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燃烧和爆炸事故的调查和分析

  
评论: 更新日期:2011年04月07日


  
  三、燃烧和爆炸分析
  

  1.燃烧分析
  损坏分布可以提供火源区域的有力证据。木器燃烧持续的时间最长,炭化的程度也最深。假如火焰是连带燃烧的经典扩散型的,经验指出,木材炭化2.5cm需要40min的时间。如果从救火者那里了解到灭火的时间,就可以从炭化深度测定确定火源区域。对于气体或蒸气迅速释放的火炬火焰的情形,木器的炭化速率要更快一些。
  火灾后容器的状况可以提供燃烧时间长短的有价值的证据。任何容器暴露在火焰中,所装载的液体都可以防止容器内油漆涂层的损坏,液面之上的容器壁涂层则会爆皮。如果容器内原来的液面是已知的,火灾后的液面结合容器的上述特征可以检查出来,从而不难确定液体的蒸发量和蒸发热。对于重灾非火炬燃烧的情形,如果容器是直立的并被火焰所包围,容器壁润湿面单位面积的最大传热速率确定为17W·cm-2。这样,根据热平衡就可以近似估算出燃烧的最小可能暴露时间。
  
  化工厂的多数火灾火温不超过1000℃。易燃液体和易燃固体的燃烧温度相近。除去高扰动火焰刷排逸出的射流气体或蒸气的燃烧外,很少遇到特别高的燃烧温度。因为纯铜的熔点是1080℃,虽然铜导线由于表面氧化会被损耗掉,一般纯铜能够承受燃烧的作用。铜合金,如黄铜和青铜,其熔点在800~1000℃之间,通常在火灾中会熔化,火灾后会有铜合金液滴不引人注目地粘附在其他金属表面上。如果在导体上发现纯铜液滴,这表明在火灾中有电流通过,强化了燃烧的热量。只是火焰单独作用,即使是局部温度超过了纯铜的熔点,纯铜通常会被损耗掉而不会产生液滴。纯铜液滴以及纯铜导体由于在电弧焰中蒸发而产生的凹痕,这些证据与火灾或爆炸的原始火源之间不一定有密切联系。但是如果有电缆通过,电流在燃烧的早期由于电缆熔断而被切断,这时,纯铜液滴和纯铜导体上的电弧焰凹痕,则成为火源区的有力证据。
  铁和钢的熔点在1300~1500℃之间,在火灾中一般不会熔化。但结构钢制件在550~600℃之间,强度会严重恶化,产生惊人的扭曲变形。结构钢制件扭曲变形现象在火灾中随处可见,在火灾调查中意义不大。
  
  2.爆炸分析
  (1)爆炸作用表现模式
  多种因素影响着内压增加容器破裂的方式。除去与静负荷有关的强度因素外,容器壁的状况甚至比内压增加速率起更重要的作用。在静负荷超量的极限情形,压力下凝聚相的爆轰会产生脆性破裂。对于气体爆燃比较缓慢的情形,断裂的方式则是纯粹弹性的,与物理过压产生静负荷的破裂方式类似。然而,在爆燃断裂瞬间之后,压力仍继续上升,所以爆燃往往比静负荷的情形产生更多的碎片。容器内缓慢的加压过程,最初会产生经典的弹性断裂,继而会裂口,最后会加速至脆性断裂。所以,找到初始断裂点是重要的。对于脆性破裂的情形,容器断片的断口标记会指回到初始点。对于绝大多数弹性破裂的情形,初始点通常都是在容器最薄的地方附近。
  
  (2)物理过压
  容器,如锅炉或被火焰包围的其他密封容器,由于物理过压而破裂是常见的事情。过压中的压力指的是气压,或者是液压。液压过压产生的发射物比气压过压产生的发射物要少。对于物理过压,破裂的起始点往往在容器潜在的薄弱点处。
  
  (3)单一容积系统气相爆炸
  如果易燃气体混合物在一个加工容器中,如一个罐或室中燃烧,燃烧过程会使压力不断升高,最后会引起器壁爆裂。对于单一的容器,火焰扩散通常是亚声速的,爆炸应力总是均匀分布的,而破裂模式则与物理过压产生的破裂模式类似。容器会在其薄弱点破裂,这可能是由于容器中某处的砂眼或初始点火源的识别比气相起火要容易得多。一般来说,固体物质起火,需要点火源持续一些时间,而能够点燃气体混合物的静电释放只有几分之一秒。电动机或电缆的电力故障、隔板上的易燃液体玷污液以及人员的活动,是化工厂火灾的普通原因。虽然已经证明,除非高于空气的氧浓度,燃着的香烟一般不能点燃汽油蒸气,但是如果把未熄火的香烟头丢在能够阴燃的垫托上,却能引发燃烧。随着阴燃过程的加速,稍后物质就会进发出火焰。焊接和切割的火花,其引火能力超过了人们的想像,如果这些火花被怀疑是火灾或爆炸的起因,应该考虑模拟实验,而且不应该忽略高浓度氧的可能作用。
  初始火源的确定常被认为是所有调查的最终目的。对于火灾的情形,很可能是这样的。但对于偶发的气相爆炸事故,无法确认点火源占很大比例。空气突然进入蒸馏装置常引发爆炸,这表明杂质或金属表面长期对烃类物质暴露而处于还原态,一旦对大气中的氧暴露就会形成局部热点,易于起火,则进一步说明这种现象。

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