液氯鋼瓶過量充裝的危險性分析及防范措施

液氯鋼瓶過量充裝的危險性分析及防范措施

氯氣是一種黃綠色的劇毒氣體，有劇烈的刺激性氣味，它能損傷人的器官，吸入肯定濃度的氯氣可致人死亡。液氯是低壓液化氣體，是一種重要的化工原料。由于液氯鋼瓶是一種移動式壓力容器，因此，它在充裝、儲存、運輸及使用中存在爆炸、中毒危急。大量事實已經(jīng)證明，液氯鋼瓶過量充裝或超過其最高使用溫度（60℃）時，極易發(fā)生裂開或爆炸，一旦事故發(fā)生，會給人員、設(shè)備與環(huán)境帶來嚴峻危害。因此，科學(xué)分析過量的危害，杜絕液氯鋼瓶過量充裝非常必要。

一、液氯鋼瓶正常充裝后溫度上升時的壓力增量

正常充裝狀況下，液氯鋼瓶內(nèi)的氯完全處于氣液兩相平衡狀態(tài)，即在鋼瓶內(nèi)的氯一部分是氣體，一部分是液體。液氯鋼瓶內(nèi)的壓力始終是液氯的飽合蒸氣壓。當環(huán)境溫度上升時，熱量就會傳到鋼瓶系統(tǒng)內(nèi)，此時氣、液兩相的體積均向增大的方向變化。但由于鋼瓶的容積增量極其微小，因此，鋼瓶內(nèi)液氯的飽和和蒸氣壓將增大。又由于液相氯的壓縮系數(shù)很小，而氣相氯的壓縮系數(shù)又增大，因此，隨著環(huán)境溫度的持續(xù)上升，消失的結(jié)果是：液相氯的體積不斷膨脹，而氣相氯的體積不斷被壓縮，直至液相氯布滿整個鋼瓶容積，而氣相氯的體積卻被壓縮得趨近于零，這時鋼瓶內(nèi)液氯的飽和蒸氣壓大大增加。處于這種狀態(tài)的體系，稱之為臨界爆炸狀態(tài)。處于臨界爆炸狀態(tài)的液氯鋼瓶，假如還連續(xù)供熱，液相氯的體積還會進一步增加，但此時液相氯的體積增加受到鋼瓶容積的限制，已無膨脹的自由空間，液氯的飽和蒸氣壓將急劇增高，就會定量地傳給瓶壁，此時的壓力假如超過液氯鋼瓶材質(zhì)的屈服壓力時，就會使鋼瓶變形，裂開或爆炸。

為了避開由于環(huán)境溫度的上升，液氯鋼瓶內(nèi)液氯的飽和蒸氣壓急劇增高而使鋼瓶發(fā)生變形、裂開或爆炸事故，在2001年7月1日起實施的《氣瓶平安監(jiān)察規(guī)程》第9條明確規(guī)定：氣瓶的公稱工作壓力，對于盛裝液化氣體的氣瓶，系指溫度60℃時瓶內(nèi)氣體壓力的上限值。……盛裝有毒和劇毒危Φ囊夯宓鈉浚涔乒ぷ餮沽Φ難∮糜κ實碧岣?。常訍炲瓶的蛊工作压力栽r?《常用氣體氣瓶的公稱工作壓力》中查出，液氯鋼瓶的公稱工作壓力為2MPa（表壓）。

按上述規(guī)定要求，液氯鋼瓶在充裝、儲存、運輸及使用中的環(huán)境溫度必需≤60℃。同時在規(guī)程第64條表5《低壓液化氣體的充裝系數(shù)》中又明確規(guī)定了液氯鋼瓶的充裝系數(shù)≤1.25kg/L。這個充裝系數(shù)等于液氯在60℃時飽和液體密謀的95％～98％。依據(jù)計算，當充裝系數(shù)等于1.25kg/L，液氯溫度在68.8℃時，鋼瓶內(nèi)的氣相空間將為零，此時液氯的飽和蒸氣壓為2MPa（表壓），已達到鋼瓶的公稱工作壓力，這時鋼瓶才會消失危急。由于鋼瓶的最高使用溫度在正常狀況下就是四周環(huán)境溫度，而四周環(huán)境溫度無特別狀況一般是不會超過60℃的。由此可見，只要嚴格按規(guī)定的充裝系數(shù)充裝液氯鋼瓶，確?？隙ú贿^量充裝，液氯鋼瓶是完全可以保證平安的。正常充裝后，鋼瓶內(nèi)液氯的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系如表1。表1液氯的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系

溫度（℃）-30-20-100102030405060飽和蒸氣壓（表壓MPa）0.130.190.270.380.520.670.861.111.411.76

二、液氯鋼瓶過量充裝后溫度上升時的壓力增量

液氯鋼瓶過量充裝是指往鋼瓶內(nèi)充裝的液氯超過了為鋼瓶規(guī)定的充裝系數(shù)，并且是指液氯鋼瓶的容積已全部被液相氯布滿。當儲存、運輸及使用時的環(huán)境溫度高于充裝現(xiàn)場溫度時，液相氯的比容相應(yīng)增大，鋼瓶內(nèi)氯、液兩相平衡狀態(tài)遭到破壞，瓶內(nèi)液化氣體的壓力與溫度的關(guān)系不再是液氯的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系了。由于液相氯基本上是不行壓縮的，而體積膨脹卻很大，所以，當鋼瓶內(nèi)的全部空間被液相布滿時，溫度每上升1℃，液相氯比容的增大將導(dǎo)致鋼瓶內(nèi)壓力上升1～2MPa，溫度上升5～10℃，鋼瓶就會屈服變形，甚至?xí)l(fā)生爆炸。0.5t液氯鋼瓶超裝后的危急溫度如表2。表2

0.5t液氯鋼瓶超裝后的危急溫度

充裝量超裝量液氯膨脹后布滿鋼瓶時的溫度（℃）鋼瓶開頭屈服時的溫度（℃）（kg）（kg）50007879~81510106974~75520206667~68530305