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说说高雄大爆炸
发布时间:2014-08-02

  (文/麻庭光)刚刚去听了一下关于高雄大爆炸的报道,提到“当地民众发现瓦斯气味,当地消防队员用喷水降温的方式处理,几个小时之后发生大爆炸”,我立刻意识到消防队员的失误。应对气体泄漏问题,光降温是不够的(控制火源或点火),控制氧气浓度也不行(控制可爆性,explosibility),关键是要降低可燃气体浓度(控制可点性,Ignitability)。

 

  对于燃气泄漏问题,这是开放空间的可燃性问题,无法控制环境的氧气浓度(环境氧气浓度为20.95%),只能通过稀释燃料,让燃料达到不可点燃的程度,才算真正达到环境安全的,可以任意排放的程度。那么,决定气体可燃性的临界浓度是多少呢?
 

  根据极限氧量直线(Limiting Oxygen Concentration,LOC线)与坐标轴的交点,我们可以得到在封闭空间的临界氧量大约是0.115,也就是说,如果把封闭空间的氧量降到该LOC值,封闭空间引入燃料之后,仍然不可爆(可爆意味着空气支持火焰蔓延)。该LOC值的另一种说法叫做ISOC(In-Service Oxygen Concentration),是空油箱引入燃气之前需要达到的氧气稀释浓度。在该浓度之下,空气对燃料而言是不可爆的,可以任意引入燃气而不必担心爆炸的危险。该临界浓度与燃料性质有关,与燃料浓度无关,是一个非常基础的参数。
 

  根据极限燃料直线(Limiting FuelConcentration, LFC线)与坐标轴的交点,我们可以得到在开放空间的临界燃料浓度是0.058。也就是说,如果把燃料的浓度稀释到给LFC之下,就可以安全排放到空气中,因为在该浓度之下,点燃需要的氧气浓度是0.2095(环境氧气浓度)之上,也就是说,空气不足以提供足够的氧气让稀释后的燃料点燃,于是稀释后的燃料就安全了。 该临界浓度与氧化剂性质有关,与氧化剂浓度无关,也是一个非常基础的参数。
 

  所以,拿燃爆三角形来认识消防队员的应对措施,我们可以看到,他们的冷却作法,仅仅是冷却,防止当地点火,而没有经过稀释的丙烯直接排放到大气中,逐步稀释到化学当量比浓度,产生预混火焰的爆炸问题,这就是大爆炸的原因了。通常台湾的环境湿度高,湿度对混合气候有阻燃效果。可是入夜之后,环境湿度是降低的,降低湿度有助于燃爆的反生。
 

  燃气爆炸的威力从哪里来?来源于燃气在空气中的浓度,如果燃料多余,多余的燃料降低反应温度;如果氧量多余,多余的氧量(以及相应的氮气,即多余的空气量)吸收热量,降低反应温度。如果燃气与氧气的比例接近化学当量比,燃料与氧气都不多不少,刚好完全反应,此时产生的破坏力最大。如下图所示。

  

 

  图3,燃料可燃浓度上限附近的丙烷火焰蔓延(这是燃爆)。

  

 

  图4,燃料在化学当量比附近的丙烷火焰蔓延(就是爆炸, Explosion)。
 

  顺便说一下,台湾的消防归“内政部消防署”管,非公务员体系,也就是说他们也不是职业化的。在所有的发达国家和地区当中,只有大陆和台湾的消防队伍是非职业化的。大国崛起,消防先行。