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1、环保安全篇 论氢氧混合爆炸事故成因与对策 株洲硬质合金集团有限公司 文树德 、氢氧混合爆炸事故的危害 本文所指的氢氧混合爆炸，系指氢氧生产制造过程中，因设备故障、操作失误或者是管理混乱违法违规地将钢质气瓶混装、错装和改装导致的爆炸。如把原装为氢气且瓶内仍剩余一定压力氢气的钢瓶又混装氧气，或者是把原装为氧气且瓶内仍有一定压力的剩余氧气的钢瓶又混装氢气，而造成氢与氧的混合，且均达到爆炸极限范围。往往这些爆鸣的混合气体在压缩充装过程中而引发火源，或充装后的使用中的“回火”而引发钢质气瓶的强烈爆炸，导致人身伤亡、财物损失破坏的恶性事故，给社会带来极大的危害。 湖南地区从年月日至年元月日近年中，在株洲某
2、有色冶金企业等个制氢、氧单位陆续出现起氢氧混合爆炸，死亡人、重伤多人，仅炸毁钢质无缝高压气瓶达只，炸毁设施、容器数台，厂房遭到不同程度破坏。其中两个企业分别停产天、天进行抢修，造成较大经济损失。 氢氧混合爆炸事故在全国各地频频出现，上世纪八十年代尤为突出，仅年一年中，公开报导的就达起之多。 如年月日天津某合金工具厂由于氢氧生产的时间短，工作操作不熟练，管理失控，生产出来的气体不按规定进行纯度检测分析，导致氢与氧的混合，又盲目将氧中含氢达的有爆炸危险的混合气体进行装瓶，销售给市内个单位使用，造成月 一日两天内该造气厂生产的“氧气”在天津气焊工具厂、天建自行车三厂、天津商业学院等个单位连续发生 起
3、爆炸事故，炸死人、重伤人，厂房设备遭到严重破坏。此次事故涉及面广，危害和影响极大，造成不良社会影响，天津市当时的劳动、公安部门及时采取补救措施，对该造气工厂停产、关闭整顿长达三年之久。 氢氧混合爆炸，瞬间内工厂一片废墟。年月日时分安徽省淮南市某日用化工厂由于设备维护管理等原因，造成氢与氧的混合，在气体压缩充装中，引发氢氧混合气体强烈爆炸，只公称工作压力为、公称容积的高压无缝气瓶呈粉碎性爆炸；只气瓶被炸穿孔；只气瓶被炸变形。现场两名操作工，男的被炸断了腿，女的被炸断了胳膊；钢筋结构厂房瞬间内全部摧毁，整个氢氧站成了一片废墟。专家根据现场破坏程度分析：此次爆炸，爆炸压力大于；温度超过。成为国内近几
4、十年来氢氧混合爆炸建筑破坏之最。 年日时分，苏北沐阳具某施工单位，在施工作业中两只氧气瓶突然同时爆炸，在场的名施工人员无一幸存，且无一具完尸，并将尸体分别抛离爆炸点米之外，爆炸的两只气瓶中。一只呈粉碎性爆炸，碎片超过块，另一只气瓶爆炸后，瓶壁外翻，部分碾成平板，并飞出米之外，将农田中的一根钢筋水泥通讯电杆击断；施工现场上一只乙炔气瓶被爆炸碎片击中变形，两端开裂发生燃烧，且飞离现场米之外烧毁农田中的一堆玉米杆。 】 环保安全篇 后来查明：是由于氢氧混装，瓶内的氧气中混入了氢气，成为可爆炸性的氢氧混合气体，使用时，使用端的火源逆气流而上，引发密闭的钢质气瓶强烈的化学性爆炸。故称为“回火”爆炸。 氢
