液化石油氣鋼瓶爆炸及其滅火技術(shù)探討

吳晉（遼陽市消防支隊，遼寧 遼陽 111000）

液化石油氣是一種優(yōu)良的燃料，1912年，美國制成了世界上第一臺民用液化石油所灶具之后，液化石油氣迅速在全球推廣，在我國不僅幾乎在所有城市，而且在不少農(nóng)村，都用上了液化石油氣。

民用液化石油氣是用鋼瓶灌裝供應(yīng)的。在正常情況下，鋼瓶內(nèi)壓力并不高，一般只有幾十萬帕，但在異常情況下，鋼瓶內(nèi)壓力會急劇上升，直至發(fā)生爆炸。液化石油氣也是易燃易爆物品，鋼瓶物理爆炸又會導(dǎo)致化學(xué)性爆炸，并引起火災(zāi)及人員傷亡。對于這類火災(zāi)事故，撲救起來也十分困難。為了弄清鋼瓶的特性，從而找出鋼瓶發(fā)生爆炸的條件和火災(zāi)撲救戰(zhàn)術(shù)，作者在分析多起鋼瓶起火爆炸案例的基礎(chǔ)上，查閱液化氣鋼瓶的各種數(shù)據(jù)資料，依據(jù)這些資料和數(shù)據(jù)，對液化石油氣鋼瓶發(fā)生爆炸的條件、原因、特征及滅火戰(zhàn)術(shù)與技術(shù)進行探討。

1 液化石油氣鋼瓶型號規(guī)格和設(shè)計參數(shù)

1.1 液化石油氣鋼瓶的型號規(guī)格及結(jié)構(gòu)形式

民用液化石油氣鋼瓶有10公斤和15公斤兩種規(guī)格。鋼瓶屬焊縫壓力容器。10公斤、15公斤鋼瓶均采用優(yōu)質(zhì)鎮(zhèn)靜鋼沖壓拉伸成上下封頭，經(jīng)中間焊接組裝而成。鋼瓶內(nèi)壁環(huán)焊縫處有一環(huán)狀襯圈。這種鋼瓶只在瓶體中部有一道環(huán)向焊縫。

1.2 液化石油氣鋼瓶的設(shè)計參數(shù)

YSP-10型鋼瓶的容積有23.5升。灌裝容積只占總?cè)莘e的85%，允許灌裝量YSP-10G為10公斤。YSP-15型鋼瓶的容積有33.5升。灌裝容積只占總?cè)莘e的85%，允許灌裝量YSP-10G為15公斤。鋼瓶按充裝純丙烷設(shè)計，使用溫度為-40℃～+60℃，設(shè)計工作壓力為1.6MPa，壁厚≥2.5毫米。鋼瓶水壓試驗壓力為2.4 MPa，水壓爆破試驗壓力為12 MPa，氣密性試驗壓力為1.6 MPa。兩種鋼瓶的角閥口徑為 16mm×1.5mm（一型），18mm×1.5mm（二型），出氣口口徑10mm，與減壓閥連接處口徑為22mm。

2 液化石油氣鋼瓶發(fā)生爆炸的條件和原因

液化石油氣鋼瓶在設(shè)計制造時，對其耐壓、使用溫度范圍、液化石油氣灌裝量等作了嚴格規(guī)定和要求，保證在設(shè)計條件內(nèi)使用不發(fā)生意外。但在實際使用中，由于某些特殊的客觀因素卻可能使鋼瓶內(nèi)的液化石油氣壓力超過鋼瓶允許工作壓力，導(dǎo)致鋼瓶爆炸。根據(jù)案例分析和實驗證明，鋼瓶發(fā)生爆炸的條件和原因主要是由于受熱，瓶內(nèi)壓力超過設(shè)計壓力，具體主要有以下兩個方面。

2.1 超量灌裝液化石油氣

鋼瓶內(nèi)充灌的液化石油氣具有很大的膨脹性能，丙烷的體裁積膨脹系數(shù)約為水的16倍，見表1。

表1 液化石油氣的液化各級分和水的體積膨脹系數(shù)

鋼瓶內(nèi)液化石油氣的飽和蒸汽壓隨著溫度升高而升高。一般情況下，鋼瓶內(nèi)液化石油氣是氣、液兩相共存，處于相對平衡狀態(tài)。液化石油氣在不同溫度下各組分飽和蒸汽壓見表2

表2 液化石油氣在不同溫度下各組分的飽和蒸汽壓

由表2可見，飽和蒸汽壓隨溫度上升并不迅速，溫度升高1℃，壓力約為增加2×104 Pa～3×104Pa。而液體膨脹壓力則明顯不同，隨著溫度的上升，壓力會急劇升高。溫度每升高1℃，壓力能上升2.18 MPa～3.18 MPa。如果鋼瓶全部灌滿（均為液態(tài)），只要溫度升高4℃左右，鋼瓶內(nèi)壓力就會超過設(shè)計壓力而發(fā)生爆炸。因此規(guī)定，鋼瓶的灌裝量絕不可超過其容積的85%，如果超量灌裝，極易發(fā)生爆炸，將是非常危險的。

