煉油廠爆炸事故分析 （1）
1 事故經(jīng)過
1993年10月21日 下午3點鐘，江蘇某石化公司煉油廠油品分廠半成品車間無鉛汽油罐區(qū)操作工在開啟310號汽油罐出口閥作循環(huán)調(diào)合時，誤開了311號汽油罐出口閥，造成了311號罐內(nèi)汽油打人已經(jīng)滿罐但人口閥處于開啟狀態(tài)的310號罐，下午近6：00，310號罐浮頂被頂破，汽油大量外冒、氣化、擴散、流淌后，油蒸氣遇罐區(qū)公路上行駛的手扶拖拉機排氣管火星爆炸燃燒，萬噸油罐冒起了沖天大火，罐頂、罐區(qū)、閥門、溝管、山林同時多火點燒成一片，燃燒面積達23437．5m2 。市消防支隊“119"調(diào)度室聞警后，集中調(diào)動全市99輛消防車前往火場，江蘇省和上海、安徽等兄弟省市又相繼調(diào)出88輛車增援，三省、市共12個城市的187輛消防車，軍警民6000余人聯(lián)合作戰(zhàn)，同心協(xié)力搏火龍。到場消防力量實施統(tǒng)一指揮，先冷卻控制，15個小時發(fā)起總攻，經(jīng)過17h的撲救，大火于次日上午11時15分被撲滅，加上撲救地面復(fù)燃火勢和持續(xù)冷卻。22個小時后結(jié)束戰(zhàn)斗。現(xiàn)場2人死亡(其中1名是農(nóng)民工)，直接經(jīng)濟損失38．96萬元。
2 事故原因的分析
火災(zāi)撲滅后，消防監(jiān)督部門經(jīng)過調(diào)查勘察，基本得出了一個結(jié)論性的意見。然而，對于這樣一起大火。有很多問題需要出示明確的科學(xué)依據(jù)，如310和311號油罐內(nèi)的油品發(fā)生了怎么樣的移位變化，爆炸燃燒共損耗多少汽油，油料的燃燒量怎樣分布，引爆原因究竟是手扶拖拉機排氣管還是人體靜電等。這些問題，都由南京市安委會組織的專家組通過勘查論證，科學(xué)的計算分析找到準(zhǔn)確的
答案。
2．1 爆炸耗油量和TNT當(dāng)量
310號油罐冒頂溢油后，油蒸氣擴散與空氣混合遇火源引起爆炸，在爆炸空間范圍與燃燒部位都明顯留下痕跡。經(jīng)測量，可燃混合氣體的爆炸發(fā)生面積為23437．5m2 ；盡管現(xiàn)場地勢不平，燒痕高度不一，但根據(jù)樹上枝葉燒焦和山坡、建筑物等的燒痕高度，可估算爆炸混合氣體擴散的平均高度為5m ；爆炸的空間體積為117187．5m3 。
(1)汽油蒸氣濃度的確定
由于汽油爆炸濃度下限為1．3％，因此現(xiàn)場濃度一定大于1．3％。
經(jīng)現(xiàn)場測定，空間爆炸時汽油蒸氣平均濃度取值2．2％，因為一位操作工發(fā)現(xiàn)情況從操作室出來，沒走幾步就忍受不住油氣異味而暈倒在地，據(jù)查能致人昏迷的油氣濃度為2．2％，當(dāng)然各擴散點擴散濃度不盡相同。
(2)爆炸損耗汽油量的計算
C=S·H·C·M／22．4 × 10-3
式中 C——燃爆損耗汽油量，t；
S——燃爆面積，m，取S二23437．5m2 ；
H——燃爆平均高度，m，取H=5m ；
C——平均油蒸氣濃度，％，取C=2．2％；
M——油氣平均分子量，取M=96。
根據(jù)上述公式計算，空間爆炸損耗汽油為11．15t。
(3)空間爆炸當(dāng)量的計算
汽油爆炸能量為10300keaL／kg，換算成TNT當(dāng)量相當(dāng)于％．737t。可見，此次爆炸的總能量是非常大的，但它不是“點源”或有效的封閉空間，而是20000m2 的完全敞開空間，因此沒有形成超壓和沖擊波，對波及到的建筑物僅有輕微的損壞。
2．2 溢流油料分布量
