安全话题| 实验室常见的爆炸源有哪些?
2018-12-27 12:46:01 作者:欣博士 来源:材料匠 分享至:

    导读

 

    香港浸会大学学生宿舍伟伦楼南座22日凌晨1时发生火警,怀疑有学生庆祝生日,撒面粉引起粉尘爆炸。共有12名学生受伤,包括4男8女,大部份手脚及面部烧伤。

 

10.jpg


    面粉为什么会爆炸

 

    当大量极细的面粉粉尘悬浮于空中,并达到一定的浓度时,比如每立方米空气中含有9.7g面粉时,一旦遇有火苗或者火星,瞬间就会燃烧起来,形成猛烈的爆炸。


    因为粉尘具有较大的比表面积,与块状物质相比,粉尘化学活性强,接触空气面积大,吸附氧分子多,氧化放热过程快。当条件适当时,如果其中某一粒粉尘被火点燃,就会像原子弹那样发生连锁反应,爆炸就发生了。


    为何实验室更危险

 

    高校实验室科研过程中经常使用各种化学药品和仪器设备,会遇到有高低温、高低压的的实验条件和高电压、高频和带有辐射源的仪器设备,再加上培训不足,人员流动过大,因此实验室成为是安全事故的高发区。非营利组织安全机构的James Kaufmans指出:实验室发生事故的概率比工厂高100倍。据统计,其中98%的实验室安全事故属于人为因素, 人为因素包括不安全行为和不安全环境。


    不安全行为:主要由下列问题引起的,不正确的安全态度、缺乏必要的安全知识和及技术、不恰当的生理和不恰当环境和设备引起的行为;不安全环境:是指实验场所中,工作环境、设备设施等对人产生的危险因素。


    世界着名安全管理专家Herbert William Heinrich将伤亡事故从起源至发生过程划分为五个因素:社会环境、人为过失、不安全动作、意外事件、伤亡。假如第一块“骨牌”倾倒,就会一个接着一个全部倾倒,从而导致伤亡事故。如果控制处于中心地位的不安全动作的“骨牌”,则后续动作无效,使倾倒系列中断,则事故不会发生,故预防工作的中心就是消除人的不安全行为和物的不安全状态。

 

11.png


    事故因果连锁论事故虽然由不安全行为和不安全环境引起的,但两者乃由危险源控制不足所引起,根本原因是管理不善、不重视安全、缺乏安全意识和决心。

 

12.png


    新事故因果连锁论公安消防部队的李志红统计了2001年到2013年间发生在实验室的100起典型事故发现, 实验室最常见事故是的爆炸和火灾,主要由易燃气体和液体引起,而由爆炸物引起的相对来说比较少。易燃气体、易燃固体、腐蚀性物质事故、氧化性物质和有机过氧化物等5类危险品引起的事故共71起。

 

13.jpg

14.png

 


    实验安全知识

 

    因此,了解和预防爆炸是实验室安全的重中之重。爆炸通常可以可分为物理性爆炸和化学性爆炸。


    物理性爆炸:物质因状态或压力发生突变而形成的爆炸;化学性爆炸: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。


    实验室易发生物理性爆炸的仪器:高压气瓶、水热反应釜和管式炉等。


    物料性爆炸案例及分析

 

    1、封管事故

 

    某高校李某在进行实验时,往玻璃封管内加入氨水20mL,硫酸亚铁1g ,原料4g,加热温度160℃。当事人在观察油浴温度时,封管突然发生爆炸,整个反应体系被完全炸碎。当事人额头受伤,幸亏当时戴防护眼睛,才使双眼没有受到伤害。


    事故分析:实验室常用的耐高压封管建议安全使用压力一般不超过6个大气压,而26%浓度的氨水(实验室常用的氨水浓度29%左右)在110℃的饱和c就达到10个大气压以上。实验时没有计算氨水饱和蒸汽压。


    2、水热反应釜爆炸

 

    2004年,清华大学逸夫科技楼水热反应釜爆炸事故。

 

