國外危險化學(xué)品典型事故案例分析之十----
西班牙液化丙烯罐車爆炸事故
一、事故經(jīng)過和危害
1978年7月11日14點30分左右，在西班牙連接巴塞羅那市和帕倫西亞市的高速公路的旁道上行駛的液化丙烯罐車發(fā)生爆炸，使地中海沿岸側(cè)的一個露營場遭到很大破壞。事故造成215人死亡，67人受傷，約100輛汽車和14棟建筑物被燒或遭到破壞。
事故發(fā)生在位于巴塞羅那市和帕倫西亞市中間埃布羅河三角洲西側(cè)，沿著圣卡洛斯塔拉雷皮塔海岸由東北向西南的340號公路上。此公路靠海岸一側(cè)是洛斯阿爾夫雷魯斯露營場。
罐車為臥式圓筒形儲罐，容積為43m
3，由3個厚度為16mm的鋼板制成的圓筒焊接而成。儲罐外殼在爆炸中沿焊縫裂開，分成前后兩部分，前部分占罐的2/3，落在罐車前進(jìn)方向的右前方約100m，砸壞一處住房，而后部分占1/3，縱向裂開，落到左后方約100m處。裂開處相當(dāng)于罐的底部，上下顛倒落下，貯罐后端封頭完全脫落，不知落在什么地方，而貯罐的前封頭碎片一塊落在前方約300m處，一塊落在左前方約100m處。
從爆炸現(xiàn)場看，沿公路左側(cè)筑有高1.5m的磚墻，約有100m長的墻受到破壞，墻的碎塊全部落在公路一側(cè)，而殘留的部分墻也都向公路側(cè)傾斜。
據(jù)目睹者說，“聽到兩次爆炸聲，兩者間隔數(shù)秒鐘”。估計第一次可能是罐車本身的爆炸，第二次可能是丙烯蒸氣在空氣中的氣體爆炸。
二、事故原因分析
在露營場，剎那之間就死了這么多人，這肯定是在短時間內(nèi)有大量液化丙烯汽化著火而發(fā)生的伴隨有大火球的爆炸事故。但是，如果我們假定液化丙烯是從罐中流出到地面之后才蒸發(fā)的，液化氣因為消耗蒸發(fā)熱而被冷卻，其蒸發(fā)速度也要減慢。這一點不能說明上述那種迅速汽化現(xiàn)象。因此，實際上應(yīng)該想到，行駛中的罐車由于其外殼發(fā)生龜裂、氣體泄漏而發(fā)生了液化丙烯的蒸氣爆炸。至于發(fā)生龜裂的原因，或許是充裝了過多的液化氣這一說法比較有說服力。西班牙政府規(guī)定，液化氣的充裝量應(yīng)不超過儲罐容積的85%，但是，普遍認(rèn)為此次的充裝量已經(jīng)達(dá)到了100%。
當(dāng)天早晨，罐車充裝液化丙烯，在行駛的途中，受到7月太陽的直射，儲罐溫度升高，到14時30分左右，估計由于液體的熱膨脹作用，而在儲罐外殼上產(chǎn)生了龜裂。
液化丙烯的沸點是-47℃，液溫在20℃時，其蒸氣壓約為1MPa，30℃時約為1.3MPa，40℃時約為1.6MPa，因此，當(dāng)在儲罐內(nèi)保持蒸氣壓平衡狀態(tài)的液化丙烯從儲罐龜裂處猛烈噴出，而內(nèi)壓急劇下降時，就會突然失去平衡而變?yōu)檫^熱液體。
因為過熱，液體極不穩(wěn)定，所以液溫必須立即降到常壓下的沸點，為此，要出現(xiàn)激烈地蒸發(fā)，從而在液體內(nèi)部產(chǎn)生均勻的沸騰核并迅速產(chǎn)生大量蒸氣，液體由于受到急劇增加的蒸氣膨脹力作用而激烈地沖擊罐壁，最后導(dǎo)致儲罐外壁被破壞。