罐區(qū)的空間爆炸和大面積燃燒，310號油罐在罐區(qū)爆炸后的罐頂溢油狀態(tài)下的燃燒，以及311號油罐火災(zāi)后油位下降的事實說明：罐區(qū)310號和311號油罐在爆炸前罐內(nèi)油位都發(fā)生了非正常變化。310號油罐在爆炸前處于自循環(huán)狀態(tài)，油位既不應(yīng)該增加，也不應(yīng)該減少；311號油罐在爆炸前處于靜止?fàn)顟B(tài)，液位不應(yīng)變化，也不應(yīng)和任何罐有油量關(guān)系。但火災(zāi)后測定，310號罐油量已增加至滿罐燃燒并外溢，311號罐油平面降低了1．822m 。因此310、311號兩罐油量的平衡、變化的過程及變化的原因是揭開事故之謎的關(guān)鍵。經(jīng)查，310號罐循環(huán)泵的輸送能力為351m3 ／h，311號罐油的減少量，恰是泵在啟動后到爆炸這段時間內(nèi)打人310號罐的量。310號罐在泵運轉(zhuǎn)前的液面為14．26m ，爆炸后浮頂外露，油量已經(jīng)增加。說明310號罐人口閥事故前已經(jīng)處于開啟狀態(tài)，進入310號罐的油量應(yīng)該是311號罐的減少量。總的物料平衡與分布為：
(1)總燒損量
311號油罐原有油位13．972m ，爆炸后檢查為12．15m ，減少1．822m ，合計減量為855．588t，這部分油全部進入了310號罐。在310號罐火被撲滅后，為搶修罐底閥門，曾同時向罐內(nèi)墊水和向304號罐壓油78．984t，火災(zāi)后滯留在310號罐內(nèi)的凈增油量為594．207t，由此可得事故中燃燒、跑損的總量為182．394t。
(2)310罐燃燒量
310號罐爆炸后燃燒時浮頂凸突，罐頂環(huán)形密封處液面完全暴露在空氣中，在17．78m 的環(huán)形面積形成熊熊大火。按下列公式計算：
G1=W·S1·h
式中 G1——罐頂燃油量，t ；
W——為汽油燃燒重量速度，取80．85kg ／m2·h；
S1——罐頂環(huán)隙面積，m，取17．78m2 ；
h——燃燒時間，h=17h。
計算得G1=24．439t。
在當(dāng)時風(fēng)速3m ／s，高度為16m 的環(huán)狀面積內(nèi)外環(huán)供氧充足，燃燒速度會加快，加上罐頂溢冒流淌火簾，燒掉的油比理論計算要多，考慮增加一倍，大約燒掉油量為48．874t。罐底閥門泄漏量每小時按1474kg 考慮，燒掉油量為25．064t；則油罐燃燒損失總量為73．938t。
(3)罐區(qū)地面滲透與防洪明溝燃燒量
310罐在冒罐的狀態(tài)下，汽油部分霧化擴散，部分流淌到地面，被地面吸附、滲透，順地勢流向防洪溝，流經(jīng)距離約為480m ，面積為1160m2 ，爆炸之后，罐區(qū)一片大火，明溝持續(xù)燃燒，大約在半小時之后，明溝火才熄滅；罐區(qū)內(nèi)地面呈蠟燭狀燃燒，由于地面本身的阻火作用，地面火很快熄滅。地面吸附及明溝燃燒損失油量為：
G=損失汽油總量—(罐頂及罐底閥門燃油量+空間爆燃油量)
=182．394—(48．874+25．064+11．15)
=97．306(t)
排水明溝燒損油量為：
80．85×1160×0．5=46893kg (46．893t)。
地吸附及燃燒油量為：
97．306—46．893=50．412t。
所以，310號油罐火災(zāi)中汽油總損失量為182．394t。
2．3 確定爆炸著火源
310號罐汽油冒頂擴散后，是什么能量(著火源)引燃了可燃混合氣體，也是專家組要論證確定的難題之一。當(dāng)時，對著火源有兩種存在的可能，一種是駕駛通過罐區(qū)公路的手扶拖拉機排氣管冒出的火花，還有一種認(rèn)為是靜電所致。專家組通過認(rèn)真分析論證，同意了消防部門確定的“手扶拖拉機排氣管引爆”的結(jié)論。
(1)靜電引爆的可能性
當(dāng)汽油溢冒擴散后，靜電產(chǎn)生的條件分析：
①人體靜電產(chǎn)生靜電火花的可能。因為操作工發(fā)現(xiàn)油罐冒頂后跑去關(guān)閥門，行走約300m ，有可能產(chǎn)生靜電并達到放電的程度；風(fēng)速對拖拉機手的磨擦也可能產(chǎn)生靜電，人處于絕緣狀態(tài)，產(chǎn)生的靜電不易從四個輪胎導(dǎo)走。