15.jpg


    事故分析:水热反应绝对禁止使用马弗炉,马弗炉最高使用温度都是700℃以上,弗炉的热电偶是电位差计的原理,很多是以室温作为零点补偿,在低温使用时显示温度和实际使用温度并不一致,实验室的马弗炉往往没有定期校正,造成温度误差更大,有可能显示温度和实际温度相差几十度。几十度的温差不仅会造成做的水热反应没有任何科学价值,还会造成危险。水热反应应该使用专用防爆烘箱。


    预防物理性爆炸的注意事项:


    水热反应时:


    1、尽量选有气压表和减压阀的水热反应釜在专用防爆烘箱中进行。当使用简易反应釜时,应该考虑不同的情况。使用聚四氟乙烯内衬,最高使用温度≤230℃,长时间使用温度≤200℃,体系压力≤3Mpa,升降温速率≤5℃/min 。当使用PPL对位聚苯内衬,最高使用温度≤280℃,长时间使用温度≤250℃,体系压力≤3Mpa,升降温速率:≤5℃/min。

 

    2、反应体系不能是产生气体和爆炸的反应体系。


    3、水热反应时,物料填充度不要超过80%。物料填充度主要是考虑溶液受热膨胀时体积的变化,减少物料填充度并不会明显减低反应时体系的压力,故不能减少物料填充度而提高反应温度。并且反应体系压力要依照反应体系根据克拉帕隆-克劳休斯方程计算反应气压,最大压力不超过3Mpa。


    4.考虑到内衬老化,烘箱显示温度和实际温度的差异,和未知反应等因素,体系实际使用温度预留部分安全值,一般建议值在20℃以上。


    使用管式炉时:当两端堵住加热时,气腔内的气体因为受热膨胀。理想气体定律:PV=NRT,当加热为1000℃时,腔内的气压为三个大气压以上,而管式炉本身不耐压,因此发生爆炸。密闭的反应体系非常容易产生高压而造成爆炸,在设计密闭的反应体系的试验时,要考虑反应会不会产生大量的热,反应物体积变化等种种因素。如配制溶液时,错将水往浓硫酸里倒,或者配制浓的氢氧化钠时未等冷却就将瓶塞塞住摇动都会发生爆炸。减压蒸馏时,若使用平底烧瓶或锥瓶做蒸馏瓶或接收瓶,因其平底处不能承受较大的负压而发生爆炸。


    化学性爆炸分为支链爆炸和热爆炸。


    支链爆炸:由于存在支化反应,即一个自由基的反应产生许多个自由基,如H2+O2的反应,消耗一个H又产生3个H, H的数目将以指数地增加,引起的爆炸。乙烯、乙炔、苯、乙醇、乙醚、丙酮、乙酸乙酯、一氧化碳、水煤气和氨气等可燃性气体与空气混合至爆炸极限,一旦有一热源诱发,极易发生支链爆炸;热爆炸:当一放热反应在无法散热情况下进行时,反应热将使系统温度剧烈上升,而温度又使反应速率按指数规律上升。这种循环很快,使反应在短时间内放出大置热而发生爆炸。过氧化物、高氯酸盐、叠氮铅、乙炔铜、三硝基甲苯等易爆物质,受震或受热可能发生热爆炸。


    化学性爆炸案例及分析

 

    3、气瓶爆炸死亡事故

 

    2015年4月5日12时40分许,在中国矿业大学化工学院实验室发生一起气瓶爆炸死亡事故,造成1人死亡,4人受伤。直接经济损失约200万元人民币。


    事故分析:气瓶装有甲烷、氧气、氮气的混合气体,气瓶内甲烷含量达到爆炸极限范围,开启气瓶阀门时,气流快速流出引起的摩擦热能或静电,导致瓶内气体反应爆炸,是事故发生直接原因。实验人员在实验时操作不当,是导致事故发生间接原因。

 

16.jpg


    何添楼火灾事故2015年12月18日清华某博后进行催化加氢实验,氢气钢瓶爆炸造成一名实验人员死亡钢瓶原长度大概一米,爆炸后只剩上半部大概40公分。

 

