度升高时的压力增量一 液氯钢瓶正常充装后温度升高时的压力增量 正常充装情况下 液氯钢瓶内的氯完全处于气液两相平衡 状态 即在钢瓶内的氯一部分是气体 一部分是液体 液氯钢 瓶内的压力始终是液氯的饱合蒸气压 当环境温度升高时 热 量就会传到钢瓶系统内 此时气 液两相的体积均向增大的方 向变化 但由于钢瓶的容积增量极其微小 因此 钢瓶内液氯 的饱和和蒸气压将增大 又由于液相氯的压缩系数很小 而气 相氯的压缩系数又增大 因此 随着环境温度的持续升高 出 现的结果是 液相氯的体积不断膨胀 而气相氯的体积不断被 压缩 直至液相氯充满整个钢瓶容积 而气相氯的体积却被压 缩得趋近于零 这时钢瓶内液氯的饱和蒸气压大大增加 处于 这种状态的体系 称之为临界爆炸状态 处于临界爆炸状态的 液氯钢瓶 如果还继续供热 液相氯的体积还会进一步增加 但此时液相氯的体积增加受到钢瓶容积的限制 已无膨胀的自 由空间 液氯的饱和蒸气压将急剧增高 就会定量地传给瓶壁 此时的压力如果超过液氯钢瓶材质的屈服压力时 就会使钢瓶 变形 破裂或爆炸 为了避免由于环境温度的升高 液氯钢瓶内液氯的饱和蒸 气压急剧增高而使钢瓶发生变形 破裂或爆炸事故 在 2001 年 7 月 1 日起实施的 气瓶安全监察规程 第 9 条明确规定 气瓶的公称工作压力 对于盛装液化气体的气瓶 系指温度 60 时瓶内气体压力的上限值 盛装有毒和剧毒危 囊夯 宓钠 浚 涔 乒 餮沽 难 糜 实碧岣摺 闷 迤 康墓 乒 餮沽 诒 常用气体气瓶的公称工作压力 中查出 液氯钢 瓶的公称工作压力为 2mpa 表压 按上述规定要求 液氯钢瓶在充装 储存 运输及使用中 的环境温度必须 60 同时在规程第 64 条表 5 低压液化气体 的充装系数 中又明确规定了液氯钢瓶的充装系数 1 25kg l 这个充装系数等于液氯在 60 时饱和液体密谋的 95 98 根据计算 当充装系数等于 1 25kg l 液氯温度在 68 8 时 钢 瓶内的气相空间将为零 此时液氯的饱和蒸气压为 2mpa 表压 已达到钢瓶的公称工作压力 这时钢瓶才会出现危险 由于 钢瓶的最高使用温度在正常情况下就是周围环境温度 而周围 环境温度无特殊情况一般是不会超过 60 的 由此可见 只要 严格按规定的充装系数充装液氯钢瓶 确保绝对不过量充装 液氯钢瓶是完全可以保证安全的 正常充装后 钢瓶内液氯的 饱和蒸气压与温度的关系如表 1 表 1 液氯的饱和蒸气压与温度的关系 温度 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 饱和蒸气压 表压 mpa 0 13 0 19 0 27 0 38 0 52 0 67 0 86 1 11 1 41 1 76 二 液氯钢瓶过量充装后温度升高时的压力增量二 液氯钢瓶过量充装后温度升高时的压力增量 液氯钢瓶过量充装是指往钢瓶内充装的液氯超过了为钢瓶 规定的充装系数 并且是指液氯钢瓶的容积已全部被液相氯充 满 当储存 运输及使用时的环境温度高于充装现场温度时 液相氯的比容相应增大 钢瓶内氯 液两相平衡状态遭到破坏 瓶内液化气体的压力与温度的关系不再是液氯的饱和蒸气压与 温度的关系了 由于液相氯基本上是不可压缩的 而体积膨胀 却很大 所以 当钢瓶内的全部空间被液相充满时 温度每升 高 1 液相氯比容的增大将导致钢瓶内压力升高 1 2mpa 温度升高 5 10 钢瓶就会屈服变形 甚至会发生爆炸 0 5 t 液氯钢瓶超装后的危险温度如表 2 表 2 0 5 t 液氯钢瓶超装后的危险温度 充装 量 超装 量 kg kg 液氯膨胀后充满钢瓶时的温度 钢瓶开始屈服时的温度 500 0 78 79 81 510 10 69 74 75 520 20 66 67 68 530 30 59 60 61 540 40 51 53 55 550 50 45 46 49 560 60 37 40 41 570 70 