氢气瓶爆炸原理及其防范措施探讨.pdf

第2 8 卷第1 期 2 0 1 1 年3 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．2 8N o ．1 M a r ．2 0 1 l D O I 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 1 ．0 1 ．0 3 3 氢气瓶爆炸原理及其防范措施探讨 赵英汉1 ，金浩2 1 ．武汉公安局治安管理处，武汉4 3 0 0 2 3 ；2 ．湖北省化工协会，武汉4 3 0 0 6 0 摘要通过对一起氢气瓶爆炸事故处理，总结了处置潜在爆炸危险气瓶的成功方案，应用事故树分析方 法，结合生产装置实际情况和前后爆炸的3 只气瓶，探讨分析了引起氢气瓶爆炸的直接原因，有针对性的提 出了防止同类事故发生的措施。 关键词危险气瓶处置；原因分析；防范措施 中图分类号T B 6 5 7 ．8文献标识码B文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 1 0 1 0 1 1 6 0 3 D i s c u s s i o nS t u d yo nt h eP r i n c i p l e sa n dP r e v e n t i v e M e a s u r e so fH y d r o g e nC y l i n d e rE x p l o s i o n Z H A OY i n g h a n l ，J I NH a 0 2 1 ．P u b l i cS e c u r i t yM a n a g e m e n tS e r v i c eo fW u h a nM u n i c i p a lP u b l i cS e c u r i t yB u r e a u ，W u h a n 4 3 0 0 2 3 ，C h i n a ；2 ．H u b e iP r o v i n c eC h e m i c a lI n d u s t r yA s s o c i a t i o n ，W u h a n4 3 0 0 6 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h i sp a p e rs u m m a r i z e ss u c c e s s f u ls o l u t i o n st od e a lw i t he x p l o s i v eo nh a z a r d o u sc y l i n d e r sf r o ma c a g e o fh y d r o g e nc y l i n d e re x p l o s i o n ．U s i n gt h ef a u l tt r e ea n a l y t i c a lm e t h o d g r A ，t h ed i r e c tc a u s e so ft h ee x p l o s i o nb y c o n s i d e r i n gt h ea c t u a lc o n d i t i o no ft h ep r o d u c t i o ne q u i p m e n ta n dt h r e ec y l i n d e r sw h i c he x p l o d e ds u c c e s s i v e l ya n d p 州d e sm e 够u r e st op r e v e n ts i m i l a ra c c i d e n t sa c c o 耐i n 西y ． K e yw o r d s d i s p o s a lo fh a z a r d o u sc y l i n d e r ；c a u s ea n a l y s i s ；p r e v e n t i v em e a s u r e s 2 0 0 7 年1 2 月1 6 日，武汉某大酒店正为庆典活 动作准备，在为放飞气球充氢气时，冈4 打开的1 个氢 气瓶突然发生爆炸。