17.jpg


    4、美国国德克萨斯州理工大学爆炸

 

    2010年1月7日,美国德克萨斯州理工大学化学与生物化学系实验室发生了爆炸,1名5年级学生与1名1年级学生进行合成高氯酸肼镍衍生物(NPH)课题实验,通常为了表征新合成的高氯酸肼镍衍生物(NPH)物质活性需要进行示差扫描热量分析、落锤冲击性、热重分析等试验,而每次合成实验得到的反应物一般在50-300mg,为了避免多次合成,两名学生在没有咨询首席研究员的情况下,擅自放大合成实验规模,一次性得到了10gNPH。爆炸导致1名毕业生失去了3根手指,手和脸部被烧伤,一只眼睛被化学物质烧伤事故分析:

 

18.jpg


    1)美国德州理工大学研究工作中,对物质本身危害性没有得到有效评估和控制;2)美国德州理工大学实验室安全管理程序只是沿用(美国职业安全与卫生署)《实验室危害化学品工作场所暴露标准》,而此标准旨在处理危害化学品暴露环境中对身体健康危害,而没有关注化学品物质危害

 

    5、上海有机所爆炸

 

    2006年,某同学将多次合成的产物(多氮化合物)装瓶保存,在装瓶过程中有一小块产物粘在瓶口,当事人用不锈钢拨下粘在瓶口的产物时发生爆炸,当事人眼角膜、脸和手被割伤,耳膜受到巨大的爆炸声震伤。


    事故分析:不锈钢勺与多氮化合物撞击引爆化合物,该化合物为易爆高危药品。而类似的事故在上海有机所1年前就发生过。


    预防化学性爆炸的注意事项:


    关于气瓶: 气瓶颜色和年检的规定:

 

19.jpg


    气瓶的安全使用:


    气瓶应存放在阴凉、干燥、远离热源的地方,易燃气体气瓶与明火距离不小于5米;氢气瓶最好隔离;易燃气体气瓶和助燃气体相隔10米以上。


    气瓶搬运要轻要稳,放置要牢靠;各种气压表不得混用;氧气瓶严禁油污,注意输气管无油污,有油污容易爆炸。乙炔不能使用铜管,否则会生产乙炔铜,容易爆炸。


    气瓶内气体不可用尽,以防空气倒灌,如氢气罐被空气倒灌,生成混合易炸混合气体。一般要预留0.05 MPa 以上,最好是0.2MPa 以上,如果不小心用完,严禁在实验室存储。


    开启气门时应站在气压表的一侧,不准将头或身体对准气瓶总阀,以防万一阀门或气压表冲出伤人。


    氢气等可燃气体使用前要检查纯度和设备密封性。


    其它安全事项:


    可燃气体与空气混合,当两者比例达到爆炸极限时,受到热源(如电火花)的诱发,就会引起爆炸。


    使用可燃性气体时,要防止气体逸出,室内通风要良好。


    操作大量可燃性气体时,严禁同时使用明火,还要防止发生电火花及其它撞击火花。


    有些药品如叠氮铝、乙炔银、乙炔铜、高氯酸盐、过氧化物等受震和受热都易引起爆炸,使用要特别小心。


    严禁将强氧化剂和强还原剂放在一起。


    久藏的乙醚使用前应除去其中可能产生的过氧化物。


    进行容易引起爆炸的实验,应有防爆措施。

 

 

更多关于材料方面、材料腐蚀控制、材料科普等方面的国内外最新动态,我们网站会不断更新。希望大家一直关注中国腐蚀与防护网http://www.ecorr.org

 


责任编辑:王元

 


《中国腐蚀与防护网电子期刊》征订启事
投稿联系:编辑部
电话:010-62313558-806
邮箱:
fsfhzy666@163.com
中国腐蚀与防护网官方 QQ群:140808414

免责声明:本网站所转载的文字、图片与视频资料版权归原创作者所有,如果涉及侵权,请第一时间联系本网删除。