5、氧混合爆炸事故频频出现，国家有关部门采取了一系列措施，爆炸事故虽有所扼制，但目前爆炸仍时有发生。仅年月日至月日不到天中，在吉林、内蒙、河北、江苏等地连续发生起氢氧混合爆炸事故，死亡人，重伤多人，造成巨大的经济损失。 年月日时分，青岛电站阀门厂在使用瓶组汇流供氧中，发生氧气瓶爆炸，造成人死亡、人受伤，后查清：爆炸气瓶是一只瓶阀出口连接螺纹为“左旋”、瓶阀上有“”标志的氢气瓶，由于氢与氧混合而引发爆炸。 从以上事例可看到：氢氧混合爆炸事故频繁，且破坏又十分严重，给人的生命及国家财物造成极大的威胁和损失，危害极大。是一个值得我们有关部门重视和研究的安全课题： 、氢氧混合爆炸机理 氢是一种典型的可燃气
6、体，具有较强的化学活性和扩散性，以及渗透性。氢的最低着火温度为。，氢在氧气（或空气）中既可被明火点燃，也可被“暗火”如气流中的砂粒、机械杂质的撞击或静电放电火花点燃；氢的点火能级极小，仅为，这个数值只相当于一枚订书针从 高处下落的能量。故氢与氧一旦混合成爆鸣气体后，在明火及“暗火”下是极易引发炸燃的。 而氧是一种强氧化剂，具有极高助燃性，在高压力的纯氧下，还可引起金属的燃烧，甚至爆炸。当氢气和氧气在密闭的气瓶或容器内混合时，瞬间内将混合得非常均匀，混合到爆炸极限以内的氢氧混合气体一旦有引爆条件，如引火能源或达到氢的最低着火温度，爆炸即可发生。氢氧混合的爆鸣气体爆炸后，爆炸生成物为水，并放出大量
7、的热： 氢和氧混合爆炸极限随压力、温度和水蒸汽含量而变化。在大气压下，氢氧体积含量的爆炸范围： ：一 ：一 干燥的氢氧爆鸣气体不易发生爆炸，但当有催化剂和水汽存在时，加剧了氢与氧的化合反应，促使了爆鸣气体的爆炸。份氢和份氧的混合物爆炸威力最大。即形成所谓“爆震”。 当在密闭的钢质气瓶或容器内的可爆性氢氧混合气体出现引爆条件，即产生强烈的化学反应，放出大量的热能，在密闭的钢质气瓶或容器内，瞬间即形成极高的温度并转换成极高压力，当其压力超越钢质气瓶或容器的极限强度时，致使钢瓶或容器爆炸。若钢质气瓶或容器内氢氧爆鸣气体数量越多，压力越高，燃烧和爆炸的速度越快，产生的能量和压力则越大，而爆炸的威力则越
8、大，破坏和人身伤亡则越严重。 这就是氢氧混合爆炸的基本机理。 、氢氧混合爆炸成因 因管理或技术上的原因，而造成制氢氧设备不完善，有的长年失修带病运行；安装或检修时出现的错误，如上述例的淮南年月日的爆炸事故后来查明，其中一台一设备安装时有块极板装反，石棉隔膜块穿孔，导致氢与氧混合，又未进行严格的气体分析，酿成恶性爆炸。 制取氢氧的电解液工艺不符合技术要求，使用钙等杂质含量过高的硬水、井下抽取的井水或矿泉水作电解液，加之设备开停频繁。由于温差变化，水的蒸发造成碱液结晶和沉淀物 环保安全篇质的沉积致使极板石棉隔膜击穿氢氧相互渗透而混合。 操作失误，多发生在添加电解液时。因添加量过多，液面过高气管堵塞
9、；或因排液处理失控或阀门未关，电解液流失造成液面过低，极板隔膜裸露而导致氢氧混合，如株洲某厂年月日爆炸事故的起因即属这一情况，此外，在气体输送、净化、干燥过程中操作的失误也是造成氢氧混合的重要因素。 管理混乱，不定时或不严格认真进行氢氧纯度的分析检测，特别是忽视对氧气纯度检测，盲目将不合格的混合气体压缩充装而导致爆炸事故。 气瓶的混装错装和改装是造成氢与氧混合爆炸的重要原因。即违章地把原装氢气的钢瓶当作氧气瓶充氧；或把原装氧气的钢瓶当作氢气瓶充装使用，前述事故实例中很大一部分属此类原因。 气体充装单位忽视了充装前按照有关法规和标准要求，对待充气瓶进行技术检查，特别是外表瓶色、瓶阀、字样异常有怀
