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电解水氧气压缩站爆炸事故

l98455日,安徽省淮南市某日用化工厂发生了1次大爆炸,该厂面积247m2的氧气压缩站(平房,砖混结构)被炸成一片废墟,2名操作工受重伤,1辆运送氧气瓶的载重卡车被爆炸落物砸毁。笔者参加了此次爆炸事故的全程调查分析,历时近4个月,终于完整的揭示了爆炸的起因、爆炸源和起爆点,圆满地完成了调查任务。

1 现场收集证据,查明爆炸经过

爆炸发生后,省市立即组织了联合调查组进入现场,查找爆炸原因。

1.1 现场收集的主要证据

1)l5只爆炸高压氧气瓶的残骸,其中10只炸成碎片飞出,最远1只钢瓶碎片离爆心600m,重约6kg,其余5只被炸呈大开膛形面貌,也有部分碎片飞出。

2)13只氧气瓶被击穿,其中7只被击穿洞口呈规则圓形,外表似穿甲弹击穿钢板的弹孔形面貌,其余6只洞口不规则,洞口表面有被击凹陷,瓶内有击片残骸。

3)爆炸发生时氧压站内共有钢瓶400余只,其中超过半数为满瓶,其余为空瓶。使半数以上钢瓶被砸变形报废。

4)现场采集了数lO只钢瓶内的余气作气样分析,结果未发现爆鸣气体。

5)爆炸中心位于氧压站氧气充灌口汇流排一侧,混凝土地面炸出直径2.5m、深约0.8m的大坑一个,附近工作台上还有一个直径2m、深O.5m的坑。充灌工作台与氧压机隔离的防爆墙(40cm3m的钢筋水泥墙)被炸成碎块。

6)氧气压缩机虽被砸坏,经拆卸检查,未发现气缸及缸套间有润滑油泄入痕迹,但氧压机尾部缓冲罐(相当于l只厚壁无缝钢瓶)有明显胀粗(最大胀粗处直径增大20mm),出口接管的第一弯头处则被瞬间炸开熔断。

7)氧压站内50m3胶质氧气囊被炸成碎片飞散各处,有的碎片挂到附近的树上。

8)爆炸的气浪和震动很大,附近车间面朝氧压站一侧的玻璃全部碎裂落下,离氧压站60m外的两排平房房顶震呈大波浪型。

9)现场查封了工厂的全部生产、检验、检修、实验记录和各种规章制度、操作规程等。

1.2 爆炸简要经过

该日化厂电解水工段原有2DY-24方型电解槽,电解水产物氢气是工厂的原料气,副产品氧气则以氧压站压缩瓶装后外售。19844月,工厂技改时在该工段新装了lDY-24圆型电解槽,同时将2台旧槽停产检修。53,检修结束,新槽也安装完毕。542台旧槽恢复运行,当日夜间开始产气供应。55凌晨,新槽通电试运行,上午气体分析合格,新旧槽并联产气,氢气进入工厂l000m3氢气贮柜,氧气则送入氧压站内50m3氧气囊。中午,氧压站开机灌装气瓶。首批灌满10只钢瓶(瓶内压力15MPa)后,气囊内压力下降,第二批只灌装5瓶。下午14时,瓶内压力灌至56MPa,因气囊内气体已快用完,灌装工将汇流排上灌装阀门大开,加速充灌,同时,操作工步入氧压机室,正准备前去切断氧压机电源时,突然发生了猛烈爆炸,该操作工身受重伤。

2 爆炸源的查找

根据现场收集的各种物证分析及对爆炸能量的大致推算,在排除了各种人为破坏因素后,调查组趋于认为只有氢氧混合的化学爆炸才可能具备如此大的破坏能量。调查转入寻查氢氧混合源的关键阶段。

技术分析小组反复查询了被毁坏的氧压站配管系统,确认氢氧混合不可能出在氧压站内,只有在电解水工艺过程中寻求答案。

2.1 剖析旧槽,找到氢氧混合源之一

小组在电解水工段对参加旧槽检修的人员进行了逐一调查,对其操作工艺及具体操作步骤都做了核对。经调查确认,该厂制定的旧槽检修工艺存在明显缺陷,只强调更换石棉胶垫,安装时须压紧防渗漏,而对检修中至关重要的电解室隔膜的安全检查及安装中电解室的方向等均未提及。实际操作中,隔膜拆下仅用水冲,刷子刷,眼睛看,没有明显的破损就安装。针对收集的实际情况分析,小组制定了拆解旧槽检查的详细方案,经检查发现:l#电解槽氢室与氧室隔膜装反了4块,隔膜破损,漏光检查不合格的达14块,从隔膜上部气液交界面的痕迹检查发现,隔膜上部有10%以上的气相空间。从物理化学原理知:水电解时氢气产出比氧气多l (体积比),氢室相应比氧室大l倍,氢压氧压才能平衡,隔膜才能起氢氧隔断作用。若安装错误,氢室小,氧室大,氢室内压高于氧室,氢必然会通过隔膜(钢网+石棉垫)渗进氧室,造成氢氧混合,更仰况上面还有10%以上气相空间,氢气渗透必然加剧。2#电解槽由厂方按本小组定的方法拆检,发现的问题比l#槽更甚,仅氢氧室装反的就有5块。

2.2 新槽管路分析,查出氢氧混合源二

根据新槽结构特点,且刚投用,小组把重点放在分析新槽配管系统的走向上,经与原设计图纸反复核对和现场查看,发现氢气的气液分离器出口接管安装错误,失去了一道安全水封,结果使部分氢气直接进入了氧气集气管中。