②其他因素產(chǎn)生靜電的可能。如汽油漫罐時噴油氣霧帶電，地面汽油蒸發(fā)帶電等。但經(jīng)專家組論證，靜電引爆給予排除。這是因為：當(dāng)時的空氣濕度為70％-75％，在這種氣象條件下產(chǎn)生靜電的可能性極小；汽油大量從罐頂漫溢飄散，油罐中心區(qū)濃度非常之大，操作工跑動關(guān)閉閥門之處濃度會超過爆炸上限；爆炸發(fā)生后，同伴找到他時，己嚴(yán)重?zé)齻砩弦路猓^發(fā)燒焦，但還在慢慢行動，嘴中不停地講話，后雖在送往醫(yī)院途中死亡，但顯然他沒有處于爆炸中心。
(2)手扶拖拉機排氣管火星引爆的認(rèn)定
①經(jīng)鑒定，呂國生駕駛的手扶拖拉機雖有阻火器，但排氣管堵塞積炭，已失去阻火作用，在起動初速時就有火星冒出。
②用同樣型號的拖拉機進行試驗，空載拖拉機(爆炸區(qū)內(nèi)拖拉機為重載)阻火器除去積炭(爆炸區(qū)內(nèi)拖拉機積炭嚴(yán)重)條件下，驅(qū)動8min，阻火器部位明顯出現(xiàn)火星。
③駕駛拖拉機經(jīng)過的道路，恰好是汽油蒸氣擴散揮發(fā)的邊緣偏內(nèi)一點，蒸氣濃度處在最佳狀態(tài)。
④經(jīng)對拖拉機手與操作工的尸體解剖，操作工燒傷面積80％，其中Ⅱ度燒傷45％，Ⅲ度燒傷30％；駕駛員燒傷面積達95％，其中Ⅱ度燒傷55％，Ⅲ度燒傷45％，且燒傷部位明顯不同，左側(cè)面部及脖頸部燒傷嚴(yán)重，前胸有幾處開創(chuàng)性傷口，而背部傷勢明顯較輕，這是由于位于前方的拖拉機排氣管火星引爆可燃?xì)怏w的初始狀態(tài)及傳播方向造成的結(jié)果。
2 事故原因的分析
火災(zāi)撲滅后，消防監(jiān)督部門經(jīng)過調(diào)查勘察，基本得出了一個結(jié)論性的意見。然而，對于這樣一起大火。有很多問題需要出示明確的科學(xué)依據(jù)，如310和311號油罐內(nèi)的油品發(fā)生了怎么樣的移位變化，爆炸燃燒共損耗多少汽油，油料的燃燒量怎樣分布，引爆原因究竟是手扶拖拉機排氣管還是人體靜電等。這些問題，都由南京市安委會組織的專家組通過勘查論證，科學(xué)的計算分析找到準(zhǔn)確的
答案。
2．1 爆炸耗油量和TNT當(dāng)量
310號油罐冒頂溢油后，油蒸氣擴散與空氣混合遇火源引起爆炸，在爆炸空間范圍與燃燒部位都明顯留下痕跡。經(jīng)測量，可燃混合氣體的爆炸發(fā)生面積為23437．
(1)汽油蒸氣濃度的確定
由于汽油爆炸濃度下限為1．3％，因此現(xiàn)場濃度一定大于1．3％。
經(jīng)現(xiàn)場測定，空間爆炸時汽油蒸氣平均濃度取值2．2％，因為一位操作工發(fā)現(xiàn)情況從操作室出來，沒走幾步就忍受不住油氣異味而暈倒在地，據(jù)查能致人昏迷的油氣濃度為2．2％，當(dāng)然各擴散點擴散濃度不盡相同。
(2)爆炸損耗汽油量的計算
C=S·H·C·M／22．4 × 10-3
式中 C——燃爆損耗汽油量，t；
S——燃爆面積，m，取S二23437．
H——燃爆平均高度，m，取H=
C——平均油蒸氣濃度，％，取C=2．2％；
M——油氣平均分子量，取M=96。
根據(jù)上述公式計算，空間爆炸損耗汽油為11．15t。
(3)空間爆炸當(dāng)量的計算
汽油爆炸能量為10300keaL／kg，換算成TNT當(dāng)量相當(dāng)于％．737t。可見，此次爆炸的總能量是非常大的，但它不是“點源”或有效的封閉空間，而是
2．2 溢流油料分布量
