摘要：對(duì)某廠(chǎng)一起鋁熔煉爐加料時(shí)發(fā)生的爆炸事故進(jìn)行分析，結(jié)果表明這次爆炸是由混入可燃混合物發(fā)生裂解反應(yīng)，達(dá)到爆炸極限引起的化學(xué)爆炸，而不是因水瞬間過(guò)熱引起的物理爆炸。提出了防止此類(lèi)事故重復(fù)發(fā)生的措施和建議。
關(guān)鍵詞：鋁熔煉爐；爆炸事故；爆炸極限；原因；對(duì)策
1 爆炸事故概況
某工廠(chǎng)一臺(tái)煤氣熔鋁爐在熔煉鋁合金時(shí)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(shí)，加料車(chē)先將3A21(LF21)混高鎂鋁合金廢料壓包料一箱（1.5 t)倒在料倉(cāng)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(xiàn)分成4槽，靠前、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(chē)工面部、頸部、和雙手被爆炸時(shí)噴出的火焰嚴(yán)重?zé)齻?；天?chē)操作室25mm厚的有機(jī)擋風(fēng)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(duì)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(chǎng)房的窗框和玻璃全部都震壞，鄰近的其他建筑物和廠(chǎng)房均受到不同程度的損壞。
爆炸后的現(xiàn)場(chǎng)狀況是：兩個(gè)爐門(mén)全開(kāi)著，煙道閘門(mén)處于提升狀態(tài)，加料天車(chē)在一區(qū)爐門(mén)前，料槽在爐內(nèi)處于斜翻。在一區(qū)爐門(mén)渣盤(pán)附近散落著崩出的7塊壓余殘料圓餅和幾根鋁線(xiàn)材，但無(wú)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(xué)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(shí)模具潮濕帶水引起的爆炸；化學(xué)爆炸是由于物質(zhì)發(fā)生極迅速的化學(xué)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?xì)怏w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(diǎn)火能量。
以TMT當(dāng)量來(lái)表示本次事故爆炸沖擊波的破壞能量。用公式（1）[1]進(jìn)行計(jì)算：
U=1000（R/R'）3
式中：U--爆炸事故沖擊波的TNT當(dāng)量，kg TNT；
R--破壞物與事故中心的距離，m；
R'--1000kg TNT地面爆炸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，m（參見(jiàn)表1）。
根據(jù)事故現(xiàn)場(chǎng)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?xún)?nèi)發(fā)生“受壓窗戶(hù)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(jì)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，較初有人認(rèn)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(dāng)時(shí)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(méi)有明顯波動(dòng)，其比值符合工藝要求，爐膛內(nèi)不可能有過(guò)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(guò)程中引起的爆炸放炮事故偶有發(fā)生，但從來(lái)沒(méi)有達(dá)到這么大的破壞力，且現(xiàn)場(chǎng)的爐門(mén)水套、爐前地面和加料車(chē)前體均沒(méi)有發(fā)現(xiàn)鋁液濺出的痕跡，與水在鋁液中過(guò)熱爆炸時(shí)鋁液飛濺的現(xiàn)象不符。爆炸時(shí)兩個(gè)爐門(mén)和煙道閘門(mén)都是打開(kāi)的，因此，爐膛內(nèi)也不會(huì)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(duì)事故進(jìn)一步分析調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由壓包機(jī)將鋁屑壓制而成的壓包中所含液體并不完全是水，實(shí)際上主要是壓包機(jī)所使用的潤(rùn)滑油。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)存留的碎屑取樣分析，其含油量為2.8％，若每個(gè)壓包按50 kg計(jì)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(rùn)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(rùn)滑油的閃點(diǎn)較高。有些人誤認(rèn)為潤(rùn)滑油點(diǎn)火都不易燃燒，它不可能發(fā)生爆炸。事實(shí)上潤(rùn)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(xiǎn)[2]。壓包料中的潤(rùn)滑油在煤氣熔鋁爐內(nèi)受高溫作用汽化為潤(rùn)滑油蒸氣，一部分直接與爐內(nèi)的氧氣燃燒，另一部分以長(zhǎng)碳鏈分子組成的潤(rùn)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(gè)實(shí)例過(guò)程，包括引發(fā)、增長(zhǎng)、終止等階段。
引發(fā)階段：C10H22→·C8H17＋·C2H5
增長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)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(guò)?？諝庵械难跞紵簦涣硗庖徊糠钟蔁煹琅胖翣t外；還有一部分由于存在渦流等復(fù)雜流動(dòng)因素在爐膛內(nèi)聚集，在有空氣進(jìn)入達(dá)到一定的濃度即爆炸極限就會(huì)發(fā)生爆炸，參見(jiàn)表3，
燃料的爆炸極限可用下面的公式[5]進(jìn)行計(jì)算：
l／L下＝0.137×Nc＋0.04343
1／L上＝0.137×Nc＋0.05151
式中：Nc--烴類(lèi)化合物中碳原子的個(gè)數(shù)：
L--燃料爆炸極限
取潤(rùn)滑油（30＃機(jī)油）的平均分子式為C20H40，按上式可計(jì)算出機(jī)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(dòng)、微負(fù)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(jī)用潤(rùn)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(gè)固定值，受一些條件和因素的影響。實(shí)驗(yàn)表明，CH4在流動(dòng)狀態(tài)下會(huì)發(fā)生的爆炸強(qiáng)度是靜態(tài)下的9倍。另外，可燃?xì)怏w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(qiáng)度劇增，而當(dāng)時(shí)的煤氣熔鋁爐完全具備了這些特殊條件。
經(jīng)過(guò)上述分析，可以推斷9#煤氣熔鋁爐具備下列三個(gè)爆炸條件：
可燃性物質(zhì)：來(lái)源于壓包料帶入的30#機(jī)油，在高溫環(huán)境下蒸發(fā)、裂解產(chǎn)生可燃性氣體。
氧氣：來(lái)源于當(dāng)時(shí)爐內(nèi)過(guò)?？諝猓ó?dāng)時(shí)空氣與煤氣的比值為1.23：1，對(duì)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(guò)剩的空氣）；另外一個(gè)氧氣來(lái)源是加料時(shí)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(gè)條件導(dǎo)致了此次爆炸事故的發(fā)生。
3 建議和對(duì)策
人們對(duì)熔鋁爐鋁合金用的物料潮濕含水發(fā)生爆炸早有認(rèn)識(shí)，可是對(duì)油氣爆炸的認(rèn)識(shí)不夠，沒(méi)有意識(shí)到油分在一定條件下會(huì)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(lèi)似事故的重復(fù)發(fā)生。
?。?） 對(duì)有關(guān)管理人員、崗位人員進(jìn)行油類(lèi)知識(shí)的培訓(xùn)教育。
?。?） 打包機(jī)嚴(yán)禁在漏油情況下工作，一旦漏油要逐級(jí)上報(bào)、立即停止作業(yè)、及時(shí)檢修和清理現(xiàn)場(chǎng)。
?。?） 對(duì)油污嚴(yán)重的物料要單獨(dú)保管，采取用熱水沖洗、干燥等除油措施后方可進(jìn)行熔煉。對(duì)和成本體物料要進(jìn)行隨機(jī)抽樣破碎檢查，強(qiáng)化收料把關(guān)檢查的管理。
（4） 提高對(duì)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(guò)安全技術(shù)規(guī)程中規(guī)定的要求。