儲罐后部即1/3的罐體，是因為罐底部產(chǎn)生的縱向斷開線而裂開的。根據(jù)這一事實，是否可以認(rèn)為儲罐外壁最初的龜裂是以縱向斷開線和圓周上的焊接線相交的T字形交點為中心而產(chǎn)生的呢?隨著內(nèi)壓引起的開裂的加大，開裂也沿圓周上的焊接線加大，最后罐體被切斷，而儲罐的后封頭大概也在此時沿圓周上的焊接線同時被切斷而飛散。
沿焊接線被分成兩部分的罐體，由于激烈噴出的液化丙烯蒸氣的噴力，使罐體的后部即1/3部分飛向左后方，而使前部即2/3部分飛向前方，二者方向恰好相反。此時，罐體的前封頭由于猛撞駕駛臺，而把駕駛臺推向正前方，封頭本身被損后飛落在前方。
按照上述說法，行駛中的罐車外殼因蒸氣爆炸所造成的最初的破壞可以得到合理解釋。這樣一來，擴(kuò)散于大氣中的全部液化丙烯迅速沸騰汽化而分散成霧狀，隨著氣體向空中擴(kuò)散，并以原罐車位置為中心變成蒸氣云擴(kuò)展下去。從這些現(xiàn)象來看，爆炸只能是過熱氣體的蒸氣爆炸。
另外，因為在露營場到處都有燒飯、吸煙等引起的明火，如果這些都是火源，而因此著火的話，就會立即產(chǎn)生巨大火球而發(fā)生混合氣體爆炸。所以，第一次蒸氣爆炸引起儲罐破壞后，經(jīng)過幾秒鐘又發(fā)生了第二次空氣中混合氣體的爆炸，這種想法和事實是一致的。
當(dāng)天的風(fēng)向是從陸地向海上吹的，露營場當(dāng)時正處在爆炸的下風(fēng)處。當(dāng)時的風(fēng)速雖不太清楚，但若假設(shè)風(fēng)速為5m/s時，在幾秒之間可燃性氣體就會向露營場方向移動15～30m。
三、蒸氣爆炸事故事例
在日本等國，已搞清原因和過程的蒸氣爆炸事故，可舉出以下幾例：
(1)1951年1月31日，在大阪府守口市的公路上發(fā)生的液氨儲罐蒸氣爆炸事故。
(2)1956年4月6日，東京都目黑區(qū)某化學(xué)實驗室燒SK油(渣油)的小型鍋爐蒸氣爆炸事故。
(3)1964年6月11日，川崎市化工廠環(huán)氧丙烷中間儲罐因聚合反應(yīng)失控發(fā)生的蒸氣爆炸事故。
(4)1964年9月14日，茨木市液化石油氣充裝場因液化石油氣儲罐著火而發(fā)生的蒸氣爆炸事故。
(5)1972年2月21日，停泊在千葉縣鹿島港的輪船的輔助鍋爐內(nèi)熱水的蒸汽爆炸事故。
(6)1974年6月1日，英國弗利克斯保羅的NYPRO公司環(huán)己烷反應(yīng)釜蒸氣爆炸事故。
這些事故中，例(1)和此次液化丙烯罐車爆炸事故有很多相似之處。因此，下面重點介紹一下液氨事故的概況。
1951年1月31日16時40分左右，由于市內(nèi)某制冰廠改建，放在路上的液氨貯槽封頭焊接處產(chǎn)生龜裂，并開始漏氨。該儲槽是直徑為0.56m、長2.5m、容積為0.6m
3的臥式圓筒形容器，內(nèi)裝約300kg液氨。