罐區(qū)的空間爆炸和大面積燃燒，310號油罐在罐區(qū)爆炸后的罐頂溢油狀態(tài)下的燃燒，以及311號油罐火災(zāi)后油位下降的事實說明：罐區(qū)310號和311號油罐在爆炸前罐內(nèi)油位都發(fā)生了非正常變化。310號油罐在爆炸前處于自循環(huán)狀態(tài)，油位既不應(yīng)該增加，也不應(yīng)該減少；311號油罐在爆炸前處于靜止?fàn)顟B(tài)，液位不應(yīng)變化，也不應(yīng)和任何罐有油量關(guān)系。但火災(zāi)后測定，310號罐油量已增加至滿罐燃燒并外溢，311號罐油平面降低了1．
(1)總燒損量
311號油罐原有油位13．
(2)310罐燃燒量
310號罐爆炸后燃燒時浮頂凸突，罐頂環(huán)形密封處液面完全暴露在空氣中，在17．
G1=W·S1·h
式中 G1——罐頂燃油量，t ；
W——為汽油燃燒重量速度，取80．
S1——罐頂環(huán)隙面積，m，取17．
h——燃燒時間，h=17h。
計算得G1=24．439t。
在當(dāng)時風(fēng)速
(3)罐區(qū)地面滲透與防洪明溝燃燒量
310罐在冒罐的狀態(tài)下，汽油部分霧化擴散，部分流淌到地面，被地面吸附、滲透，順地勢流向防洪溝，流經(jīng)距離約為
G=損失汽油總量—(罐頂及罐底閥門燃油量+空間爆燃油量)
=182．394—(48．874+25．064+11．15)
=97．306(t)
排水明溝燒損油量為：
80．85×1160×0．5=
地吸附及燃燒油量為：
97．306—46．893=50．412t。
所以，310號油罐火災(zāi)中汽油總損失量為182．394t。
2．3 確定爆炸著火源
310號罐汽油冒頂擴散后，是什么能量(著火源)引燃了可燃混合氣體，也是專家組要論證確定的難題之一。當(dāng)時，對著火源有兩種存在的可能，一種是駕駛通過罐區(qū)公路的手扶拖拉機排氣管冒出的火花，還有一種認(rèn)為是靜電所致。專家組通過認(rèn)真分析論證，同意了消防部門確定的“手扶拖拉機排氣管引爆”的結(jié)論。
(1)靜電引爆的可能性
當(dāng)汽油溢冒擴散后，靜電產(chǎn)生的條件分析：
①人體靜電產(chǎn)生靜電火花的可能。因為操作工發(fā)現(xiàn)油罐冒頂后跑去關(guān)閥門，行走約
②其他因素產(chǎn)生靜電的可能。如汽油漫罐時噴油氣霧帶電，地面汽油蒸發(fā)帶電等。但經(jīng)專家組論證，靜電引爆給予排除。這是因為：當(dāng)時的空氣濕度為70％-75％，在這種氣象條件下產(chǎn)生靜電的可能性極小；汽油大量從罐頂漫溢飄散，油罐中心區(qū)濃度非常之大，操作工跑動關(guān)閉閥門之處濃度會超過爆炸上限；爆炸發(fā)生后，同伴找到他時，己嚴(yán)重?zé)齻砩弦路猓^發(fā)燒焦，但還在慢慢行動，嘴中不停地講話，后雖在送往醫(yī)院途中死亡，但顯然他沒有處于爆炸中心。
(2)手扶拖拉機排氣管火星引爆的認(rèn)定
①經(jīng)鑒定，呂國生駕駛的手扶拖拉機雖有阻火器，但排氣管堵塞積炭，已失去阻火作用，在起動初速時就有火星冒出。
②用同樣型號的拖拉機進行試驗，空載拖拉機(爆炸區(qū)內(nèi)拖拉機為重載)阻火器除去積炭(爆炸區(qū)內(nèi)拖拉機積炭嚴(yán)重)條件下，驅(qū)動8min，阻火器部位明顯出現(xiàn)火星。
③駕駛拖拉機經(jīng)過的道路，恰好是汽油蒸氣擴散揮發(fā)的邊緣偏內(nèi)一點，蒸氣濃度處在最佳狀態(tài)。
④經(jīng)對拖拉機手與操作工的尸體解剖，操作工燒傷面積80％，其中Ⅱ度燒傷45％，Ⅲ度燒傷30％；駕駛員燒傷面積達95％，其中Ⅱ度燒傷55％，Ⅲ度燒傷45％，且燒傷部位明顯不同，左側(cè)面部及脖頸部燒傷嚴(yán)重，前胸有幾處開創(chuàng)性傷口，而背部傷勢明顯較輕，這是由于位于前方的拖拉機排氣管火星引爆可燃?xì)怏w的初始狀態(tài)及傳播方向造成的結(jié)果。
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