某日上午8點(diǎn)滲碳主爐升到900℃后，開始進(jìn)行送氣操作，8點(diǎn)30分左右，廢氣排放管排出的廢氣被點(diǎn)燃，爐膛壓力為200Pa。中午11點(diǎn)30分左右發(fā)現(xiàn)甲醇沒有流量，油槽廢氣火焰已經(jīng)很小，爐壓表示值幾乎為零。操作工準(zhǔn)備去打開爐膛保護(hù)氮?dú)鈺r(shí)才發(fā)現(xiàn)儲備的4瓶瓶裝氮?dú)鈨奘强展蓿瑴?zhǔn)備加注甲醇以便讓爐膛盡快恢復(fù)正壓時(shí)，才意識到用天車運(yùn)輸甲醇到甲醇儲罐需要走過漫長的近100m的距。11點(diǎn)38分左右爐壓為零，油槽廢氣燃燒火焰熄滅。約11點(diǎn)40分甲醇開始加入主爐，加注甲醇約1min后油槽發(fā)生爆炸。

　　爆炸造成滲碳爐中門被炸壞，中門上的爐磚被炸飛，只剩下兩條固定鋼板，油槽防爆蓋被炸變形，淬火油從防爆蓋飛濺而出，飛出的高溫油滴落到油槽旁邊操作工的頭上和臉上，造成輕微燒傷。爆炸情況見圖1被炸壞的中門、圖2飛濺的淬火油。

　　2.爆炸三要素
　　，往一個(gè)幾乎密閉的玻璃管內(nèi)通入氫氣，然后用酒精燈加熱玻璃管，當(dāng)加熱到一定程度時(shí)，玻璃管口就會噴出火焰同時(shí)發(fā)出爆鳴聲。劇烈的燃燒反應(yīng)或者說爆炸具有下列特征：
　?、俦ㄋ矔r(shí)完成。
　?、诒ㄆ瘘c(diǎn)附近壓力急劇升高并伴有溫度升高。
　?、郾ㄖ車橘|(zhì)在高壓沖擊波作用下產(chǎn)生振動或受到機(jī)械破壞。
　?、苡捎诮橘|(zhì)振動而產(chǎn)生巨大聲響。

　　爆炸三要素或者說三個(gè)條件是：
　?、倜荛]空間。
　　②爆炸混合比。
　　③明火源或達(dá)到著火溫度。

　　上述三個(gè)條件是爆炸的必要條件，只有當(dāng)條件②爆炸混合比形成后，條件③明火源或達(dá)到著火點(diǎn)再被滿足，氣體的爆燃才會發(fā)生，而條件①密閉空間只是加大了爆炸的破壞性。如果條件③明火源或達(dá)到著火溫度在可燃?xì)夥张c空氣達(dá)到爆炸混合比之前就存在，也不會發(fā)生爆炸，例如加熱用的點(diǎn)火燒嘴，電氣控制上就是先點(diǎn)火，然后開空氣電磁閥，緊接著再開燃?xì)怆姶砰y，最終形成穩(wěn)定燃燒的火焰；可控氣氛爐主爐送氣操作，也是先將主爐溫度升高到750℃以上，再向充滿空氣的高溫爐內(nèi)通入可燃?xì)夥眨罱K達(dá)到整個(gè)爐膛全部充滿可燃?xì)夥?。?shí)踐證明，對可控氣氛熱處理爐來說先升到750℃以上之上再送氣的操作是安全的，并已被廣泛應(yīng)用于熱處理生產(chǎn)實(shí)際。

　　1）密閉空間
　　爆炸是可燃?xì)怏w的爆燃，同時(shí)伴隨著氣體體積的膨脹，只要阻礙了爆燃?xì)怏w膨脹的空間均可稱為密閉空間。一個(gè)小小的玻璃管可以稱為密閉空間，例如氫氣爆鳴試驗(yàn)；相對封閉、獨(dú)立的車間也可稱為密閉空間，例如昆山某廠鋁粉塵爆炸的車間就是一個(gè)密閉空間。對于可控氣氛熱處理設(shè)備來說，存在密閉空間是必然的，因?yàn)橹挥性诮醴忾]的主爐內(nèi)才能升高溫度、建立保護(hù)氣氛、升高碳勢，完成需要的保護(hù)氣氛加熱及滲碳等工藝。可控氣氛爐的油槽就是一個(gè)典型的且處于安全溫度之下的封閉空間，在該空間發(fā)生爆炸的可能性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于使用溫度在安全溫度之上的滲碳主爐。

