導(dǎo)讀

    香港浸會(huì)大學(xué)學(xué)生宿舍偉倫樓南座22日凌晨1時(shí)發(fā)生火警，懷疑有學(xué)生慶祝生日，撒面粉引起粉塵爆炸。共有12名學(xué)生受傷，包括4男8女，大部份手腳及面部燒傷。

    面粉為什么會(huì)爆炸

    當(dāng)大量極細(xì)的面粉粉塵懸浮于空中，并達(dá)到一定的濃度時(shí)，比如每立方米空氣中含有9.7g面粉時(shí)，一旦遇有火苗或者火星，瞬間就會(huì)燃燒起來，形成猛烈的爆炸。

    因?yàn)榉蹓m具有較大的比表面積，與塊狀物質(zhì)相比，粉塵化學(xué)活性強(qiáng)，接觸空氣面積大，吸附氧分子多，氧化放熱過程快。當(dāng)條件適當(dāng)時(shí)，如果其中某一粒粉塵被火點(diǎn)燃，就會(huì)像原子彈那樣發(fā)生連鎖反應(yīng)，爆炸就發(fā)生了。

    為何實(shí)驗(yàn)室更危險(xiǎn)

    高校實(shí)驗(yàn)室科研過程中經(jīng)常使用各種化學(xué)藥品和儀器設(shè)備，會(huì)遇到有高低溫、高低壓的的實(shí)驗(yàn)條件和高電壓、高頻和帶有輻射源的儀器設(shè)備，再加上培訓(xùn)不足，人員流動(dòng)過大，因此實(shí)驗(yàn)室成為是安全事故的高發(fā)區(qū)。非營利組織安全機(jī)構(gòu)的James Kaufmans指出：實(shí)驗(yàn)室發(fā)生事故的概率比工廠高100倍。據(jù)統(tǒng)計(jì)，其中98%的實(shí)驗(yàn)室安全事故屬于人為因素， 人為因素包括不安全行為和不安全環(huán)境。

    不安全行為：主要由下列問題引起的，不正確的安全態(tài)度、缺乏必要的安全知識和及技術(shù)、不恰當(dāng)?shù)纳砗筒磺‘?dāng)環(huán)境和設(shè)備引起的行為；不安全環(huán)境：是指實(shí)驗(yàn)場所中，工作環(huán)境、設(shè)備設(shè)施等對人產(chǎn)生的危險(xiǎn)因素。

    世界著名安全管理專家Herbert William Heinrich將傷亡事故從起源至發(fā)生過程劃分為五個(gè)因素：社會(huì)環(huán)境、人為過失、不安全動(dòng)作、意外事件、傷亡。假如第一塊“骨牌”傾倒，就會(huì)一個(gè)接著一個(gè)全部傾倒，從而導(dǎo)致傷亡事故。如果控制處于中心地位的不安全動(dòng)作的“骨牌”，則后續(xù)動(dòng)作無效，使傾倒系列中斷，則事故不會(huì)發(fā)生，故預(yù)防工作的中心就是消除人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)。

    事故因果連鎖論事故雖然由不安全行為和不安全環(huán)境引起的，但兩者乃由危險(xiǎn)源控制不足所引起，根本原因是管理不善、不重視安全、缺乏安全意識和決心。

    新事故因果連鎖論公安消防部隊(duì)的李志紅統(tǒng)計(jì)了2001年到2013年間發(fā)生在實(shí)驗(yàn)室的100起典型事故發(fā)現(xiàn)， 實(shí)驗(yàn)室最常見事故是的爆炸和火災(zāi)，主要由易燃?xì)怏w和液體引起，而由爆炸物引起的相對來說比較少。易燃?xì)怏w、易燃固體、腐蝕性物質(zhì)事故、氧化性物質(zhì)和有機(jī)過氧化物等5類危險(xiǎn)品引起的事故共71起。

