1 爆炸事故概況

　　某工廠一臺煤氣熔鋁爐在熔煉鋁合金時發(fā)生了爆炸事故。發(fā)生事故的班組采用半連續(xù)法鑄造鋁合金錠，在爐內(nèi)鋁液鑄完后既不降溫又不清理爐底殘液的情況下加料連續(xù)熔煉。在向爐內(nèi)加料時，加料車先將3A21(LF21)混高鎂鋁合金廢料壓包料一箱（1.5 t)倒在料倉內(nèi)，分成5槽加入爐內(nèi)，然后又將5A05(LF5)壓余殘料和1.48t鋁線分成4槽，第一、二槽都加在→一區(qū)，就在加第二槽是發(fā)生了爆炸事故。

　　正在加料作業(yè)的天車工面部、頸部、和雙手被爆炸時噴出的火焰嚴重燒傷；天車操作室25mm厚的有機擋風玻璃被爆炸所產(chǎn)生的沖擊波破斷為3塊，各控制器變形移位；煤氣爐爐拱和豎煙道拱全部塌陷；南側(cè)爐墻耐火磚與保溫磚分離，東南兩側(cè)爐殼鋼板外鼓變形，爐頭燒嘴移位，頂吹煤氣和空氣管道在一區(qū)上空的法蘭對接處段落，上爐殼拉筋抽落，煤氣支管道在一區(qū)的事故翻扳被撕裂；煤氣熔鋁爐廠房的窗框和玻璃全部都震壞，鄰近的其他建筑物和廠房均受到不同程度的損壞。

　　爆炸后的現(xiàn)場狀況是：兩個爐門全開著，煙道閘門處于提升狀態(tài)，加料天車在一區(qū)爐門前，料槽在爐內(nèi)處于斜翻。在一區(qū)爐門渣盤附近散落著崩出的7塊壓余殘料圓餅和幾根鋁線材，但無鋁液濺出痕跡。

　　2  事故原因分析

　　通常爆炸可分為物理爆炸和化學爆炸。物理爆炸是由于相態(tài)和壓力發(fā)生突變而形成的。如鋁液澆鑄時模具潮濕帶水引起的爆炸；化學爆炸是由于物質(zhì)發(fā)生極迅速的化學反應(yīng)，產(chǎn)生高溫、高壓而引起的爆炸，例如煤氣和天然氣等可燃氣體與空氣混合引起的爆炸?？扇蓟旌衔镔|(zhì)發(fā)生爆炸需具備的條件：（1）可燃混合物濃度處于爆炸濃度極限值內(nèi)；（2）有足夠的點火能量。

　　以TMT當量來表示本次事故爆炸沖擊波的破壞能量。用公式（1）^[1]進行計算：

　　U=1000（R/R'）³

　　式中：U--爆炸事故沖擊波的TNT當量，kg TNT；

　　R--破壞物與事故中心的距離，m；

　　R'--1000kg TNT地面爆炸實驗數(shù)據(jù)，m（參見表1）。

　　根據(jù)事故現(xiàn)場破壞情況及有關(guān)事故調(diào)查結(jié)果表明，距爆炸中心約113.4 m以內(nèi)發(fā)生“受壓窗戶大部分損壞”的情況、可知此次爆炸距爆炸中心113.4m處超壓在784kPa～980 kPa之間，由此確定：R=113.4m，R'=166m～144m之間由此確定：R＝I 13．4 m，R'＝l 66 m～144 m。

　　按公式（1）可得：

　　U_沖max=488.37kg TNT

　　U_沖min=318.8 kg TNT

　　按沖擊波能量占總爆炸能量90%計算，則此次事故的爆炸能量約為：

　　U _max＝U_沖max/0.9＝542.6 kg TNT

　　U _min＝U_沖min/0.9＝354 kg TNT

　　事故發(fā)生后，最初有人認為是由于物料潮濕含水、或是由于煤氣不完全燃燒引起的爆炸。但當時煤氣爐儀表記錄反應(yīng)出爆炸前1h煤氣和空氣的壓力、流量一直比較穩(wěn)定，沒有明顯波動，其比值符合工藝要求，爐膛內(nèi)不可能有過剩煤氣，故煤氣爆炸的條件不夠。因物料含水、工具潮濕在鋁熔煉過程中引起的爆炸放炮事故偶有發(fā)生，但從來沒有達到這么大的破壞力，且現(xiàn)場的爐門水套、爐前地面和加料車前體均沒有發(fā)現(xiàn)鋁液濺出的痕跡，與水在鋁液中過熱爆炸時鋁液飛濺的現(xiàn)象不符。爆炸時兩個爐門和煙道閘門都是打開的，因此，爐膛內(nèi)也不會發(fā)生水蒸氣超壓爆炸事故。由此基本上否定了因物料潮濕含水而引起這次爆炸的可能性。

　　對事故進一步分析調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由壓包機將鋁屑壓制而成的壓包中所含液體并不完全是水，實際上主要是壓包機所使用的潤滑油。對現(xiàn)場存留的碎屑取樣分析，其含油量為2.8％，若每個壓包按50 kg計算，則其含油量為1.4 kg，加入1.4 t的壓包含油總量約為39.2 kg。