開始泄漏時，經(jīng)過輕輕敲打，泄漏處止住泄漏，但過了不久泄漏又趨于嚴(yán)重，最后封頭的龜裂加大，氨氣激烈噴出，容器的內(nèi)壓急劇下降。此時，容器內(nèi)的液氨變成過熱液體，突然引起蒸氣爆炸。爆炸產(chǎn)生的沖擊波使封頭從焊接處斷裂崩開，液氨全部噴出，由于其噴力作用致使儲槽槽體移動約10m而撞到鄰家的墻上。順著噴出方向約80m
2的地域內(nèi)充滿濃厚的氨氣，造成6名行人死亡，11人中毒。
當(dāng)時的氣溫是8℃，即使假設(shè)因受日光直射儲槽溫度上升到20℃，儲槽內(nèi)的壓力也只不過是0.85MPa左右，如若發(fā)生蒸氣爆炸，那么所產(chǎn)生的蒸氣壓至少要為原壓力的2～3倍，即產(chǎn)生1.96～2.45MPa的沖擊力。如用薄壁圓筒的計算公式計算此儲槽的破壞壓力，至少要有2.45MPa。不過這指的是焊接完好新品的破壞壓力。如果在沿封頭焊接線上已有裂口的狀態(tài)下，低于2.45MPa也是可以破壞的，即當(dāng)蒸氣爆炸的沖擊壓力加到儲槽時就足以使封頭沿整個圓周斷開并崩飛。另外，因蒸氣爆炸瞬間即產(chǎn)生了大量的氨氣造成了很多人傷亡。
例(2)～(6)的蒸氣爆炸事故，都是因為容器的液體被加熱到高溫，蒸氣壓增高，在此狀態(tài)下產(chǎn)生龜裂或裂口，而導(dǎo)致蒸氣爆炸。例如嗎，例(2)和例(5)是被加熱的鍋爐，例(3)是聚合生成熱的積聚，例(4)是火災(zāi)引起受熱，例(6)是高溫、高壓下的反應(yīng)釜。與這些事例不同，例(1)是在常溫下發(fā)生蒸氣爆炸的實例。西班牙液化丙烯罐車的爆炸事故估計也是在常溫下因儲罐發(fā)生龜裂而引起的蒸氣爆炸。
四、液化丙烯的蒸氣爆炸
下面通過計算驗證一下以上估計是否正確。爆炸事故發(fā)生時，罐內(nèi)液體的準(zhǔn)確溫度雖然不清楚，但因與現(xiàn)場緯度(41°)相同的的馬德里市7月份平均氣溫是23.6℃，故可設(shè)想儲罐內(nèi)的溫度（t）至少為24℃。在此溫度下，液化丙烯的蒸氣壓為1.1MPa，實際上受日光直接照射的儲罐溫度可能要比24℃高。
事故發(fā)生時，罐車內(nèi)液化丙烯的準(zhǔn)確裝載量不清楚，但據(jù)說有些超載，假設(shè)裝載與儲罐容量43m
3同體積的液化丙烯，那么其重量（W）約為28t。
如果當(dāng)天早晨氣溫低時，向儲罐充裝過量液化丙烯后即出發(fā)了，由于在行駛中氣溫升高，儲罐內(nèi)液體熱膨脹而在儲罐上產(chǎn)生龜裂，繼而發(fā)生泄漏。由于液體的熱膨脹力很高，所以很容易在罐車外殼上產(chǎn)生龜裂。
另據(jù)某新聞報道，沿儲罐焊接線已有70mm的龜裂。因為當(dāng)時罐內(nèi)液體溫度為24℃，沸點為－47℃，所以罐內(nèi)蒸氣壓平衡受到破壞，而突然發(fā)生了液化丙烯的蒸氣爆炸。
其次，先求液化丙烯爆炸時的蒸發(fā)液量（W），可由下式求得：
∴
即約有35%的液化丙烯在短時間內(nèi)蒸發(fā)成為蒸氣。此時生成蒸氣的體積（V）和原液體體積U之比為：
即生成的蒸氣的體積約為原液體體積的100倍，罐內(nèi)的液體在其平衡被破壞的瞬間猛烈沖擊罐壁，而使罐體受到破壞。