事故发生后，市质监、市安监、 公安等部门正在调查处理事故的过程中，同日下午 该气瓶气体充装单位湖北海基气体有限责任公司在 排放l 瓶氢气时又发生了气瓶爆炸，两起事故共造 成三死二伤。 收稿日期2 0 1 0 0 8 3 0 作者简介赵英汉 1 9 7 2 一 ，男，武汉公安局二级警督，国家注册安 全工程师。武汉市政府危化专家组成员，从事民爆、剧毒危 险化学品、放射性物质公共安全管理及科研工作， E m a i l z y h a 3 8 3 1 6 3 ．c o r n 。 通讯作者金浩 1 9 6 2 一 ，男，湖北省化工协会副秘书长，原葛化 集团高级工程师，省安监局危化专家组成员．从事剧毒危 险化学品安全管理及科研工作， E ．m a i l k m 9 9 0 0 2 0 0 3 y a h o o ．e o m 。 1 事故经过 2 0 0 7 年1 2 月1 6E l7 时许，1 辆轻型车载有4 只 容积为4 0L 的氢气瓶，驶入武汉某大酒店侧门，车 停稳后下来一年轻人，准备为其庆典活动充氢气球， 当打开氢气瓶阀不一会，发生了一声巨响，爆炸气浪 将当事人抛离现场，车辆被掀翻，另几只气瓶被掀出 车外，瓶体完好，爆炸的1 只气瓶呈麻花状，现场一 片狼迹。爆炸致使一死一伤。事故发生后，有关部 门迅速查清了气瓶来源，及时对气体生产充装单位 进行了查封，但下午1 7 时3 0 许，生产单位湖北海基 气体有限责任公司又1 瓶氢气发生了爆炸，爆炸的 气浪将气瓶间的屋瓦全部冲翻，2 0m 外2 层楼迎面 窗玻璃震破，爆炸气瓶呈扭曲麻花状，爆炸造成现场 二死一伤。 万方数据 第2 8 卷第1 期赵英汉，金浩氢气瓶爆炸原理及其防范措施探讨 1 1 7 2 事故处置 2 ．1 封存实瓶防止事态扩大 事故发生引起政府各级领导高度重视，市政府 立即召开联席会议，专家初步判断可能是瓶内气体 不纯的情况下，排放气体时产生的引爆能引发的爆 炸。当务之急是查封该生产装置生产充装的气瓶， 决不能再发生爆炸事故。为防止事态扩大，经核实， 除充装单位库存的2 4 8 只氢气瓶外，已销售还未使 用的氢气瓶有2 6 8 只，涉市内外用户6 个。为防止 潜在爆炸气瓶再次发生事故，会议决定一是在新闻 媒体上登载了安全警示公告，要求该气体单位用户 立即停止使用，二是由质监部门迅速采取了行动，集 中力量，组织了6 个执法小组，分赴气瓶存放单位就 地实施了封存，并告诫用户不得使用或随意搬动。 2 ．2 分析原因、确定处置方案 调查核实，该气体充装单位采用的是电解水制 氢工艺。从爆炸气瓶破坏形式和爆炸现象分析，可 以初步断定是瓶内氢气体内混有氧气发生化学爆炸 所致。 化学爆炸发生的必备条件是瓶内气体达到了爆 炸极限，排放时，在瓶口处遇到足够的引爆能就会发 生爆炸。从当天前后爆炸的2 只气瓶分析判断，不 是个别气瓶混有不纯气体的问题，不排除是由生产 装置存在的缺陷造成氢气纯度达不到安全控制指标 的问题。 若生产装置造成充入瓶内气体不纯，在装置出 现问题后生产的一批实瓶都存在事故隐患，由于生 产单位客观条件限制，装置出现问题的时段一时难 以确定。本着对社会负责的态度，必须迅速采取安 全措施，安全处置好剩余实瓶。 