基于氨制冷事故的摩菲定律分析
——熱力學第二定律的另一個表述

馬一太

基于氨制冷事故的摩菲定律分析
——熱力學第二定律的另一個表述

馬一太

專家介紹:馬一太,男,天津大學教授,博士生導師,享受國務院特殊津貼。長期從事制冷與熱泵節(jié)能技術、自然工質(zhì)應用技術、制冷與熱泵產(chǎn)品的能效標準和可再生能源應用研究?，F(xiàn)為中國制冷學會第八屆理事會學術委員會副主任,中國制冷空調(diào)工業(yè)協(xié)會技術委員會顧問。天津市制冷學會副理事長、天津市可再生能源學會理事長。

∶本文介紹被稱為熱力學第四定律的摩菲定律,其基本表述是,可能出錯的事情,就會出錯。文中用近年來發(fā)生的氨冷庫火災和氨泄漏等重大事故說明摩菲定律的普適性和重要性,并分析摩菲定律的本質(zhì)是熱力學第二定律孤立系統(tǒng)的嫡增原理。

0 前言

摩菲定律(Murphy's Law)是美國的一名工程師愛德華·摩菲(見圖1)在上世紀40年代一次火箭試驗事故后作出的著名論斷,也被人稱為摩菲定理,還有人把它稱為熱力學第四定律。摩菲定律主要內(nèi)容是:事情如果有變壞的可能,不管這種可能性有多小,它總會發(fā)生。

圖1 工程師愛德華·摩菲

摩菲定律的原句是這樣的:如果有兩種選擇,其中一種將導致災難,則必定有人會作出這種選擇。(If there are two or more ways to do something, and one of those ways can result in a catastrophe, then someone will do it.)摩菲定律最簡單的表達形式是:有可能出錯的事情,就會出錯。

這個定理在國外復雜工程和企業(yè)管理界有一定的知名度。而在我國,低水平的礦難、火災、氨泄漏屢屢發(fā)生,是對可能發(fā)生的錯誤缺乏足夠的認識,也屬于摩菲定律的內(nèi)容。

1 事實根據(jù)

熱力學定律都是大量事實的總結,摩菲定律也不例外。在歷史上同樣的故事不斷重演,如《阿房宮賦》中所說:秦人不暇自哀,而后人哀之;后人哀之而不鑒之,亦使后人而復哀后人也。在現(xiàn)實社會中,這種不斷出現(xiàn)的錯誤,人們不接受教訓,預示著偶然中的必然。

1.1 事故頻發(fā)的氨制冷

國家安監(jiān)總局發(fā)布了 2013年我國重特大事故查處情況:一共有 49起重特大事故。其中有幾起氨制冷重大事故,可以說,2013年是中國氨制冷的災難之年。

2013年6月3日早晨,吉林寶源豐禽業(yè)有限公司一場大火,121人命喪火海,76人重傷,損失極為慘重,教訓極為深刻。1999年寶源豐的老板己在吉林開源等地建廠,經(jīng)營范圍為肉食雞深加工、肉類食品加工和飼料制造。2008年,到德惠注冊寶源豐禽業(yè)有限公司,2010年底,該公司實現(xiàn)銷售收入2.3億元。但是,作為涉氨企業(yè),用易燃材料建設冷鏈車間,沒有防火措施,用造假方式對付安全檢查,對工人不進行安全教育,沒有逃生演習,工廠的大門在外面上鎖,沒有安全通道,一系列錯誤,最終釀成大禍。由于天價的索賠資金,涉案人員入獄,企業(yè)倒閉關門,給死難者家庭留下沉痛的災難?；馂那昂蟮膱鼍耙妶D2和圖3。

另兩起嚴重氨制冷事故是:2013年8月31日在上海翁牌冷藏實業(yè)有限公司發(fā)生重大氨泄漏事故,15人喪生;11月28日在山東乳山合和食品有限公司又發(fā)生液氨泄漏事故,7人喪生。兩次事故有一定相似性,都是因氨冷庫熱氨融霜操作不當,都是低壓管道封頭處有嚴重的焊接缺陷,都是管帽脫落引起大量氨泄漏造成。有關技術分析,有另一篇文章《氨冷庫熱氣融霜和液錘的探討》同時在本次?？习l(fā)表。

這幾起事故發(fā)生都印證了摩菲定律:有可能出錯的事情,就會出錯。冷庫的熱氨融霜是個技術要求高的操作,不僅有嚴格的操作規(guī)程,也對冷庫的設計、施工有嚴格要求。在這兩起氨泄漏事故中,都有私自改變設計流程、工程轉(zhuǎn)包無證上崗等違規(guī)行為,出錯的概率上升,造成嚴重后果。

圖2 吉林寶源豐數(shù)百工人在氨車間內(nèi)

圖3 吉林寶源豐氨冷鏈車間火災現(xiàn)場

1.2 損失慘痛的火災

大家還記得2010年11月15日上海靜安區(qū)教師公寓大火(見圖4)奪命58人。從表面上是電焊工無證上崗,引起易燃材料燃燒。但事情有如下深層次原因。

開發(fā)商看中了靜安區(qū)教師公寓的一片綠地,計劃蓋上樓房,因影響原有住戶的陽光,計劃遭到居民反對。為解決這一矛盾,與區(qū)政府聯(lián)合,用國家“節(jié)能減排”款項,對原來的公寓樓進行加裝保溫層改造。這樣,用政府的錢,既做了“節(jié)能減排”的政績,又能蓋出樓盤贏得利潤。