此時，因為儲罐外壁上已經(jīng)因超載引起了液體的熱膨脹，而產(chǎn)生一處龜裂，所以由于蒸氣爆炸的壓力進(jìn)一步擴(kuò)大此龜裂，一直發(fā)展到外殼裂開為兩段。斷開的儲罐因內(nèi)儲物的汽化和噴出的反作用而被推向遠(yuǎn)方。
蒸氣爆炸所產(chǎn)生的沖擊壓力很難用理論計算求得。現(xiàn)以日本小木曾、高木和北川徹三等人所作的基礎(chǔ)實驗結(jié)果為例，在密閉容器內(nèi)，把水加熱到155℃，當(dāng)飽和蒸汽壓達(dá)到0.54MPa時，沖破具有液體表面積1/16開口面積的防爆板，并發(fā)生蒸汽爆炸，在發(fā)出很大爆炸聲的同時，噴出的水柱高達(dá)14m左右。此時，容器內(nèi)的沖擊壓力高達(dá)1.30MPa。這就是說，此壓力相當(dāng)于最初蒸汽壓的2.4倍。蒸汽爆炸的沖擊壓力至少為最初蒸汽壓的2~3倍。為發(fā)生蒸汽爆炸，防爆板的開口面積需要相當(dāng)大，還需要迅速降低內(nèi)壓。所以，如果防爆板的開口面積小、內(nèi)壓下降少，則不會發(fā)生蒸汽爆炸。
五、丙烯的混合氣體爆炸
從爆炸現(xiàn)場的情況來看，沿公路建有公路和露營場間的磚墻，有100多米長遭到破壞，因破壞壓力的方向是由露營場朝公路方向的，所以估計這可能是由場內(nèi)著火產(chǎn)生混合氣體爆炸所形成的沖擊波造成的。
另外，如果說磚墻是在第一次蒸氣爆炸時被破壞的，那么磚墻的碎塊理應(yīng)落在露營場一側(cè)，而未倒的磚墻也應(yīng)向場內(nèi)方向傾斜，但實際情況卻正好相反。
由此可見，第二次混合氣爆炸所波及的受災(zāi)區(qū)域直徑有200多米，著火發(fā)生在場內(nèi)，由露營場向公路方向的沖擊波破壞了100多米磚墻的看法是正確的。
另外，根據(jù)上述爆炸過程考慮，目睹者所說的聽到前后兩次爆炸聲音的問題就可以得到充分解釋，即第一次爆炸是儲罐的蒸氣爆炸，而第二次爆炸是空氣中的混合氣爆炸。
六、結(jié)論
日本的安全專家收集了液化氣體蒸氣爆炸的實例并進(jìn)行估算，美國防火協(xié)會(NFPA)攝制了“沸騰液體的蒸氣爆炸(BLEVE)”的記錄片也介紹了裝有LPG的罐車和火車槽車發(fā)生撞車事故，泄漏氣體著火發(fā)生火災(zāi)，儲罐被加熱后引起蒸氣爆炸，立即形成大火球而造成災(zāi)害。這些案例都說明了被高溫加熱的液體會引發(fā)蒸氣爆炸事故的事實。
西班牙這次液化丙烯的爆炸事故，證實高壓液化氣即使不受熱，在常溫下也可以發(fā)生蒸氣爆炸。這是因為對低沸點的液化氣，常溫狀態(tài)就相當(dāng)于加熱狀態(tài)。
但是如龜裂孔比較小或一般口徑的安全裝置動作時，不會發(fā)生內(nèi)壓急劇下降，所以不必?fù)?dān)心會發(fā)生蒸氣爆炸。
七、同類事故防范措施
為了防止同類事故應(yīng)采取如下對策：
1．保證高壓氣儲罐的強度。
2．防止液化氣的超量充裝。
3．防止發(fā)生罐車撞車、翻車、墜落等交通事故。
4．在罐車兩側(cè)設(shè)置護(hù)軌板等。