针对处置潜在危险氢气瓶气体泄放时爆炸伤害 问题，专家们先后提出了枪击、爆破、排气等3 种方 案，经历数天的论证和试验，枪击方案因防护条件不 足被否定；爆破方案在试爆销毁时发现所需安全距 离没有足够保证且危险性进一步增加；在充分考虑 防止和消除排气时产生的引爆能和保证现场处理人 员安全的前提下，最终确定选用排气方案。 2 ．3 完善措施、确保万无一失 从瓶体爆炸原因分析初步得出瓶体内疑为混合 性爆炸气体，为防止气瓶排气过程中发生爆炸或伤 人，研究制定的主要处理对策有 1 及时导除静电，防止引爆能产生 高速排放或有杂质的气体与瓶阀会产生摩擦静 电能，因此首先要求排气速度要缓慢，加设减压阀控 制流量，同时在瓶架旁设置打入地面2l r l 多深的静 电接地桩，要求接地电阻不大于1 0Q 。每次排气 前，将导除静电的铜质静电夹夹住铜质的瓶阀出口 处，以利排除可能产生的静电电荷。 2 运用远程控制，保证人员安全 在瓶阀中心杆上套一字形固定扳手，由固定在 减速机输出轴上的拨叉扭动一字形固定扳手，从而 转动瓶阀中心杆 通常所说的机械手 。为防止一 字形固定扳手自然脱离阀杆，采取2 个措施第一， 瓶架板稍为斜放，瓶头稍为斜上方向；第二，一字形 固定扳手的上面与拨叉的下面保持小于一字形固定 扳手的高度的距离。 排气时电机、减速器与隐患气瓶处于同一瓶架 板上，而控制电机的电源闸刀、倒顺开关处于1 0 0r n 开外，通过电线连接。人员在1 0 0m 开外对电机实 行正转、反转、停止等操作。 3 掩蔽保护，防止飞物危害 为保证排气过程中万一气瓶爆炸也不至于伤人 和物，处置场地选在某特大型工程在建场地。场地 周围7 0 0m 范围内无重要设施和建筑物，销毁场内 设置了处置掩体坑。掩体坑长为3 ．0m ，顶部宽 2 ．5m ，深2 ．5 3 ．0m ，沿坑的两长边用竹跳板支 护，以防坑壁塌落，坑面铺盖钢板网，防止飞溅物。 4 实时监控现场，掌握现场动态 为安全考虑，排气时人员不得靠近现场，为掌握 排气实施过程，采取了高分辨率且能传声、有摄像记 录的防爆摄像头，摄像头可以转动角度，操作人员在 离开排气点1 0 0m 处，通过视听系统，可以看到和听 到现场发生的一切，有形有声，操作起来非常安心。 5 加强人员管理，保证措施有效 严格操作环节和加强现场监督是保证处置安全 重要环节，1 ～4d 按以上措施操作，每瓶排气时间 进行严格控制，排气设备和监控系统运转正常，排气 进行到第4 天，4 号坑的氢气瓶打开后，操作人发现 该氢气瓶的表压只有十几k g ，因前几天排气工作中 未遇到过空瓶现象，判断气阀未打开或压力表有问 题，就将气阀关闭，重新启动，在重新启动气阀 3 4s 后气瓶发生了爆炸。 整个排气过程历时十余天，除排气过程中遇到 1 只气瓶爆炸外，还遇到轴杆连接片断裂、电机与减 速器的连接销滑出等小问题，因准备充分，最终所有 潜在爆炸危险的氢气瓶都得到安全处置。 3 氢气瓶爆炸原因探讨 3 ．1 生产装置工艺简介 该装置为D Y 2 4 型电解槽，设计压力常压，设 万方数据 1 1 8爆破 2 0 1 1 年3 月 计温度8 5 ℃，生产能力氢2 4m 3 ／h ；氧1 2m 3 ／h 。 其原理是当直流电作用于电解槽内的电解质时，将 水分解为氢气和氧气。 电解槽进出口通过管道与气液分离器、碱液冷 却箱连接，连接管道上有进出水管与补水长箱相通， 作补充电解液和加水用。端板上有正、负直流电源 接头，氢、氧室是通过石棉隔膜布分隔，它能被电解 液润湿，使溶液中的离子能顺利通过，而气体不能透 过。工作时电极板阴极一侧产生氢气，阳极一侧产 生氧气，并分别进入各自的气液分离器进行气体与 液体分离，在电流极性接线正确、隔膜布完好情况 下，氢气、氧气纯度是稳定的。 经过气水分离，纯度达标的氢气经气柜缓冲后 经压缩机增压，通过充装分配台进入氢气瓶。 3 ．2 气瓶爆炸原因分析 由氢气瓶爆炸F T A 分析可知，造成气瓶爆炸的 原因有物理眭爆炸和化学性爆炸．