一起甲醇?xì)怏w混合物爆炸火災(zāi)事故調(diào)查研究

陳婕 唐爾薩

摘要：

本文歸納了目前國(guó)內(nèi)外甲醇?xì)怏w爆炸火災(zāi)事故研究現(xiàn)狀，分析了甲醇爆炸火災(zāi)事故可能的引發(fā)原因。以一起甲醇爆炸火災(zāi)事故為例，介紹甲醇爆炸事故調(diào)查方法、流程，總結(jié)甲醇爆炸火災(zāi)事故調(diào)查應(yīng)注意的重點(diǎn)，為今后此類(lèi)事故的原因調(diào)查提供參考。

關(guān)鍵詞：爆炸；火災(zāi)；火災(zāi)原因調(diào)查；甲醇泄漏

甲醇爆炸火災(zāi)一般表現(xiàn)出威力大、破壞范圍廣、爆炸后引起大面積燃燒的特點(diǎn)，因其燃燒范圍廣、炸點(diǎn)中心痕跡不明顯，導(dǎo)致火災(zāi)調(diào)查人員難以通過(guò)痕跡特征判斷起火部位和起火點(diǎn)，又由于其混合體爆炸極限范圍廣，點(diǎn)火能量低（在蒸汽狀態(tài)下和空氣接觸，爆炸限值在6%～36.5%之間[1]，最小點(diǎn)火能量為0.215mJ），明火、機(jī)械火星、電氣設(shè)備火花、靜電火花放電、金屬撞擊火花等具有的微小能量均可引發(fā)甲醇蒸氣與空氣的混合氣體爆炸，故此類(lèi)事故的原因調(diào)查工作存在一定難度。

一、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

臧小為、虞浩、呂啟申等研究發(fā)現(xiàn)液體甲醇在常溫常壓環(huán)境儲(chǔ)存、運(yùn)輸途中，泄漏時(shí)會(huì)在泄漏點(diǎn)直接形成甲醇噴霧液滴，并非蒸汽狀態(tài)。受限的空間內(nèi)噴射壓力及甲醇霧滴濃度越大，其顆粒直徑（索太爾平均直徑）越大，泄漏點(diǎn)噴射壓力增大容易使甲醇霧滴破碎成微小液滴，致使其爆炸極限范圍更寬。在正常大氣壓下，受限空間內(nèi)小粒徑液滴狀態(tài)的甲醇在外界能量作用下更易被點(diǎn)燃，且爆炸過(guò)程中瞬態(tài)物理化學(xué)反應(yīng)更加迅速和劇烈[2]。王雅茹通過(guò)EIApro風(fēng)險(xiǎn)源強(qiáng)模型軟件模擬出甲醇儲(chǔ)罐發(fā)生1-50㎜直徑小孔泄漏時(shí)，在不同裂口面積下的甲醇液體泄漏速率為0.111-5.59kg/s，在甲醇儲(chǔ)罐小孔泄漏環(huán)境應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)處置時(shí)，在未發(fā)生火災(zāi)或爆炸時(shí)建議警戒范圍為170m，進(jìn)入事故影響范圍內(nèi)的處置人員應(yīng)佩戴呼吸防護(hù)器[3]。Y Chang，J Lee，J Chen等通過(guò)甲醇與其他可燃?xì)怏w的混合物爆炸極限實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)甲醇的含量越高，爆炸極限范圍越大，混合氣體越危險(xiǎn)[4]。Maria Mitu和Elisabeth Brandes通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了初始溫度、密閉容器壓力、空氣混合比例對(duì)甲醇和空氣混合物在密閉容器中的爆炸極限范圍的影響[5]。Khizer Saeed通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了初始溫度、密閉容器壓力、空氣混合比例對(duì)甲醇和空氣混合物在密閉容器中的爆炸極限范圍的影響，發(fā)現(xiàn)最大爆炸壓力與初始?jí)毫Υ嬖诰€性關(guān)系，最大壓力上升速率隨初始?jí)毫υ黾佣黾?，隨初始溫度的增加而降低[6]。Van Wingerden和Kees通過(guò)機(jī)械火花對(duì)可燃?xì)怏w、粉塵的引燃能力研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)產(chǎn)生機(jī)械火花的金屬表面接觸速度超過(guò)6M/s或接觸壓力超過(guò)1.5n/mm時(shí)，機(jī)械火花溫度可達(dá)1000℃以上；鐵和花崗巖小顆粒的小角度碰撞的能量達(dá)到3.4J，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)甲醇蒸汽的最小起爆能量0.215mJ[7]。

二、可能的引發(fā)原因

甲醇爆炸起火的直接誘因大多數(shù)是甲醇?xì)怏w泄漏，短時(shí)間內(nèi)與空氣等助燃?xì)怏w混合，濃度達(dá)爆炸極限范圍后形成易爆混合氣體，遇明火、機(jī)械火星、電氣設(shè)備火花、靜電火花放電、金屬撞擊火花等火源發(fā)生爆炸、燃燒。因此，調(diào)查甲醇爆炸火災(zāi)事故原因的首要任務(wù)是查明甲醇儲(chǔ)存裝置是否有泄漏，泄漏的方式、原因、部位在哪里。