    實(shí)驗(yàn)安全知識

    因此，了解和預(yù)防爆炸是實(shí)驗(yàn)室安全的重中之重。爆炸通?？梢钥煞譃槲锢硇员ê突瘜W(xué)性爆炸。

    物理性爆炸：物質(zhì)因狀態(tài)或壓力發(fā)生突變而形成的爆炸；化學(xué)性爆炸：由于物質(zhì)發(fā)生極迅速的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生高溫、高壓而引起的爆炸。

    實(shí)驗(yàn)室易發(fā)生物理性爆炸的儀器：高壓氣瓶、水熱反應(yīng)釜和管式爐等。

    物料性爆炸案例及分析

    1、封管事故

    某高校李某在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，往玻璃封管內(nèi)加入氨水20mL，硫酸亞鐵1g ，原料4g，加熱溫度160℃。當(dāng)事人在觀察油浴溫度時(shí)，封管突然發(fā)生爆炸，整個(gè)反應(yīng)體系被完全炸碎。當(dāng)事人額頭受傷，幸虧當(dāng)時(shí)戴防護(hù)眼睛，才使雙眼沒有受到傷害。

    事故分析：實(shí)驗(yàn)室常用的耐高壓封管建議安全使用壓力一般不超過6個(gè)大氣壓，而26%濃度的氨水（實(shí)驗(yàn)室常用的氨水濃度29%左右）在110℃的飽和c就達(dá)到10個(gè)大氣壓以上。實(shí)驗(yàn)時(shí)沒有計(jì)算氨水飽和蒸汽壓。

    2、水熱反應(yīng)釜爆炸

    2004年，清華大學(xué)逸夫科技樓水熱反應(yīng)釜爆炸事故。

    事故分析：水熱反應(yīng)絕對禁止使用馬弗爐，馬弗爐最高使用溫度都是700℃以上，弗爐的熱電偶是電位差計(jì)的原理，很多是以室溫作為零點(diǎn)補(bǔ)償，在低溫使用時(shí)顯示溫度和實(shí)際使用溫度并不一致，實(shí)驗(yàn)室的馬弗爐往往沒有定期校正，造成溫度誤差更大，有可能顯示溫度和實(shí)際溫度相差幾十度。幾十度的溫差不僅會(huì)造成做的水熱反應(yīng)沒有任何科學(xué)價(jià)值，還會(huì)造成危險(xiǎn)。水熱反應(yīng)應(yīng)該使用專用防爆烘箱。

    預(yù)防物理性爆炸的注意事項(xiàng)：

    水熱反應(yīng)時(shí)：

    1、盡量選有氣壓表和減壓閥的水熱反應(yīng)釜在專用防爆烘箱中進(jìn)行。當(dāng)使用簡易反應(yīng)釜時(shí)，應(yīng)該考慮不同的情況。使用聚四氟乙烯內(nèi)襯，最高使用溫度≤230℃，長時(shí)間使用溫度≤200℃，體系壓力≤3Mpa，升降溫速率≤5℃/min 。當(dāng)使用PPL對位聚苯內(nèi)襯，最高使用溫度≤280℃，長時(shí)間使用溫度≤250℃，體系壓力≤3Mpa，升降溫速率：≤5℃/min。

    2、反應(yīng)體系不能是產(chǎn)生氣體和爆炸的反應(yīng)體系。

    3、水熱反應(yīng)時(shí)，物料填充度不要超過80%。物料填充度主要是考慮溶液受熱膨脹時(shí)體積的變化，減少物料填充度并不會(huì)明顯減低反應(yīng)時(shí)體系的壓力，故不能減少物料填充度而提高反應(yīng)溫度。并且反應(yīng)體系壓力要依照反應(yīng)體系根據(jù)克拉帕隆-克勞休斯方程計(jì)算反應(yīng)氣壓，最大壓力不超過3Mpa。

    4.考慮到內(nèi)襯老化，烘箱顯示溫度和實(shí)際溫度的差異，和未知反應(yīng)等因素，體系實(shí)際使用溫度預(yù)留部分安全值，一般建議值在20℃以上。

