摘要：对某厂一起铝熔炼炉加料时发生的爆炸事故进行分析，结果表明这次爆炸是由混入可燃混合物发生裂解反应，达到爆炸极限引起的化学爆炸，而不是因水瞬间过热引起的物理爆炸。提出了防止此类事故重复发生的措施和建议。
关键词：铝熔炼炉；爆炸事故；爆炸极限；原因；对策
1 爆炸事故概况
某工厂一台煤气熔铝炉在熔炼铝合金时发生了爆炸事故。发生事故的班组采用半连续法铸造铝合金锭，在炉内铝液铸完后既不降温又不清理炉底残液的情况下加料连续熔炼。在向炉内加料时，加料车先将3A21(LF21)混高镁铝合金废料压包料一箱（1.5 t)倒在料仓内，分成5槽加入炉内，然后又将5A05(LF5)压余残料和1.48t铝线分成4槽，靠前、二槽都加在→一区，就在加第二槽是发生了爆炸事故。
正在加料作业的天车工面部、颈部、和双手被爆炸时喷出的火焰严重烧伤；天车操作室25mm厚的有机挡风玻璃被爆炸所产生的冲击波破断为3块，各控制器变形移位；煤气炉炉拱和竖烟道拱全部塌陷；南侧炉墙耐火砖与保温砖分离，东南两侧炉壳钢板外鼓变形，炉头烧嘴移位，顶吹煤气和空气管道在一区上空的法兰对接处段落，上炉壳拉筋抽落，煤气支管道在一区的事故翻扳被撕裂；煤气熔铝炉厂房的窗框和玻璃全部都震坏，邻近的其他建筑物和厂房均受到不同程度的损坏。
爆炸后的现场状况是：两个炉门全开着，烟道闸门处于提升状态，加料天车在一区炉门前，料槽在炉内处于斜翻。在一区炉门渣盘附近散落着崩出的7块压余残料圆饼和几根铝线材，但无铝液溅出痕迹。
2 事故原因分析
通常爆炸可分为物理爆炸和化学爆炸。物理爆炸是由于相态和压力发生突变而形成的。如铝液浇铸时模具潮湿带水引起的爆炸；化学爆炸是由于物质发生极迅速的化学反应，产生高温、高压而引起的爆炸，例如煤气和天然气等可燃气体与空气混合引起的爆炸。可燃混合物质发生爆炸需具备的条件：（1）可燃混合物浓度处于爆炸浓度极限值内；（2）有足够的点火能量。
以TMT当量来表示本次事故爆炸冲击波的破坏能量。用公式（1）[1]进行计算：
U=1000（R/R'）3
式中：U--爆炸事故冲击波的TNT当量，kg TNT；
R--破坏物与事故中心的距离，m；
R'--1000kg TNT地面爆炸实验数据，m（参见表1）。
根据事故现场破坏情况及有关事故调查结果表明，距爆炸中心约113.4 m以内发生“受压窗户大部分损坏”的情况、可知此次爆炸距爆炸中心113.4m处超压在784kPa～980 kPa之间，由此确定：R=113.4m，R'=166m～144m之间由此确定：R＝I 13．4 m，R'＝l 66 m～144 m。
按公式（1）可得：
U冲max=488.37kg TNT
U冲min=318.8 kg TNT
按冲击波能量占总爆炸能量90%计算，则此次事故的爆炸能量约为：
U max＝U冲max/0.9＝542.6 kg TNT
U min＝U冲min/0.9＝354 kg TNT
事故发生后，较初有人认为是由于物料潮湿含水、或是由于煤气不完全燃烧引起的爆炸。但当时煤气炉仪表记录反应出爆炸前1h煤气和空气的压力、流量一直比较稳定，没有明显波动，其比值符合工艺要求，炉膛内不可能有过剩煤气，故煤气爆炸的条件不够。因物料含水、工具潮湿在铝熔炼过程中引起的爆炸放炮事故偶有发生，但从来没有达到这么大的破坏力，且现场的炉门水套、炉前地面和加料车前体均没有发现铝液溅出的痕迹，与水在铝液中过热爆炸时铝液飞溅的现象不符。爆炸时两个炉门和烟道闸门都是打开的，因此，炉膛内也不会发生水蒸气超压爆炸事故。由此基本上否定了因物料潮湿含水而引起这次爆炸的可能性。
对事故进一步分析调查发现，由压包机将铝屑压制而成的压包中所含液体并不完全是水，实际上主要是压包机所使用的润滑油。对现场存留的碎屑取样分析，其含油量为2.8％，若每个压包按50 kg计算，则其含油量为1.4 kg，加入1.4 t的压包含油总量约为39.2 kg。