　　2）爆炸極限
　　可燃?xì)怏w與空氣混合達(dá)到一定比例，遇明火或達(dá)到著火點(diǎn)就會發(fā)生爆炸，這個(gè)比例范圍的上限、下限分別被稱為爆炸極限的上限和下限，在此比例范圍之外就不會發(fā)生爆炸。爆炸極限濃度范圍越寬，該種可燃?xì)怏w的爆炸危險(xiǎn)性越大。對可控氣氛熱處理爐來說，當(dāng)爐內(nèi)充滿可燃?xì)夥諘r(shí)，當(dāng)爐內(nèi)的含氧量≤1%時(shí)，被認(rèn)為是安全的。一個(gè)正在生產(chǎn)的相對來說是安全的也即可燃?xì)夥张c空氣的混合比在爆炸極限范圍之外的可控氣氛熱處理爐，當(dāng)爐內(nèi)壓力變化甚至產(chǎn)生負(fù)壓時(shí)，空氣就可能倒吸進(jìn)爐內(nèi)，使?fàn)t內(nèi)已建立的可燃?xì)夥张c空氣的安全混合比進(jìn)入到爆炸極限范圍之內(nèi)。表為可控氣氛爐或有機(jī)液體裂解氣與空氣混合的爆炸極限。

　　3）明火源或著火點(diǎn)
　　引燃可燃?xì)夥盏臏囟?，稱為著火點(diǎn)，對于已充滿可燃?xì)怏w的封閉空間而言，只要很小的范圍或局部區(qū)域內(nèi)存在著火點(diǎn)或者說達(dá)到可燃溫度，哪怕是靜電火花，都可能引起可怕的爆炸，比如在加油站，吸煙是被禁止的。對可控氣氛熱處理爐來說，存在以下幾種著火源：①熱工件。②爐內(nèi)高溫鋼制零件。③高溫輻射管。④爐內(nèi)運(yùn)動部件摩擦或撞擊產(chǎn)生的火花。

　　3.可控氣氛爐安全送氣、停氣操作規(guī)程
　　幾乎所有的可控氣氛爐都有著近乎相同的使用流程，將爐子溫度升高，然后進(jìn)行送氣操作，并通過對碳勢、氮?jiǎng)莸目刂苼碚{(diào)節(jié)可燃?xì)怏w通入量，表2為常見可控氣氛的種類及基本組分含量。無論是750℃以上進(jìn)行的滲碳、碳氮共滲抑或保護(hù)氣氛加熱，還是750℃以下進(jìn)行的氮化、氮碳共滲等工藝，通入爐內(nèi)的可燃?xì)怏w無一例外都含有CO、H2等非常危險(xiǎn)的爆炸氣體，稍有不慎就有爆炸的危險(xiǎn)。

　　從可控氣氛爐使用來看，整個(gè)爐膛就是一個(gè)密閉空間，因此可控氣氛爐的所有安全操作規(guī)程，都是圍繞著火溫度和爆炸極限兩要素展開的，要么保證爐膛所有區(qū)域在送氣之前升溫到著火溫度之上，要么避免爆炸混合比形成。在750℃安全溫度之上可燃?xì)怏w與空氣以任何比例混合都不會爆炸，而安全溫度之下使用的爐子或者存在局部低溫區(qū)域如油槽的爐子相對來說是危險(xiǎn)的，因?yàn)橐坏┍ɑ旌媳刃纬桑乐箍煽貧夥諣t內(nèi)不出現(xiàn)著火點(diǎn)幾乎是不可能的。

　　用來防止可燃?xì)怏w與空氣混合形成爆炸混合比的方法有氮?dú)庵脫Q法和燃燒法換氣兩種，而預(yù)抽真空的方法可歸結(jié)到氮?dú)庵脫Q的范疇，抽真空只是加快了氮?dú)庵脫Q速度、節(jié)約了氮?dú)?。氮?dú)庵脫Q法就是用氮?dú)庵脫Q爐內(nèi)空氣，或者用氮?dú)庵脫Q爐內(nèi)可燃?xì)怏w，從而有效防止可燃?xì)怏w與空氣形成爆炸混合比，有資料顯示當(dāng)置換氮?dú)馔ㄈ肓窟_(dá)到爐膛體積的5倍時(shí)，被認(rèn)為是安全的。燃燒換氣法就是用燃燒的方法將爐內(nèi)原有空氣消耗掉，使?fàn)t膛充滿可燃?xì)怏w，比如多用爐的送氣操作；或者是用燃燒的方法將爐內(nèi)原有可燃?xì)怏w燒掉，使?fàn)t膛充滿空氣如多用爐開門操作、多用爐燒炭黑操作。表3為可控氣氛爐送氣操作規(guī)程，表4為可控氣氛爐停氣操作規(guī)程。