从事故现场勘察 可知，气瓶爆炸前没有明显的鼓包变形，残片也未见 物理性变形减薄撕口泄压的痕迹特征，装置也不存 在超压充装的可能性，事故现场没有温度突变的现 象，爆炸过程是瞬间完成，爆炸冲击波的威力也远远 超过l 瓶气体物理爆炸的能量，因此可以排除物理 性爆炸的可能。 从爆炸的气瓶非初次充装瓶，不存在新瓶带空 气的可能，现场核实也没有将氧气瓶错当氢气瓶充 装的现象，而从发生同样爆炸气瓶已非个案瓶判断， 可以排除是将存有氧气 或空气 气瓶充装氢气后 形成爆炸性混合气体的可能。 从现场调查发现，该生产装置运行管理存在一 些缺陷，运行中的如果电解槽隔膜损坏、操作控制不 当，电解槽的石棉隔膜布的不能透过气体的作用就 会丧失，氧气就有可能渗入氢气系统；若电解槽维护 不当，发生“寄生电解”现象，就会直接造成氢气纯 度降低；在线分析不完好，中控分析落实不力，氢气 纯度不达标的隐患不能及时消除等。当含氧超标的 氢气体充人气瓶时，因充装机匹配控制进气速度，系 统全部金属连接，接地良好，足够的引爆能难以形 成。而在气体排放过程中，由于单个气瓶是孤立的， 高速气体冲出瓶口时产生静电能，氢气的引爆能只 需0 ．0 1 9m J ，当燃烧的气体处于爆炸混合范围时， 爆炸即刻就会发生。 从事故处置排气过程中又有1 瓶氢气爆炸的事 实，进一步确定了氢气中含氧不是个别气瓶的问题。 因此，可以认为生产装置中存在缺陷致使生产 的氢气含氧超标，不合格的氢气充入气瓶后，在打开 瓶阀释放氢气的过程时，高速冲出的气体摩擦瓶阀 产生静电，引燃了瓶内的混合易爆气体而发生了化 学性爆炸，是造成氢气瓶爆炸的直接原因。 4 事故教训及预防同类事故的措施 4 ．1 保证装置完好 新安装的电解槽气体纯度低的原因主要有石 棉隔膜布质量不符合要求或在安装时石棉隔膜布被 损坏，使气体相互渗透；隔膜框上的石棉隔膜布铆 反，使阴、阳极板与隔膜的距离发生变化，气体产生 压差而相互渗透，或者极板装反，主极板上的碱液孔 也可能使气体相互渗透；个别隔膜框的气体孔被堵， 造成气体相互渗透，使气体纯度降低。 电解槽运行一段时间后气体纯度低的原因主要 有极板与框架之间可能金属杂物的沉积或它们之 间的石棉橡胶垫失效而产生短路，使框架发生电化 反应产生气体。另外，由于金属杂物的沉积，使电解 槽内发生“寄生电解”，产生氢气和氧气。石棉隔膜 布因长期工作可能被损坏，有的因槽内有杂物产生 短路，产生高温或者阴、阳极板的撑脚大部分脱开而 产生局部高温把石棉布烧坏，使气体相互渗透；严重 的电化腐蚀时，造成电解池主极板穿孔。 4 ．2 严格操作控制 操作控制不当，也会造成气体纯度降低。电解 液浓度太低或电解液太脏；碱液循环量过大；送入电 解槽的直流电内含有交流电成分；电解小室进液孔 或出气孔被堵，或气体总出口、碱液循环系统被堵， 使气体产生压差面相互渗透。 4 ．3 加强中控分析 中控分析是化工生产眼睛，可以及时发现解决 问题，按规范要求，采用水电解法生产氢气和氧气 时，必须在氢气的管道上设置分析氢中氧含量的自 动分析仪器或在氧气的管道上设置分析氧中氢含量 的自动分析仪器；氢、氧纯度分析室内的环境温度应 不低于1 5 ℃；采用水电解法生产氢气时，设备运行 过程中，氢气和氧气纯度分析每日不少于3 次。 4 ．4 严格执行充装规定 严格充装前对钢瓶的检查，气瓶必须是具有 “气瓶制造许可证”的企业生产的产品；气瓶应定期 检验，且不得超过有效期；瓶外表面的颜色标志要符 合规定；瓶阀的出口螺纹要与所装气体的规定螺纹 相符；外表面应无裂纹、严重腐蚀、明显变形及其它 严重损伤的缺陷；新瓶首次充装前一定进行抽空处 理，严格落实气体八不充装的规定。 本刊如有印刷装订质量问题，请将原杂志寄回编辑部，由本刊负责调换。 万方数据