液化石油氣鋼瓶如果直接受到太陽的高溫輻射，或被其他熱源加熱，飽和蒸汽壓上升，就有爆炸危險；而超量灌裝，只要溫度稍有上升，即可能發(fā)生爆炸。

2.2 液化石油氣鋼瓶臥于地面自身燃燒

鋼瓶上安裝有減壓閥，當(dāng)用戶因某種原因?qū)е聹p壓處漏氣著火時，在驚慌失措之中往往會將鋼瓶臥倒于地面。由于鋼瓶是圓柱形，裝有減壓閥會產(chǎn)生偏重，致使減壓閥出氣口朝向地面燃燒，若地面是水泥、瀝青、石板、鵝卵石路等，燃燒的溫度會輻射到瓶體上，使鋼瓶局部受到火焰的直接燒灼，鋼瓶內(nèi)的液化石油氣受熱后迅速膨脹；這時減壓閥經(jīng)高溫?zé)坪?，?nèi)部的橡皮膜也會熔化，能夠起到一定的泄壓作用；但由于減壓閥上的出氣口口徑很小，阻礙著鋼瓶內(nèi)迅速增大的壓力順暢地向外泄漏，加上鋼瓶受到局部燒灼后瓶體材質(zhì)退火，承受不住過大的壓力，便會發(fā)生爆炸。

3 液化石油氣鋼瓶發(fā)生爆炸的時間及爆炸前的特征

鋼瓶倒臥地面燃燒時，持續(xù)約4分鐘之后，就有發(fā)生爆炸的可能；火焰和聲音同時發(fā)生變化，火焰顏色由橙黃色變得略微發(fā)白，聲音由“呼呼”的吼聲變成輕微急促的“嘶嘶”聲，這就預(yù)示著鋼瓶即將爆炸；有的鋼瓶可以明顯地看出瓶體稍有膨脹；火焰和聲音發(fā)生變化，持續(xù)約5～10秒鐘，聲音和火焰禮突然消失，隨即發(fā)生爆炸；

4 關(guān)于液化石油氣鋼瓶能否發(fā)生爆炸的理論分析

液化石油氣鋼瓶內(nèi)灌裝的液化石油氣（以下以丙烷為例），是在常溫16℃的情況下，加壓 0.7 MPa～0.8 MPa后，由氣態(tài)變成液態(tài)充進鋼瓶的，其相對密度為空氣的1.56倍，火焰溫度的理論值為1800℃，與空氣混合濃度達到1.5%～10%左右時，遇火源就能引起爆炸。

鋼瓶內(nèi)充裝的液化石油氣會不會發(fā)生回火爆炸呢？結(jié)論是不會發(fā)生回火爆炸，理由有以下三個方面：（1）當(dāng)鋼瓶出氣口上安裝有減壓閥時，因減壓閥內(nèi)有止回結(jié)構(gòu)，故絕對不會發(fā)生回火爆炸事故。（2）若鋼瓶出氣口上沒有安裝減壓閥或減壓閥失效時，由于鋼瓶內(nèi)充裝的液化石油氣已具有一定的壓力，大于外界的空氣壓力，處于正壓狀態(tài)，當(dāng)鋼瓶任何部位產(chǎn)生破損漏氣，并遇到著火源時，均以穩(wěn)定的形式在漏氣處呈火炬狀態(tài)燃燒，火焰方向穩(wěn)定，燃燒范圍不變，即漏出多少氣體，就能燒掉多少氣。隨著鋼瓶內(nèi)的液化石油氣減少，壓力也相應(yīng)減小，火焰由大變小，聲音由響變?nèi)?；?dāng)鋼瓶內(nèi)的壓力與外界大氣壓相等時，鋼瓶內(nèi)的液化石油氣不再向外泄漏，鋼瓶出氣口處的混合氣體濃度也就達不到爆炸濃度極限，燃燒便會自行熄滅；因液化石油氣相對密度大，這時鋼瓶內(nèi)仍然留有少量的液化石油氣，而外界的空氣一時進不去，所以鋼瓶內(nèi)暫時不能形成混合氣體，因此也就不會發(fā)生回火爆炸。（3）鋼瓶出口口徑小，也是不會發(fā)生回火爆炸的重要因素。因為火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c口徑大小有直接關(guān)系?？趶酱?，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?；口徑小，火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷?；而且口徑小到一定程度時，火焰就不能傳播了。當(dāng)口徑很小時，燃燒產(chǎn)生的熱量消耗于加熱區(qū)和反應(yīng)區(qū)的管壁；熱量消耗于加熱燃燒產(chǎn)物；在管徑縮小時，這種熱損失將增大，即受熱表面和混合氣體體積的比值增大；由此可見，在口徑縮小時，反應(yīng)區(qū)和受熱區(qū)的單位體積導(dǎo)向管壁的熱損失大大增加，燃燒溫度降低，火焰?zhèn)鞑ニ俣纫簿蜏p慢。當(dāng)口徑小到某一極限數(shù)值時，熱損失大大超過反應(yīng)熱，火焰就不能在管內(nèi)傳播了。