    使用管式爐時(shí)：當(dāng)兩端堵住加熱時(shí)，氣腔內(nèi)的氣體因?yàn)槭軣崤蛎洝＠硐霘怏w定律：PV=NRT，當(dāng)加熱為1000℃時(shí)，腔內(nèi)的氣壓為三個(gè)大氣壓以上，而管式爐本身不耐壓，因此發(fā)生爆炸。密閉的反應(yīng)體系非常容易產(chǎn)生高壓而造成爆炸，在設(shè)計(jì)密閉的反應(yīng)體系的試驗(yàn)時(shí)，要考慮反應(yīng)會(huì)不會(huì)產(chǎn)生大量的熱，反應(yīng)物體積變化等種種因素。如配制溶液時(shí)，錯(cuò)將水往濃硫酸里倒，或者配制濃的氫氧化鈉時(shí)未等冷卻就將瓶塞塞住搖動(dòng)都會(huì)發(fā)生爆炸。減壓蒸餾時(shí)，若使用平底燒瓶或錐瓶做蒸餾瓶或接收瓶，因其平底處不能承受較大的負(fù)壓而發(fā)生爆炸。

    化學(xué)性爆炸分為支鏈爆炸和熱爆炸。

    支鏈爆炸：由于存在支化反應(yīng)，即一個(gè)自由基的反應(yīng)產(chǎn)生許多個(gè)自由基，如H2+O2的反應(yīng)，消耗一個(gè)H又產(chǎn)生3個(gè)H， H的數(shù)目將以指數(shù)地增加，引起的爆炸。乙烯、乙炔、苯、乙醇、乙醚、丙酮、乙酸乙酯、一氧化碳、水煤氣和氨氣等可燃性氣體與空氣混合至爆炸極限，一旦有一熱源誘發(fā)，極易發(fā)生支鏈爆炸；熱爆炸：當(dāng)一放熱反應(yīng)在無法散熱情況下進(jìn)行時(shí)，反應(yīng)熱將使系統(tǒng)溫度劇烈上升，而溫度又使反應(yīng)速率按指數(shù)規(guī)律上升。這種循環(huán)很快，使反應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)放出大置熱而發(fā)生爆炸。過氧化物、高氯酸鹽、疊氮鉛、乙炔銅、三硝基甲苯等易爆物質(zhì)，受震或受熱可能發(fā)生熱爆炸。

    化學(xué)性爆炸案例及分析

    3、氣瓶爆炸死亡事故

    2015年4月5日12時(shí)40分許，在中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院實(shí)驗(yàn)室發(fā)生一起氣瓶爆炸死亡事故，造成1人死亡，4人受傷。直接經(jīng)濟(jì)損失約200萬元人民幣。

    事故分析：氣瓶裝有甲烷、氧氣、氮?dú)獾幕旌蠚怏w，氣瓶內(nèi)甲烷含量達(dá)到爆炸極限范圍，開啟氣瓶閥門時(shí)，氣流快速流出引起的摩擦熱能或靜電，導(dǎo)致瓶內(nèi)氣體反應(yīng)爆炸，是事故發(fā)生直接原因。實(shí)驗(yàn)人員在實(shí)驗(yàn)時(shí)操作不當(dāng)，是導(dǎo)致事故發(fā)生間接原因。

    何添樓火災(zāi)事故2015年12月18日清華某博后進(jìn)行催化加氫實(shí)驗(yàn)，氫氣鋼瓶爆炸造成一名實(shí)驗(yàn)人員死亡鋼瓶原長度大概一米，爆炸后只剩上半部大概40公分。

    4、美國國德克薩斯州理工大學(xué)爆炸

    2010年1月7日，美國德克薩斯州理工大學(xué)化學(xué)與生物化學(xué)系實(shí)驗(yàn)室發(fā)生了爆炸，1名5年級學(xué)生與1名1年級學(xué)生進(jìn)行合成高氯酸肼鎳衍生物（NPH）課題實(shí)驗(yàn)，通常為了表征新合成的高氯酸肼鎳衍生物（NPH）物質(zhì)活性需要進(jìn)行示差掃描熱量分析、落錘沖擊性、熱重分析等試驗(yàn)，而每次合成實(shí)驗(yàn)得到的反應(yīng)物一般在50-300mg，為了避免多次合成，兩名學(xué)生在沒有咨詢首席研究員的情況下，擅自放大合成實(shí)驗(yàn)規(guī)模，一次性得到了10gNPH。爆炸導(dǎo)致1名畢業(yè)生失去了3根手指，手和臉部被燒傷，一只眼睛被化學(xué)物質(zhì)燒傷事故分析：