（一）儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備等存儲(chǔ)容器材料強(qiáng)度降低

甲醇儲(chǔ)罐、轉(zhuǎn)運(yùn)罐等由于腐蝕、摩擦、反復(fù)應(yīng)力作用或環(huán)境溫度劇烈變化而導(dǎo)致材料強(qiáng)度降低，或由于各種震源作用、地基下沉、運(yùn)輸車(chē)輛故障或撞擊等因素，使得存儲(chǔ)的甲醇液體泄漏，由于其易揮發(fā)的特性，可迅速在泄漏處與空氣混合形成爆炸性氣體，遇火源燃燒、爆炸。

（二）存儲(chǔ)甲醇物態(tài)變化

由于氣壓、環(huán)境溫度變化，甲醇液體發(fā)生體積膨脹、蒸汽壓上升，或揮發(fā)出氣體等物態(tài)變化使存儲(chǔ)容器內(nèi)壓上升，引起容器爆炸，導(dǎo)致甲醇大量泄漏，進(jìn)而引發(fā)甲醇液體燃燒或揮發(fā)甲醇?xì)怏w燃燒、爆炸。

（三）閥門(mén)、管件、蓋孔等零配件失效

由于人為操作不當(dāng)或油泵、氣泵螺栓等零配件松動(dòng)，造成氣態(tài)或液態(tài)甲醇少量泄漏，在有限空間內(nèi)與空氣混合聚集，遇靜電、機(jī)械火花或電弧等弱火源爆炸。特殊條件下由于外界空氣動(dòng)力原因也可能造成儲(chǔ)罐固定螺栓松動(dòng)導(dǎo)致氣體泄漏遇靜電起火爆炸，如2014年6月某日，一載有返空甲醇儲(chǔ)罐的列車(chē)行駛至隧道內(nèi)，由于列車(chē)通過(guò)隧道引起空氣壓縮波和膨脹波相互交疊，出現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)空氣造成罐體頂部固定螺栓松動(dòng)，溢出的甲醇空氣混合氣體與機(jī)車(chē)表面火花相遇形成爆燃[8]。

三、火災(zāi)案例

（一）基本情況

某日20時(shí)，某市A公司廠區(qū)內(nèi)發(fā)生一起爆炸引發(fā)火災(zāi)的事故，過(guò)火面積約600平方米，燒毀廠房及存放日雜干貨等，直接經(jīng)濟(jì)損失400余萬(wàn)元。案發(fā)當(dāng)晚20時(shí)8分許，甲醇裝卸操作員張某使用電動(dòng)泵和導(dǎo)料管將停在附近的甲醇槽車(chē)內(nèi)甲醇溶液分裝進(jìn)幾個(gè)塑料桶。在分裝過(guò)程中，位于電動(dòng)泵頂部的出液口處發(fā)生甲醇泄漏，張某和另一操作員對(duì)電動(dòng)泵出液口泄漏進(jìn)行堵漏處理，處理完畢后再次進(jìn)行甲醇分裝，隨即發(fā)生事故。事故發(fā)生后，廖某、張某二人未控制火勢(shì)迅速撤離倉(cāng)庫(kù)，火勢(shì)順?biāo)芰瞎艿廊紵敛圮?chē)車(chē)身，另一操作員見(jiàn)狀后立即關(guān)閉槽車(chē)閥門(mén)并要求張某將槽車(chē)駕離，張某駕駛槽車(chē)向廠大門(mén)行駛約三十米距離便發(fā)現(xiàn)車(chē)輛無(wú)法繼續(xù)駕駛，隨即所有人撤離廠區(qū)。20時(shí)30分許，二人通撥打119、110報(bào)警。

（二）場(chǎng)所概況

A公司廠區(qū)內(nèi)有磚混、鋼結(jié)構(gòu)建筑共8棟，總建筑面積約15000平方米。其中東北角的橫向、縱向兩處建筑是本案爆炸起火建筑，為鋼結(jié)構(gòu)，地上1層，原用途為廠房，使用者當(dāng)倉(cāng)庫(kù)使用，儲(chǔ)存甲醇、鹽酸等危險(xiǎn)化學(xué)物品及爐用燃?xì)夤蕖⒐腆w酒精等物品，不定期進(jìn)行裝卸、運(yùn)輸出庫(kù)，事故現(xiàn)場(chǎng)局部鳥(niǎo)瞰照如圖1所示。

（三）火災(zāi)原因認(rèn)定

1.爆炸發(fā)生時(shí)間認(rèn)定

接警記錄顯示，當(dāng)日20時(shí)32分，消防救援支隊(duì)119指揮中心接到報(bào)警，根據(jù)第一報(bào)警人陳述，20時(shí)30分許，她聽(tīng)見(jiàn)外面有人大呼小叫，出門(mén)看到隔壁廠房里兩個(gè)桶頂上面有半米高的火苗，罐裝車(chē)的右后方排氣尾部大約有20厘米的火苗。相鄰5號(hào)建筑員工陳述，發(fā)生事故后，他喊人指揮槽車(chē)駕駛員把槽車(chē)挪開(kāi)，結(jié)合槽車(chē)行車(chē)記錄儀后臺(tái)啟停時(shí)間及視頻，發(fā)現(xiàn)行車(chē)記錄儀啟動(dòng)時(shí)間為2022年4月19日20時(shí)32分許。綜上，認(rèn)定事故發(fā)生時(shí)間為2022年4月19日20時(shí)30分許。