10、疑的气瓶内剩余压力气体不进行定性及定量的检测分析，以致少数用户单位不按标准要求擅自对气瓶外表涂敷，而把氢气瓶违规改装氧气或氧气瓶违规改装氢气而导致氢氧混合爆炸。 “回火爆炸”：从理论上说。纯净的氧气，既不会燃烧，更不会爆炸；氢气虽可燃，但无氧存在时，燃烧不成立倘若两者混合到可爆极限内，只要有火源或温度达到氢的最低燃点，燃烧和爆炸即可产生。瓶装氢氧混合爆呜气体引爆的重要途径之一是：燃烧沿管道含胶质气焊气割导气管中逆气流而燃烧，直到引发钢瓶内混合的爆炸性气体燃烧，即所谓“回火”，由此引发的爆炸称“回火爆炸”，上述事故案例中的例是“回火爆炸”的典型一例。 已达爆炸极限的氢氧混合气体，在无火源（或无点
11、火能量）及干燥和常温条件下，爆炸一般不易产生。但在有火源、一定温度和潮湿的条件下，爆炸将随时可能出现。这些火源、高温和湿度是这样产生的： （）气体压缩允装中。较大流速的气体流经金属管道、阀门及与钢质气瓶瓶壁磨擦所产生的静电；及气体中夹杂的机械杂质、碳粒与管壁、阀门、瓶壁的撞击所产生的微小火花是足以能引发爆呜气体的爆炸。 （）气体压缩充装过程中，产生高温。把常压（或高于常压）气体加压到，即把气体体积缩小到。这是一个放热过程，在压缩机气缸内的温度高达，正常充装时，瓶内气体的温度要高出周围的环境温度一，若充装速度过快时，温度将更高，这是高温的来源。 （）爆炸案例中，不少是在充装的一组达规定的最高压力
12、（），而转至另一组充装开阀的一瞬间发生的爆炸。 这是因为。此时截止阀进出口端处于最大压差：即阀门的进口端的压力等于或接近，而出：端系准备充装的气瓶及其管道，其压力等于或稍大于（），此时若过急过快开启截止阀，阀的出：端管路及容器（气瓶）压力由。瞬间内猛增至，（或接近）。由于时间短，被突然压缩的混合气体放出的热量，还来不及与外界进行热交换，此一过程可视为“绝热压缩过程”。根据理想气体绝热压缩的理论公式计算。在阀门的出口端温度可高达，这个温度值远高于氢的自然温度，足以能致可爆炸的氢氧混合气体爆炸。 （）气体压缩，如氧压机，通常是以纯水或蒸馏水作气缸润滑液的，采用压缩机工作时需纯水或蒸馏水一台，润滑液
13、是由级气缸进入，即成汽状随压缩的气体进入级、级，虽经气水分离器冷凝析出部分游离水。但部分水份随气体压人钢质气瓶。使原 环保安全篇来并不干燥的气体，变得更为潮湿了。这就为混合气体爆炸创造了条件。 已混合到爆炸极限范围的氢氧混合气体，在充装中发生爆炸，其引发爆炸原因往往与气体充装的装备工艺条件有关，如： （）管道、阀门甚至连接件选用不当，如充装压力的输气管道使用碳钢、铸钢材质管道、阀门或接头，前述的株洲某厂氢氧混合爆炸事故，就是使用。碳钢接头而引发爆炸的，因这些材料其导电导热性能差，使用中易产生火源，引起氢氧混合气体爆炸。 （）在气体充装装置上未设置导除静电的设施，或虽形式上有导除装置，但系非正规
