1 爆炸事故概況

　　某工廠一臺煤氣熔鋁爐在熔煉鋁合金時發生了爆炸事故。發生事故的班組采用半連續法鑄造鋁合金錠，在爐內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熔煉。在向爐內加料時，加料車先將3A21(LF21)混高鎂鋁合金廢料壓包料一箱（1.5 t)倒在料倉內，分成5槽加入爐內，然后又將5A05(LF5)壓余殘料和1.48t鋁線分成4槽，第一、二槽都加在→一區，就在加第二槽是發生了爆炸事故。

　　正在加料作業的天車工面部、頸部、和雙手被爆炸時噴出的火焰嚴重燒傷；天車操作室25mm厚的有機擋風玻璃被爆炸所產生的沖擊波破斷為3塊，各控制器變形移位；煤氣爐爐拱和豎煙道拱全部塌陷；南側爐墻耐火磚與保溫磚分離，東南兩側爐殼鋼板外鼓變形，爐頭燒嘴移位，頂吹煤氣和空氣管道在一區上空的法蘭對接處段落，上爐殼拉筋抽落，煤氣支管道在一區的事故翻扳被撕裂；煤氣熔鋁爐廠房的窗框和玻璃全部都震壞，鄰近的其他建筑物和廠房均受到不同程度的損壞。

　　爆炸后的現場狀況是：兩個爐門全開著，煙道閘門處于提升狀態，加料天車在一區爐門前，料槽在爐內處于斜翻。在一區爐門渣盤附近散落著崩出的7塊壓余殘料圓餅和幾根鋁線材，但無鋁液濺出痕跡。

　　2  事故原因分析

　　通常爆炸可分為物理爆炸和化學爆炸。物理爆炸是由于相態和壓力發生突變而形成的。如鋁液澆鑄時模具潮濕帶水引起的爆炸；化學爆炸是由于物質發生極迅速的化學反應，產生高溫、高壓而引起的爆炸，例如煤氣和天然氣等可燃氣體與空氣混合引起的爆炸。可燃混合物質發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；（2）有足夠的點火能量。

　　以TMT當量來表示本次事故爆炸沖擊波的破壞能量。用公式（1）^[1]進行計算：

　　U=1000（R/R'）³

　　式中：U--爆炸事故沖擊波的TNT當量，kg TNT；

　　R--破壞物與事故中心的距離，m；

　　R'--1000kg TNT地面爆炸實驗數據，m（參見表1）。

　　根據事故現場破壞情況及有關事故調查結果表明，距爆炸中心約113.4 m以內發生“受壓窗戶大部分損壞”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

　　事故發生后，最初有人認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。但當時煤氣爐儀表記錄反應出爆炸前1h煤氣和空氣的壓力、流量一直比較穩定，沒有明顯波動，其比值符合工藝要求，爐膛內不可能有過剩煤氣，故煤氣爆炸的條件不夠。因物料含水、工具潮濕在鋁熔煉過程中引起的爆炸放炮事故偶有發生，但從來沒有達到這么大的破壞力，且現場的爐門水套、爐前地面和加料車前體均沒有發現鋁液濺出的痕跡，與水在鋁液中過熱爆炸時鋁液飛濺的現象不符。爆炸時兩個爐門和煙道閘門都是打開的，因此，爐膛內也不會發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。

　　對事故進一步分析調查發現，由壓包機將鋁屑壓制而成的壓包中所含液體并不完全是水，實際上主要是壓包機所使用的潤滑油。對現場存留的碎屑取樣分析，其含油量為2.8％，若每個壓包按50 kg計算，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、煤油和各種潤滑油都是石油產品，它們都具有蒸發的特性，相比之下，潤滑油的閃點較高。有些人誤認為潤滑油點火都不易燃燒，它不可能發生爆炸。事實上潤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^[2]。壓包料中的潤滑油在煤氣熔鋁爐內受高溫作用汽化為潤滑油蒸氣，一部分直接與爐內的氧氣燃燒，另一部分以長碳鏈分子組成的潤滑油分子在近1000℃的高溫環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實例過程，包括引發、增長、終止等階段。

　　引發階段：C₁₀H₂₂→·C₈H₁₇＋·C₂H₅

　　增長階段：·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

　　實驗表明，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據^[3]。
 

　　裂解產生的可燃性氣體、易燃的油蒸汽，一部分遇爐內過剩空氣中的氧燃燒掉；另外一部分由煙道排至爐外；還有一部分由于存在渦流等復雜流動因素在爐膛內聚集，在有空氣進入達到一定的濃度即爆炸極限就會發生爆炸，參見表3，
 

　　燃料的爆炸極限可用下面的公式^[5]進行計算：

　　l／L_下＝0.137×N_c＋0.04343

　　1／L_上＝0.137×N_c＋0.05151

　　式中：N_c--烴類化合物中碳原子的個數：

　　L--燃料爆炸極限

　　取潤滑油（30＃機油）的平均分子式為C₂₀H₄₀，按上式可計算出機油的爆炸極限為：

　　L_上＝3 .135％ ＝365.8g/m³

　　L_下＝0.3653％=42.6 g/m³

　　在爆炸極限狀態下，由于在加料是擾動、微負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生了爆炸。

　　根據以上分析，加入爐內壓包料中的機用潤滑油僅僅是其中一部分參與爆炸反應。由于物質爆炸極限和爆炸威力不是一個固定值，受一些條件和因素的影響。實驗表明，CH₄在流動狀態下會發生的爆炸強度是靜態下的9倍。另外，可燃氣體溫度高、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、爆炸強度劇增，而當時的煤氣熔鋁爐完全具備了這些特殊條件。

　　經過上述分析，可以推斷9#煤氣熔鋁爐具備下列三個爆炸條件：

　　可燃性物質：來源于壓包料帶入的30#機油，在高溫環境下蒸發、裂解產生可燃性氣體。

　　氧氣：來源于當時爐內過剩空氣（當時空氣與煤氣的比值為1.23：1，對照煤氣安全技術規程中規定的比值1.17：1，爐內存在過剩的空氣）；另外一個氧氣來源是加料時帶入的空氣。

　　引爆能量：有較大流量的煤氣在爐內燃燒，有明火又產生高溫。

　　上述三個條件導致了此次爆炸事故的發生。

　　3 建議和對策

　　人們對熔鋁爐鋁合金用的物料潮濕含水發生爆炸早有認識，可是對油氣爆炸的認識不夠，沒有意識到油分在一定條件下會產生巨大的爆炸威力。應從以下幾方面采取措施，避免類似事故的重復發生。

　　（1） 對有關管理人員、崗位人員進行油類知識的培訓教育。

　　（2） 打包機嚴禁在漏油情況下工作，一旦漏油要逐級上報、立即停止作業、及時檢修和清理現場。

　　（3） 對油污嚴重的物料要單獨保管，采取用熱水沖洗、干燥等除油措施后方可進行熔煉。對和成本體物料要進行隨機抽樣破碎檢查，強化收料把關檢查的管理。

　　（4） 提高對爐子儀表系統的調控和煤氣質量的要求，調整煤氣和空氣的流量比值必須在1：1.17，不得超過安全技術規程中規定的要求。