所用的保溫層是不阻燃的,盡管那幾年出現(xiàn)了很多阻燃級的保溫材料,但真正的施工材料,與送檢的樣品性能往往有天淵之別。

圖4 上海101115教師公寓火災

施工中沒有安全措施,并出現(xiàn)了層層轉(zhuǎn)包。對于可燃的材料,即使施工中不發(fā)生火災,在完工后若干年因意外引起火災的可能性也是很大的。這在2009年2月9日的央視大樓因燃放煙花引起火災(見圖5),2011年2月3日沈陽某酒店因燃放煙花引燃外墻表面裝飾材料引發(fā)的火災,都是保溫層竣工后發(fā)生的,可以說,用不阻燃的保溫材料,也包括去年發(fā)生在吉林寶源豐的冷庫大火,火災的發(fā)生只是時間問題,跑不出摩菲定律的規(guī)律。

美國早己有 20多個州禁止使用聚苯乙烯泡沫(EPS);英國18 m以上建筑不允許使用EPS板薄抹灰外墻保溫系統(tǒng);德國則規(guī)定22 m以上的建筑不允許使用該系統(tǒng)。很多保險公司禁止給EPS保溫的建筑進行保險。日本政府出臺法規(guī),耐燃燒性能低于酚醛泡沫的,不允許在公共建筑上使用。目前,巖棉和玻璃棉作為保溫材料,在國際市場被廣泛采用,巖棉耐高溫最高使用溫度能達到650 ℃,玻璃棉也可以達到 300 ℃。公安部 2011年有關通知規(guī)定,建筑物不得使用可燃(包括難燃)的保溫材料,高層建筑因保溫材料引起的火災得到有效的控制。

圖5 中央電視臺090209火災

然而,高速公路隧道的火災又趨上升趨勢。

2014年3月1日,山西晉濟高速巖后隧道內(nèi)兩輛甲醇車相撞導致甲醇泄漏爆炸,隧道堵塞,引起42臺車輛及1,500噸位煤炭燃燒,又引燃了一輛運輸液化天然氣的罐車,一系列貨物被引燃引爆。由于隧道內(nèi)滅火條件極差,大火燒了 73小時才被撲滅,缺氧、高溫造成31人遇難,9人失蹤(見圖6)。事后分析的事故原因是:1)隧道管理部門交錢放行,甲醇、天然氣等危險品隨意穿行;2)司機違規(guī)處置車禍,事后棄車逃跑;3)逃生通道關閉,消防龍頭不出水,等等。

實際上,這樣的長隧道,發(fā)生任何火災后果都是嚴重的。缺氧、煙霧都可置人于死地。如果讓易燃品、危險品運輸車輛進入長隧道,一旦發(fā)生火災,隧道變成“隧道窯”,中間是高能燃料在燃燒,因隧道多有傾斜度,隧道的低端提供充足的空氣,高端則是煙囪,中間可達一兩千攝氏度的高溫,可能造成隧道報廢?？梢哉f,如果允許危險品、易燃品槽罐車進入隧道,事故發(fā)生是早晚的事(見圖7)。

圖6 山西晉濟高速隧道火災現(xiàn)場

圖7 由于高溫隧道火災很難撲滅

目前,這次事故的調(diào)查報告己經(jīng)公布,責任人受到法律的制裁,有關的管理和技術漏洞也正在查處之中。

隨著高速公路的不斷發(fā)展,各地隧道火災事故頻發(fā),己廣泛引起人們的高度重視。2004年渝黔高速真武山隧道火災、2008年京珠高速公路廣東韶關段南行大寶山隧道火災等等事故,都造成了巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。

2 摩菲定律的本質(zhì)

摩菲定律實際是熱力學第二定律的體現(xiàn):孤立系統(tǒng)的嫡趨于最大值。

首先我們看看什么是孤立系統(tǒng)。熱力學的孤立系統(tǒng)是與外界沒有物質(zhì)和能量交換的系統(tǒng)。絕對的孤立系統(tǒng)在自然界是沒有的,但是有很多“準孤立系統(tǒng)”。所有相對較密閉的空間,包括地下室、礦井、隧道、冷庫、門窗密閉的房間、飛機機艙和火車的車廂等,都是準孤立系統(tǒng)。在這樣的空間內(nèi)一旦發(fā)生火災、煙霧、毒氣泄漏和缺氧等事故,后果就是生命的死亡,死亡就是最大的嫡增,是自發(fā)的、不可逆的。雖然有些事故并不以生命為代價,但同樣是損失巨大。面對準孤立系統(tǒng)的設計者、施工者和操作者,應該警鐘長鳴,一定要設計、建造和了解逃生通道、排煙通道和滅火系統(tǒng),防患于未然。

摩菲定律的內(nèi)容并不復雜,道理也很直白,如果沒有安全措施,有些事故的發(fā)生概率并不低,人們卻視而不見。它揭示了人們?yōu)槭裁床荒芎鲆曅「怕适录目茖W道理;揭示了安全管理的重要性,堅持預防為主的重要性。任何有可能發(fā)生危險的環(huán)節(jié),都不能大意。

國外工程界和管理界對摩菲定律早有重視,比較注重小概率事件。比如用事故樹的方法分析工程或技術中出現(xiàn)問題的概率是多少,如何預防。在我國對摩菲定律了解的人甚少,各種安全隱患沒得到足夠重視。實際上,少量的投資用于安全培訓和必要的安全設施,如建立安全通道和事故緊急指示裝置,就可避免群死群傷,避免企業(yè)倒閉,避免人財兩空。

3 結論

本文介紹在國外較為著名的摩菲定律,是熱力學第二定律的另一個表述方式。作者認為這個定律對于預防我國目前頻發(fā)的災難、事故,特別是氨制冷或冷庫火災等事故有重要意義。