5 液化石油氣鋼瓶火災(zāi)的撲救戰(zhàn)術(shù)

鑒于液化石油氣鋼瓶發(fā)生爆炸的條件和原因有所不同，發(fā)生爆炸的時間及爆炸前的特征也有一定的規(guī)律性，因此在撲救鋼瓶火災(zāi)時戰(zhàn)術(shù)方法有有所不同，消防人員要根據(jù)火場偵察的情況區(qū)別對待，有所選擇，切不可盲目撲救，以免造成不必要的人員傷亡。

5.1 火情偵察

（1）鋼瓶處于什么狀態(tài)燃燒，是站立不是倒臥，在室內(nèi)還是室外。

（2）鋼瓶是處于燃燒區(qū)中被火燒灼，還是僅僅是自身出氣口燃燒，鋼瓶起火已有多長時間。

（3）鋼瓶角閥上有無安裝減壓閥。

（4）鋼瓶燃燒時發(fā)出的聲音和火焰顏色的變化情況。

5.2 撲救措施

5.2.1 撲救倒臥于地面，減壓閥朝向地面燃燒的鋼瓶火災(zāi)

消防人員切不要盲目接近鋼瓶，因為從鋼瓶起火到消防隊接警后到達現(xiàn)場，一般要3分鐘之后，而這是鋼瓶正處于可能發(fā)生爆炸的危險階段。消防人員就利用附近的掩蔽物體迅速接近鋼瓶，水槍手用開花射流冷卻瓶體；在沒有可以利用的掩蔽物體的地方，水槍手應(yīng)臥倒于地面，拖拽著水槍匍匐前進，進攻路線要選擇面向鋼瓶中間部位的地方，避開鋼瓶的兩端。模擬實驗證明：鋼瓶由于材質(zhì)和生產(chǎn)過程中質(zhì)量把握得好，發(fā)生爆炸后只產(chǎn)生少量碎片，一般為2-5片，多的在8片左右。由于瓶體兩端封頭呈半球體狀，承受壓力比較大，所以鋼瓶爆炸時都是從兩端朝外炸，兩端封頭不易破裂，破片最遠可以飛出百余米，對人體有直接殺傷作用，對普通建筑物有一定的破壞力量，在短時間里帶有幾百度的高溫，飛到草、木等燃點較低的可燃物質(zhì)上能立即引起燃燒。鋼瓶一旦發(fā)生爆炸，消防人員要注意觀察有無造成新的燃燒點。

5.2.2 在建筑物火災(zāi)中，建筑內(nèi)物品和液化石油氣鋼瓶同時燃燒的火災(zāi)

鋼瓶角閥失去控制作用的火災(zāi)，消防人員切不可將火焰撲滅。因為火焰撲滅后，鋼瓶內(nèi)充灌的液化石油氣繼續(xù)泄漏，與空氣混合達到一定濃度，遇明火會發(fā)生爆燃，造成更為嚴重的后果，甚至引起更大的火災(zāi)事故。應(yīng)用水槍不間斷地冷卻鋼瓶，并將鋼瓶轉(zhuǎn)移到安全處，維持鋼瓶內(nèi)的液化氣體全部燒光。如果鋼瓶倒臥于地面上，而且沒有安裝減壓閥，這時最好想方設(shè)法將鋼瓶立起來，但必須是在用水槍射流冷卻鋼瓶之后。

鋼瓶角閥未失去控制作用的火災(zāi)，消防人員首先要冷卻被火烘烤的液化石油氣鋼瓶，并及時撲滅液化石油氣鋼瓶周圍的火勢，然后撲滅液化石油氣鋼瓶的火勢，將角閥關(guān)閉，并轉(zhuǎn)移出火場，然后迅速年來建筑火災(zāi)。

5.2.3 撲救建筑物燃燒對液化石油氣鋼瓶構(gòu)成威脅的火災(zāi)

液化石油氣鋼瓶在火勢的直接烘烤下，幾分鐘就會發(fā)生爆炸，消防人員應(yīng)在水槍的掩護下，及時將液化石油氣鋼瓶搬出火場，當(dāng)液化石油氣鋼瓶不易搶出，又隨時有爆炸危險時，要用噴霧射流強行對鋼瓶進行冷卻，并迅速撲滅鋼瓶周圍的火勢，消防鋼瓶爆炸危險后，再將鋼瓶搬離火場，放置到安全場所。

綜上所述，液化石油氣鋼瓶能否發(fā)生爆炸是有其特定環(huán)境和條件的，因此，我們在撲救液化石油氣鋼瓶火災(zāi)時，要做到不同情況區(qū)別對待，即要有勇敢、無畏的戰(zhàn)斗精神，又要有嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，決不能盲目撲救，以避免造成不應(yīng)有的傷亡和損失。

[1]中華人民共和國公安部消防局.中國消防手冊[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2006.