2.爆炸部位認(rèn)定

根據(jù)事故現(xiàn)場(chǎng)局部鳥(niǎo)瞰照可以看出，北側(cè)建筑西端頂棚有2處不規(guī)則洞口，頂棚部分鐵皮外翻，現(xiàn)場(chǎng)痕跡顯示火勢(shì)由該廠房向東西兩側(cè)及南向蔓延；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)，靠近北側(cè)廠房西側(cè)大門(mén)口處殘留的電動(dòng)泵電機(jī)散熱罩脫落，進(jìn)液口、出液口螺紋接口脫落，散落在相鄰約1.5米范圍內(nèi)的地面。電動(dòng)泵及其周?chē)孛嫠嗷覍硬糠直褎兟洌植课恢糜袩?，且存在結(jié)炭痕，未被塑料熔融物遮蓋區(qū)域地面可見(jiàn)明顯反色流淌火痕跡?？梢?jiàn)電動(dòng)泵所在位置符合爆炸中心點(diǎn)痕跡特征。

3.爆炸原因認(rèn)定

專(zhuān)項(xiàng)勘驗(yàn)中，調(diào)查人員對(duì)電動(dòng)泵及導(dǎo)料管接口進(jìn)行拆解，發(fā)現(xiàn)該電動(dòng)泵泵體內(nèi)葉輪局部缺損，缺損口邊緣不規(guī)則，呈尖刺狀；泵體底部排液口螺絲炸裂；對(duì)導(dǎo)料管接口殘留物進(jìn)行勘驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該物證缺失部位邊緣不規(guī)則，呈尖刺狀，且局部外翻，符合爆炸特征。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)、走訪調(diào)查、重點(diǎn)詢問(wèn)和視頻綜合分析，事故原因?yàn)椴僮魅藛T在進(jìn)行甲醇分裝作業(yè)時(shí)，違反安全操作規(guī)程，未采用防爆電氣設(shè)備，未采取防靜電措施，直接使用非防爆電動(dòng)泵從甲醇槽車(chē)抽取甲醇分裝到塑料桶內(nèi)。在分裝作業(yè)過(guò)程中，位于電動(dòng)泵頂部的出液口連接處甲醇泄漏，在處理泄漏時(shí)，空氣進(jìn)入電動(dòng)泵葉輪腔內(nèi)，與甲醇蒸氣混合形成爆炸性氣體。在重新進(jìn)行分裝時(shí)，電動(dòng)泵在運(yùn)行過(guò)程中葉輪腔內(nèi)部火花引發(fā)葉輪腔內(nèi)甲醇與空氣的混合氣體爆炸，向周邊快速?lài)娚渎訑U(kuò)大，進(jìn)而引發(fā)相鄰存放的甲醇溶液及其他可燃物燃燒、爆炸。

四、啟示

（一）存在的不足

筆者通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)電動(dòng)泵的靜電措施關(guān)鍵在于能否提供一個(gè)真空的抽吸環(huán)境，從而杜絕空氣進(jìn)入腔體形成易爆炸的混合氣體。本案中引起爆炸的電動(dòng)泵不具備防靜電措施，在氣流伴有甲醇霧滴的情況下靜電火花也有引發(fā)其混合氣體爆炸的可能，但靜電火花無(wú)論在勘驗(yàn)中或詢問(wèn)走訪都難以找到痕跡物證或證人證言來(lái)證明其存在，且由于爆炸產(chǎn)生的沖擊波使得電動(dòng)泵殼體破損燒蝕，不能明確辨別殘留殼體上的撕裂痕跡是否存在機(jī)械碎片碰撞打火的痕跡。在原因分析中無(wú)法明確找出排除靜電引發(fā)葉輪腔內(nèi)甲醇蒸汽爆炸的依據(jù)和理由，因此無(wú)法徹底辨清引火源究竟是靜電火花還是機(jī)械打火，未能深入徹底查清起火原因。

（二）爆炸事故調(diào)查應(yīng)注意的重點(diǎn)

爆炸事故調(diào)查應(yīng)查明爆炸發(fā)生時(shí)間、事故性質(zhì)、爆炸類(lèi)別、炸點(diǎn)位置、爆炸物種類(lèi)及其理化性質(zhì)和來(lái)源、火源種類(lèi)、爆炸造成的后果以及爆炸與火災(zāi)的先后順序等。缺少任一環(huán)節(jié)都會(huì)導(dǎo)致事故調(diào)查結(jié)果發(fā)生偏頗甚至錯(cuò)誤，因此在調(diào)查初期就應(yīng)制定完善、充分的調(diào)查計(jì)劃和任務(wù)分工。

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