　　汽油、柴油、煤油和各種潤滑油都是石油產(chǎn)品，它們都具有蒸發(fā)的特性，相比之下，潤滑油的閃點較高。有些人誤認為潤滑油點火都不易燃燒，它不可能發(fā)生爆炸。事實上潤滑油是屬于可燃液體，它遇火和氧化劑具有燃燒和爆炸的危險^[2]。壓包料中的潤滑油在煤氣熔鋁爐內(nèi)受高溫作用汽化為潤滑油蒸氣，一部分直接與爐內(nèi)的氧氣燃燒，另一部分以長碳鏈分子組成的潤滑油分子在近1000℃的高溫環(huán)境下裂解為短碳鏈的甲烷、乙烷、乙烯、丙烷和氫氣等可燃性氣體。

　　下面為熱裂化的一個實例過程，包括引發(fā)、增長、終止等階段。

　　引發(fā)階段：C₁₀H₂₂→·C₈H₁₇＋·C₂H₅

　　增長階段：·C₂H₅＋C₁₀H₂₂→C₂H₆＋C₁₀H₂₁

　　CH₃（CH₂）₆ CH₂CH₂CH₂·→CH₃（CH₂）₆CH₂·＋CH₂＝CH₂

　　CH₃（CH₂）₄CH₂CH₂·CH₂·→CH₃（CH₂）₄CH₂＋CH₂＝CH₂

　　CH₃（CH₂）₂CH₂CH₂CH₂·→CH₃（CH₂）₂CH₂·＋CH₂＝CH₂等

　　中止階段為：2H·→H₂

　　2CH₃→C₂H₆

　　CH₃·＋C₂H₅·C₃H₆或CH₄十C₂H₄

　　實驗表明，溫度越高則裂解速度越快。

　　表2為柴油、丁烷高溫下的裂解數(shù)據(jù)^[3]。
 

　　裂解產(chǎn)生的可燃性氣體、易燃的油蒸汽，一部分遇爐內(nèi)過剩空氣中的氧燃燒掉；另外一部分由煙道排至爐外；還有一部分由于存在渦流等復雜流動因素在爐膛內(nèi)聚集，在有空氣進入達到一定的濃度即爆炸極限就會發(fā)生爆炸，參見表3，
 

　　燃料的爆炸極限可用下面的公式^[5]進行計算：

　　l／L_下＝0.137×N_c＋0.04343

　　1／L_上＝0.137×N_c＋0.05151

　　式中：N_c--烴類化合物中碳原子的個數(shù)：

　　L--燃料爆炸極限

　　取潤滑油（30＃機油）的平均分子式為C₂₀H₄₀，按上式可計算出機油的爆炸極限為：

　　L_上＝3 .135％ ＝365.8g/m³

　　L_下＝0.3653％=42.6 g/m³

　　在爆炸極限狀態(tài)下，由于在加料是擾動、微負壓等因素的影響致使外界空氣混入，在煤氣火源的作用下發(fā)生了爆炸。

　　根據(jù)以上分析，加入爐內(nèi)壓包料中的機用潤滑油僅僅是其中一部分參與爆炸反應(yīng)。由于物質(zhì)爆炸極限和爆炸威力不是一個固定值，受一些條件和因素的影響。實驗表明，CH₄在流動狀態(tài)下會發(fā)生的爆炸強度是靜態(tài)下的9倍。另外，可燃氣體溫度高、表面積大、液體表面流速快、引爆能量高等因素，均可使爆炸極限范圍變得更寬、爆炸強度劇增，而當時的煤氣熔鋁爐完全具備了這些特殊條件。

　　經(jīng)過上述分析，可以推斷9#煤氣熔鋁爐具備下列三個爆炸條件：

　　可燃性物質(zhì)：來源于壓包料帶入的30#機油，在高溫環(huán)境下蒸發(fā)、裂解產(chǎn)生可燃性氣體。

　　氧氣：來源于當時爐內(nèi)過剩空氣（當時空氣與煤氣的比值為1.23：1，對照煤氣安全技術(shù)規(guī)程中規(guī)定的比值1.17：1，爐內(nèi)存在過剩的空氣）；另外一個氧氣來源是加料時帶入的空氣。

　　引爆能量：有較大流量的煤氣在爐內(nèi)燃燒，有明火又產(chǎn)生高溫。

　　上述三個條件導致了此次爆炸事故的發(fā)生。

　　3 建議和對策

　　人們對熔鋁爐鋁合金用的物料潮濕含水發(fā)生爆炸早有認識，可是對油氣爆炸的認識不夠，沒有意識到油分在一定條件下會產(chǎn)生巨大的爆炸威力。應(yīng)從以下幾方面采取措施，避免類似事故的重復發(fā)生。

　?。?） 對有關(guān)管理人員、崗位人員進行油類知識的培訓教育。

　　（2） 打包機嚴禁在漏油情況下工作，一旦漏油要逐級上報、立即停止作業(yè)、及時檢修和清理現(xiàn)場。

　　（3） 對油污嚴重的物料要單獨保管，采取用熱水沖洗、干燥等除油措施后方可進行熔煉。對和成本體物料要進行隨機抽樣破碎檢查，強化收料把關(guān)檢查的管理。

　　（4） 提高對爐子儀表系統(tǒng)的調(diào)控和煤氣質(zhì)量的要求，調(diào)整煤氣和空氣的流量比值必須在1：1.17，不得超過安全技術(shù)規(guī)程中規(guī)定的要求。