经分析小组反复测算,从3台电解槽正式向氧压站气囊进气的时间与产气数量推算,爆炸时氧气中氢氧混合比达l8%~24%之间,远远超过了氧氧混合的爆轰比例。

3 起爆点的分析与爆炸过程解释

找到爆炸源,调查工作仅完成一半,还需将起爆点找到,使调查分析结论趋于完整、爆炸过程解释合理。

3.1 查找起爆点

刚入爆炸现场时,笔者负责收集爆炸钢瓶残骸、残片等重要物证。当时发现了几块残片情况特殊,内壁表面颜色发黑,似有表面渗碳痕迹,但手摸不见游离碳。笔者曾提出做电镜分析,测定是否表面滲碳,若能确证,说明问题必然出在某1只爆炸钢瓶上。无奈因当时省内电镜稀缺,调查组无法支付此类昂贵试验费用,议案被否决。现场调查结束,氢氧混合源找到,调查报告写出来,回避了起爆点,只认为必然会产生爆炸。数月后一次偶然的机会,笔者见到l件极为宝贵的物证,反复推敲才使起爆点问题迎刃而解。淮南市劳动局劳动保护教育中心将日化厂爆炸事故物证收集起来作为展品,在展品中有1件调查当时未找到的物证:爆炸现场的氧气灌装汇流排残骸。这是爆炸发生后,工厂赶到现场救护的同志从废墟中救人时捡到的一段紫铜管,他们认为紫铜价值高就捡出收藏在工厂的1间化工研究室内,后来被市劳动局同志收集到作为展品。就在这件汇流排上l只灌装紫铜管口内侧,笔者发现内壁附着有游离碳,而其它各口则未见明显游离碳。此项发现恰证实了笔者先前的推测:爆炸前第二批充灌的5只钢瓶中1只瓶口粘了油脂,充灌结束前操作工大开充灌阀门,氢氧混合的爆呜气体高速充进瓶内,油脂与气流摩擦生热,很快超过了油脂的闪点,发生火花点燃了瓶内的爆呜气体,引发了这场大爆炸。由于爆炸发生时间极短,油脂燃烧不完全,在充灌紫铜管内壁附着了游离碳,而个别钢瓶残片上的黑色亦应该是瞬间高温高压作用下,游离碳在爆炸钢瓶内壁表面留下的渗碳痕迹。

3.2 爆炸过程解释

l)此次爆炸是由l只瓶嘴粘油脂的正在充灌的钢瓶爆炸而诱发的连锁爆炸。

2)其他4只同时充灌未满的钢瓶和氧压机缓冲罐及连接管道爆炸,只因缓冲罐的壁厚比钢瓶大1(钢瓶壁厚6mm,缓冲罐壁厚12mm)且连接管路多处弯头炸开,泄压释放了爆炸能量,才使缓冲罐免于爆炸而只是瞬间胀粗。

3)第一批充满的10只钢瓶和气囊在前述爆炸的冲击波及强震动作用下引爆,所有连通的氧气管线也属此列,只因管路中爆鸣气量少,而后端皆已有爆口扩散释放压力幸而未引起电解槽爆炸的灾难性后果。但末端附近的10只钢瓶爆炸能量极大,地上一大坑,防爆墙的击碎,皆发于此力。由此可解释为10只钢瓶碎裂而5只开膛。

4)被击穿的钢瓶中有7只原是满瓶,瓶体被击破时瞬间高温使破门熔化,瓶内高压氧气即刻喷出,氧气助燃助熔,向外喷射,将破口瞬间就熔成圆洞,似穿甲弹打钢板。另6只是空瓶,瓶内尚有13MPa余气,虽能助熔,效果不佳,故碎片击打的凹坑依留,且碎片也打进瓶中存留。

5)由于连锁爆炸发生的时间极短,间隙也极短,故人们只听见一声轰响。

4 工厂管理中的漏洞

调查中发现工厂的管理漏洞极大,仅就本次爆炸事故而言,除前述检修电解槽的问题外,主要还有:

4.1 有章不循

工厂对电解水生产规定,每2h化验一次气体成分,主要为氢气、氧气纯度,而查历史生产记录和化验记录,一直未做到。即使做化验,氧气纯度也常是缺项。究其原因,氢气是本厂原料气,质量控制有要求,氧气是外售的,纯度化验做不做没关系。再查记录,本次3台槽先后开车运行,每台都仅做了氢气纯度测试合格就并网送气了(测试合格前是放空的),氧气则一次都没有做。到化验室检查,发现测氧仪是因某次采集了爆呜气,测试中已经炸坏,就干脆不做测氧实验,免得把化验员炸伤。结果是失去了最后关口保护,氧压站发生了爆炸,造成了人员和财产方而损失。

4.2 技术不精

工厂重大技改项目验收,连配管错误这样的致命缺陷都无人能把关,却忙于试车交验,结果引发了爆炸这种严重事故。

5 结束语

淮南的这次爆炸事故已过去18年,调查的历程仍清晰在目,笔者认为至少有几点应子总结的。

1)事故调查,特别是爆炸事故调查是一项非常艰巨而细致的工作,收集证据不放过任何一个疑点,追踪到底才能找到事故的真相。

2)调查中会触及各方面利益,人为阻力极大,应设法排除各方阻力,才能有所作为。

3)调查组中应有实际操作经验丰富的人,丰富经验使调查少走弯路。

4)必须遵循工厂的生产安全管理制度,这是前人经验和教训的总结。

5)技术改造,必须有依据。掌握技术改造的特点、内容。

6)电解水制氢气和氧气,危险性高,应循章操作,保证安全。

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