14、的专业部门设计制作安装与测试，不能起导除静电的作用。 （）输送高压气体的管内径与气体流量不相匹配，选用的截止阀通径过小等原因，以致流速大大超出设计规范，导致火源引起爆炸。 （）操作原因，如开启总的截止阀门时，开得过急过猛；充装压力较高时（如压力），仍并入或更换少数空瓶充装等等。 、预防与对策 应加强制氢氧设备的维护检修，根据设备腐蚀潭取缃庖涸又食恋砬榭觥詹问驮诵凶纯觯范煨拗芷冢股璞副滞旰米纯觥痈旧隙啪蛏璞肝侍舛庋趸旌稀? 电解槽安装液位自动控制及液位超低或超高气体自动排放等安全装置。以防电解液过量堵塞气道或液位过低石棉隔膜裸露而导致氢氧混合。 应使用符合规范的纯水配制电解液，不准使用硬水、地下
15、水、矿泉水。同时应控制碱液浓度，运行周期较长或其他特定条件下运行，应注意电解液中的或与空气中及水中的反应生成碳酸钠结晶的可能性。还应注意由于设备开停频繁，电解液蒸发使碱结晶的可能性。 严格对氢和氧的纯度分别定时检测分析，纠正重视氢而忽视氧的检测分析偏向。有条件的企业应采取连续测定、自动记录、氢中含氧或氧中含氢含量超标时声光显示报警的自动监控。 严格执行气瓶安全监察规程）（年版）第条之规定：“以电解法制取氢和氧的单位，当氢中含氧或氧中含氢超过（体积比）时，严禁充装。” 气体充装单位，必须重视对钢瓶充装前的检验，应配备经省级专业安全技术培训，取得充装前检验员资格的持证人员进行充装前的气瓶检验工作，
16、并作检验记录，以便责任追踪。 完善气体充装设备与安全设施，杜绝引爆火源。 （）气体充装装置所使用的材料应符合技术规范，以上的氢气或氧气输气管道应采用其化学成份和机械性能符合、标准的黄铜管；各种阀门必须采用通径符合流量和流速要求的铜基合金材料，其阀门密封填料必须是不含油脂的阻燃材料。 （）气体充装台，特别是操作频繁的管段，应设置导除静电接地装置，其接地电阻，并经电气专业部门测试合格，且每年至少由权威部门检测一次。 （）气体充装站其他安全设施应满足永久气体气瓶的充装站安全技术条件的规定。 已投入使用的气瓶必须专用，不得改装，以往允许改装主要是因为经济水平不高。随着国民经济的发展和实力的提高，对气瓶
17、改装的必要性已不存在。故年月日起实施新的气瓶安全监察规程后，取消了有关气瓶改装的规定。 环保安全篇 切实加强气瓶的安全管理，气体充装单位，气瓶检验单位，应按照有关法规要求，定期对气瓶颜色标记；配备规定的瓶阀等安全附件。按照气瓶颜色标记规定：氧气瓶瓶色为淡酞兰，瓶上中部有醒目的黑色“氧”字。瓶阀以一型为常见；而氢气瓶瓶色为淡绿色，瓶上中部有醒目的红色“氢”字，并配有一（一）型号的且出口螺纹为反扣 （左旋）的瓶阀。 氢氧等永久气体充装单位有充装连接的设施中应采用符合气瓶阀出气口连接形式和尺寸的防错装装置，以防止氢气瓶与氧气瓶错装混装。 ，加强对气体（特别是氢氧气体）生产、充装、分析检测等运行操作人员进行技培训和安全教育。同时，气体生产、充装单位应建立健全科学的完善的工艺规程和安全操作规程，以及各项管理制度，从而，防止避免和氢与氧爆炸事故发生。 参考文献（略）