    1）美國德州理工大學(xué)研究工作中，對物質(zhì)本身危害性沒有得到有效評估和控制；2）美國德州理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全管理程序只是沿用（美國職業(yè)安全與衛(wèi)生署）《實(shí)驗(yàn)室危害化學(xué)品工作場所暴露標(biāo)準(zhǔn)》，而此標(biāo)準(zhǔn)旨在處理危害化學(xué)品暴露環(huán)境中對身體健康危害，而沒有關(guān)注化學(xué)品物質(zhì)危害；

    5、上海有機(jī)所爆炸

    2006年，某同學(xué)將多次合成的產(chǎn)物（多氮化合物）裝瓶保存，在裝瓶過程中有一小塊產(chǎn)物粘在瓶口，當(dāng)事人用不銹鋼撥下粘在瓶口的產(chǎn)物時(shí)發(fā)生爆炸，當(dāng)事人眼角膜、臉和手被割傷，耳膜受到巨大的爆炸聲震傷。

    事故分析：不銹鋼勺與多氮化合物撞擊引爆化合物，該化合物為易爆高危藥品。而類似的事故在上海有機(jī)所1年前就發(fā)生過。

    預(yù)防化學(xué)性爆炸的注意事項(xiàng)：

    關(guān)于氣瓶： 氣瓶顏色和年檢的規(guī)定：

    氣瓶的安全使用：

    氣瓶應(yīng)存放在陰涼、干燥、遠(yuǎn)離熱源的地方，易燃?xì)怏w氣瓶與明火距離不小于5米；氫氣瓶最好隔離；易燃?xì)怏w氣瓶和助燃?xì)怏w相隔10米以上。

    氣瓶搬運(yùn)要輕要穩(wěn)，放置要牢靠；各種氣壓表不得混用；氧氣瓶嚴(yán)禁油污，注意輸氣管無油污，有油污容易爆炸。乙炔不能使用銅管，否則會(huì)生產(chǎn)乙炔銅，容易爆炸。

    氣瓶內(nèi)氣體不可用盡，以防空氣倒灌，如氫氣罐被空氣倒灌，生成混合易炸混合氣體。一般要預(yù)留0.05 MPa 以上，最好是0.2MPa 以上，如果不小心用完，嚴(yán)禁在實(shí)驗(yàn)室存儲。

    開啟氣門時(shí)應(yīng)站在氣壓表的一側(cè)，不準(zhǔn)將頭或身體對準(zhǔn)氣瓶總閥，以防萬一閥門或氣壓表沖出傷人。

    氫氣等可燃?xì)怏w使用前要檢查純度和設(shè)備密封性。

    其它安全事項(xiàng)：

    可燃?xì)怏w與空氣混合，當(dāng)兩者比例達(dá)到爆炸極限時(shí)，受到熱源（如電火花）的誘發(fā)，就會(huì)引起爆炸。

    使用可燃性氣體時(shí)，要防止氣體逸出，室內(nèi)通風(fēng)要良好。

    操作大量可燃性氣體時(shí)，嚴(yán)禁同時(shí)使用明火，還要防止發(fā)生電火花及其它撞擊火花。

    有些藥品如疊氮鋁、乙炔銀、乙炔銅、高氯酸鹽、過氧化物等受震和受熱都易引起爆炸，使用要特別小心。

    嚴(yán)禁將強(qiáng)氧化劑和強(qiáng)還原劑放在一起。

    久藏的乙醚使用前應(yīng)除去其中可能產(chǎn)生的過氧化物。

    進(jìn)行容易引起爆炸的實(shí)驗(yàn)，應(yīng)有防爆措施。

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責(zé)任編輯：王元

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