汽油、柴油、煤油和各种润滑油都是石油产品，它们都具有蒸发的特性，相比之下，润滑油的闪点较高。有些人误认为润滑油点火都不易燃烧，它不可能发生爆炸。事实上润滑油是属于可燃液体，它遇火和氧化剂具有燃烧和爆炸的危险[2]。压包料中的润滑油在煤气熔铝炉内受高温作用汽化为润滑油蒸气，一部分直接与炉内的氧气燃烧，另一部分以长碳链分子组成的润滑油分子在近1000℃的高温环境下裂解为短碳链的甲烷、乙烷、乙烯、丙烷和氢气等可燃性气体。
下面为热裂化的一个实例过程，包括引发、增长、终止等阶段。
引发阶段：C10H22→·C8H17＋·C2H5
增长阶段：·C2H5＋C10H22→C2H6＋C10H21
CH3（CH2）6 CH2CH2CH2·→CH3（CH2）6CH2·＋CH2＝CH2
CH3（CH2）4CH2CH2·CH2·→CH3（CH2）4CH2＋CH2＝CH2
CH3（CH2）2CH2CH2CH2·→CH3（CH2）2CH2·＋CH2＝CH2等
中止阶段为：2H·→H2
2CH3→C2H6
CH3·＋C2H5·C3H6或CH4十C2H4
实验表明，温度越高则裂解速度越快。
表2为柴油、丁烷高温下的裂解数据[3]。
裂解产生的可燃性气体、易燃的油蒸汽，一部分遇炉内过剩空气中的氧燃烧掉；另外一部分由烟道排至炉外；还有一部分由于存在涡流等复杂流动因素在炉膛内聚集，在有空气进入达到一定的浓度即爆炸极限就会发生爆炸，参见表3，
燃料的爆炸极限可用下面的公式[5]进行计算：
l／L下＝0.137×Nc＋0.04343
1／L上＝0.137×Nc＋0.05151
式中：Nc--烃类化合物中碳原子的个数：
L--燃料爆炸极限
取润滑油（30＃机油）的平均分子式为C20H40，按上式可计算出机油的爆炸极限为：
L上＝3 .135％ ＝365.8g/m3
L下＝0.3653％=42.6 g/m3
在爆炸极限状态下，由于在加料是扰动、微负压等因素的影响致使外界空气混入，在煤气火源的作用下发生了爆炸。
根据以上分析，加入炉内压包料中的机用润滑油仅仅是其中一部分参与爆炸反应。由于物质爆炸极限和爆炸威力不是一个固定值，受一些条件和因素的影响。实验表明，CH4在流动状态下会发生的爆炸强度是静态下的9倍。另外，可燃气体温度高、表面积大、液体表面流速快、引爆能量高等因素，均可使爆炸极限范围变得更宽、爆炸强度剧增，而当时的煤气熔铝炉完全具备了这些特殊条件。
经过上述分析，可以推断9#煤气熔铝炉具备下列三个爆炸条件：
可燃性物质：来源于压包料带入的30#机油，在高温环境下蒸发、裂解产生可燃性气体。
氧气：来源于当时炉内过剩空气（当时空气与煤气的比值为1.23：1，对照煤气安全技术规程中规定的比值1.17：1，炉内存在过剩的空气）；另外一个氧气来源是加料时带入的空气。
引爆能量：有较大流量的煤气在炉内燃烧，有明火又产生高温。
上述三个条件导致了此次爆炸事故的发生。
3 建议和对策
人们对熔铝炉铝合金用的物料潮湿含水发生爆炸早有认识，可是对油气爆炸的认识不够，没有意识到油分在一定条件下会产生巨大的爆炸威力。应从以下几方面采取措施，避免类似事故的重复发生。
（1） 对有关管理人员、岗位人员进行油类知识的培训教育。
（2） 打包机严禁在漏油情况下工作，一旦漏油要逐级上报、立即停止作业、及时检修和清理现场。
（3） 对油污严重的物料要单独保管，采取用热水冲洗、干燥等除油措施后方可进行熔炼。对和成本体物料要进行随机抽样破碎检查，强化收料把关检查的管理。
（4） 提高对炉子仪表系统的调控和煤气质量的要求，调整煤气和空气的流量比值必须在1：1.17，不得超过安全技术规程中规定的要求。