　　4.事故原因分析及預(yù)防措施
　　（1）原因分析
　　油槽廢氣正常燃燒，說明油槽被可燃?xì)夥粘錆M，雖然油槽滿足了密閉空間的條件，但爆炸混合比沒有形成，油槽內(nèi)氣氛是安全的爆炸不會發(fā)生。當(dāng)甲醇停止供應(yīng)后，爐膛只有排氣，沒有進(jìn)氣，爐壓開始降低。雖然油槽溫度低于著火溫度，但相比于爐外環(huán)境溫度仍然是較高溫度空間，根據(jù)熱氣球原理，當(dāng)爐壓降到零壓以后爐膛開始逐步進(jìn)入負(fù)壓狀態(tài)，不可避免的會有一定量的空氣會被倒吸進(jìn)油槽。當(dāng)油槽廢氣火焰逐漸變小并最終熄滅時(shí)，油槽內(nèi)可燃?xì)夥张c空氣混合比也正在向爆炸極限逐步靠近，當(dāng)甲醇再次加入后產(chǎn)生的大量高溫甲醇裂解氣從中門下方向油槽流出時(shí)，正好油槽內(nèi)爆炸混合比形成，爆炸隨即發(fā)生，火焰從中門附近迅疾向整個(gè)油槽擴(kuò)展，爆炸產(chǎn)生的沖擊波將中門磚炸塌，最終從油槽上方的防爆蓋得到釋放，防爆蓋被炸開的同時(shí)大量的淬火油霧噴射而出。如果在爐膛壓力幾乎為零時(shí)，無論是執(zhí)行開前門操作將爐內(nèi)可燃?xì)夥杖紵簦€是通入5倍于爐膛體積的氮?dú)鈱t內(nèi)可燃?xì)夥罩脫Q成氮?dú)?，爆炸事故都不會發(fā)生。

　?。?）事故總結(jié)
　　任何事故的發(fā)生，都是由多個(gè)小的錯(cuò)誤或疏忽積累到一起，在一定條件下的集中爆發(fā)并釀成慘劇。關(guān)于此次事故，經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)總結(jié)如下：①安全管理沒有到位，沒有對相關(guān)操作工進(jìn)行培訓(xùn)，更沒有相應(yīng)安全管理文件及應(yīng)急處置措施。②甲醇沒有及時(shí)儲備，氮?dú)鉀]有及時(shí)儲備。③操作者安全意識淡薄，存在僥幸心理，沒有執(zhí)行相應(yīng)的安全操作規(guī)程。

　　（3）預(yù)防措施
　　亡羊補(bǔ)牢，為時(shí)未晚，針對此次事故，制定下列安全預(yù)防措施：①成立安全管理小組，并制定相依規(guī)章管理制度，并落實(shí)到專人負(fù)責(zé)，編制安全操作說明書，對操作工進(jìn)行培訓(xùn)，提高操作者的安全意識及操作技能。②編制設(shè)備點(diǎn)檢表，對設(shè)備進(jìn)行定時(shí)點(diǎn)檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，實(shí)現(xiàn)人對設(shè)備的監(jiān)控。③在安全氮?dú)鈧渥阒埃瑖?yán)禁啟爐。④對涉及到爐子密封的各部位，各部件定期進(jìn)行檢查，諸如前門、中門、加熱元件、風(fēng)扇包、熱電偶、氧探頭、觀察窗、防爆蓋及各限位桿的密封性檢查。⑤甲醇儲罐上增加液位報(bào)警聲光提示，當(dāng)甲醇儲備不足時(shí)及時(shí)提醒；增加液位顯示玻璃管，當(dāng)電信號提示出現(xiàn)故障時(shí)，操作工用肉眼也能觀察甲醇液位，在液位降低時(shí)及時(shí)加注甲醇。⑥甲醇供給管路上安裝壓力表及相應(yīng)的壓力傳感器，當(dāng)甲醇壓力降低時(shí)，操作者可以肉眼發(fā)現(xiàn)壓力的變化，當(dāng)操作者不在設(shè)備附近時(shí)能聽到設(shè)備發(fā)出的甲醇壓力報(bào)警信號。⑦在油槽增加安全保護(hù)氮?dú)?，該保護(hù)氮?dú)獾拈_啟與爐膛壓力連鎖，當(dāng)爐膛壓力低于某一數(shù)值時(shí)，自動沖入油槽，防止低溫油槽出現(xiàn)負(fù)壓。

　　5.結(jié)語
　　在深入理解爆炸三要素及嚴(yán)格執(zhí)行可控氣氛熱處理爐安全操作規(guī)程的基礎(chǔ)上，可以避免可燃?xì)夥毡O限在爐內(nèi)形成，或者在設(shè)備故障隱患已出現(xiàn)的情況下，通過正確操作仍可化險(xiǎn)為夷；相反錯(cuò)誤的操作或安保措施不到位，不僅造成設(shè)備的損害，甚至引發(fā)人身傷害事故。

來源：《金屬加工：熱加工》2016年第9期