31 32 34 580 80 24 25 26 590 90 15 16 19 600 100 8 8 10 为了进一步说明液氯钢瓶过量充装的危险性 现根据液氯 钢瓶的有关特性数据 利用液化气体钢瓶温度升高后产生压力 增量的经验公式计算液氯钢瓶充满液氯后 环境温度从 20 升 高到 3 0 时钢瓶内的压力增量 p 是 p 3 0 f0 t 式中 p 气瓶的压力增量 mpa 液化气体在 t1 至 t2 温度下的平均体积膨胀系数 1 0 瓶体材料的线膨胀系数 1 一般取 1 2 105 饱和液体在 t1 至 t2 温度下的平均体积压缩系数 mpa 1 t 介质的温度差 t t2 t1 t1 液化气体钢瓶温度升高前的温度 t2 液化气体钢瓶温度升高后的温度 f0 液化气体钢瓶在压力升高时的容积增大系数 mpa 1 在此取 2 4 10 4 钢制气瓶在压力升高时的容积增大系数 f0 在气瓶的压 力不超过它的屈服压力时 由气瓶的外 内径比值 k 确定 其 值如表 3 表 3 气瓶内压升高时的容积增大系数 f0 k 外 内 1 02 1 03 1 04 1 05 1 06 1 07 1 08 1 09 1 10 1 15 1 20 f0 10 4 mpa 1 4 80 3 20 2 40 1 94 1 63 1 4 1 23 1 10 1 00 0 73 0 56 液化气体在不同温度下的体积压缩系数 和体积膨胀系数 如表 4 表 4 温度与 和 的关系 温度 t 0 10 20 30 40 50 60 压缩系数 10 3 mpa 1 1 30 1 49 1 72 2 00 2 37 2 76 3 43 膨胀系数 10 3 1 1 87 1 99 2 12 2 26 2 42 2 59 2 78 将上述有关数据代入 p p 2 12 10 3 2 26 10 3 2 3 1 2 10 3 1 72 10 3 2 00 10 3 2 2 4 10 3 30 20 10 26mpa 由于液氯钢瓶在 30 时 液氯的饱和蒸气压 p1 0 86mpa 所以在此温度下充满液氯的钢瓶内压 p 是 p p1 p 0 86 10 26 11 12 mpa 表压 通过以上计算 可以看出液氯钢瓶过量充装后 环境温度 升高 10 瓶内的压力大大超过液氯钢瓶设计压力 2 mpa 表 压 的 5 56 倍 所以 此液氯钢瓶发生爆炸在所难免 如果此 液氯钢瓶按照规定的充装系数充装 即使环境温度从 20 升高 到 30 瓶内液氯的饱和蒸气压也只是从 0 67 mpa 增加到 0 86 mpa 0 86 mpa 这个压力只不过是液氯钢瓶设计压力 2 mpa 表压 的 43 此钢瓶根本不会爆炸 三 避免液氯钢瓶充装的防范措施三 避免液氯钢瓶充装的防范措施 液氯钢瓶过量充装 是钢瓶爆炸的主要原因之一 这是因 为液化气体充装温度一般都比较低 特别是夏季 它的液温常 比周围环境温度低得多 如果计量不准确或其他原因导致液氯 钢瓶过量充装 由于受周围环境温度影响 瓶内液温就会升高 体积就会膨胀 很快瓶内空间即被饱和液体所充满 并产生很 大压力 结果常常造成钢瓶的破裂或爆炸 为了防止液氯钢瓶 过量充装 必须采取严密可靠的防范措施 并认真加以贯彻执 行 这些防范措施包括 1 为了防止由于计量误差而造成超装 充装用的磅秤应有 严格的管理制度 操作人员接班后 首先应全面检查计量衡器 并校验零位 计量衡器的最大称量值应为常用称量的 1 5 3 0 倍 衡器的校验期限最长不得超过 3 个月 2 充装前必须有专人对钢瓶进行全面检查 确认无缺陷和 异物 方可充装 3 没有原始重量标记 或标记不清难以确认的液氯钢瓶不 得充装使用 4 充装时 操作人员必须坚守岗位 增强责任心 严格按 规定的充装系数进行充装 严禁超量充装 如果发生超装时 应立即设法将超装量抽出 5 液氯的充装量应包括钢瓶内原有的余液 余气 不得 把余液 余气 的重