abc干粉火災爆炸事故原因分析

abc干粉火災爆炸事故原因分析

0abc干法獸藥中的化合物2007年3月30日18時，長沙某住宅公寓樓梯室發(fā)生火災。爆炸造成滅火器筒體沿軸向開裂,筒體變形并向兩側(cè)展開,下部封底與筒壁幾乎完全脫離,爆炸滅火器沖破滅火器箱,致使走出電梯的兩名建筑施工人員受傷。2007年4月15日和5月6日,重慶市某酒店和花炮銷售門店又相繼發(fā)生了滅火器爆炸事故,對酒店天花板和門店柜臺造成嚴重損壞。據(jù)調(diào)查,爆炸的3具滅火器均為同一消防器材有限公司生產(chǎn)的ABC干粉(磷酸銨鹽干粉)滅火器。磷酸二氫銨(NH4H2PO4)是ABC干粉滅火劑的主要滅火組分。NH4H2PO4為無色透明四方晶體,溶于水,密度1.803g·cm-3(19℃),熔點190℃,常溫下能在空氣中穩(wěn)定存在,100℃時可發(fā)生分解。滅火器爆炸事故處置過程中發(fā)現(xiàn),事故公寓其他ABC干粉滅火器及事故后召回的ABC干粉滅火器筒體內(nèi)均出現(xiàn)了壓力升高現(xiàn)象,滅火器器頭壓力表的示值明顯升高,嚴重時示值超過了黃色安全區(qū)。滅火器內(nèi)的ABC干粉滅火劑處于相對密閉空間,與外界基本隔絕,因此可推斷滅火器中ABC干粉滅火劑在貯存期間發(fā)生了非預期的化學反應,產(chǎn)生了氣體,造成筒體內(nèi)部壓力升高,導致滅火器爆炸。滅火器在灌粉充氣、滅火操作和維修拆卸過程中,由于加壓惰性氣體壓力過高和筒體機械耐壓性能缺陷,易發(fā)生爆炸事故。目前,有關(guān)滅火劑組分間發(fā)生化學反應,從而引起滅火器在放置期間發(fā)生爆炸事故的研究還未見報道。本文檢測滅火劑性能和碳酸鹽含量,并通過模擬試驗、生成氣體化學分析、理論計算等探討滅火器的爆炸原因,以期為ABC干粉滅火劑的質(zhì)量控制提出建議。1測試和試驗1.1滅火系統(tǒng)試驗調(diào)查發(fā)現(xiàn),事故滅火器生產(chǎn)公司生產(chǎn)的ABC干粉滅火劑以農(nóng)業(yè)級磷酸二氫銨、雙飛粉、云母粉、白炭黑和硅油為原料。其中,滅火劑中雙飛粉(主要成分CaCO3)、云母粉(主要成分Si、Al、Na、K、Mg和Fe的氧化物)、白炭黑(SiO2·nH2O)及硅油(線性聚硅氧烷總稱)的主要作用為防振實和吸濕結(jié)塊,改善干粉運動性能、電性能。取滅火器爆炸現(xiàn)場散落的ABC干粉、事故公寓其他滅火器及召回的壓力明顯升高的滅火器內(nèi)ABC干粉,分別編號1#、2#和3#,送國家固定滅火系統(tǒng)和耐火構(gòu)建質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢驗。滅火劑性能檢測結(jié)果見表1。檢測結(jié)果表明,3樣品中磷酸二氫銨(NH4H2PO4)含量差異很大,其中3#樣品的有效滅火組分質(zhì)量分數(shù)僅為16.0%;2#、3#滅火劑樣品均超過GB4066.2—2004《干粉滅火劑第2部分:ABC干粉滅火劑》國家標準規(guī)定(含水率≤0.20%)的含水率要求,且具有明顯吸濕結(jié)塊現(xiàn)象(1#樣品含水率和斥水性未檢測)。1.2nahco3質(zhì)量分數(shù)檢測1#、2#和3#滅火劑樣品的碳酸氫鈉(NaHCO3)和碳酸鈣(CaCO3)含量,結(jié)果見表2。1#、3#樣品中NaHCO3質(zhì)量分數(shù)分別為3.3%和7.1%;2#樣品中NaHCO3含量很少(可忽略),但同樣存在壓力明顯升高現(xiàn)象,這也表明除NaHCO3外,還有其他能通過化學反應產(chǎn)生氣體的碳酸鹽混入。CaCO3含量檢測結(jié)果表明,1#、3#樣品中CaCO3質(zhì)量分數(shù)分別為17%、18%;2#樣品中CaCO3質(zhì)量分數(shù)高達40%。1.3二羥基磷酸銨和雙飛粉的反應模擬試驗通過模擬試驗,分析農(nóng)業(yè)級磷酸二氫銨與雙飛粉發(fā)生化學反應的可能性及反應條件。1封裝稱取事故公寓滅火器內(nèi)干粉300g,用塑料袋封裝并排除袋中空氣,將塑料袋放入50℃恒溫箱,24h后取出。觀察發(fā)現(xiàn),塑料袋因充滿氣體而鼓脹,冷卻至常溫,袋中氣體體積縮小但仍有存留。2雙飛粉液的制備將公司庫存200g農(nóng)業(yè)級磷酸二氫銨和100g雙飛粉放入燒杯,加入30mL蒸餾水,用玻璃棒攪拌。觀察發(fā)現(xiàn),燒杯內(nèi)有氣泡產(chǎn)生,略微加熱后有大量氣泡產(chǎn)生,化學反應明顯。3氣體發(fā)生在事件公寓的模擬試驗條件下未造成氣體將公司庫存200g農(nóng)業(yè)級磷酸二氫銨和100g雙飛粉混合均勻,用塑料袋封裝并排除袋中空氣,將塑料袋放入50℃恒溫箱,24h后取出。觀察發(fā)現(xiàn),塑料袋因充滿氣體而鼓脹,冷卻至常溫,袋中氣體體積縮小但仍有存留。事故公寓滅火器內(nèi)干粉中的NaHCO3極少,但是干粉滅火劑在模擬試驗條件下仍產(chǎn)生了氣體;磷酸二氫銨和雙飛粉兩種生產(chǎn)原料在水溶液中能發(fā)生化學反應產(chǎn)生氣體,而且溫度升高后反應劇烈;磷酸二氫銨和雙飛粉以固體形式混合接觸后也會發(fā)生化學反應并產(chǎn)生氣體。50℃時磷酸二氫銨和雙飛粉不會分解,但兩者化學反應速率加快,可用來模擬事故中干粉滅火劑存放時的氣體生成過程。1.4氣樣檢測結(jié)果收集事故公寓其他滅火器內(nèi)氣體和模擬試驗3中生成氣體,分別編號為4#、5#。采用TraceMSPLUS型氣相質(zhì)譜儀和723型分光光度計分析氣樣?？紤]滅火器內(nèi)加壓氮氣及模擬試驗3開始時塑料袋內(nèi)存留空氣,檢測出氣樣中CO2和NH3的體積分數(shù)見表3。模擬試驗3及事故公寓其他滅火器內(nèi)滅火劑在貯存過程中產(chǎn)生CO2氣體,氣樣中極少量的NH3是磷酸二氫銨自身輕微分解的產(chǎn)物。2反應法的原理2.1水和coNH4H2PO4呈酸性,NaHCO3為強堿弱酸鹽,因此ABC干粉滅火劑中混入NaHCO3后會發(fā)生化學接觸反應,生成水和CO2。當原料含水率較高或周圍環(huán)境濕度較大時,由于NH4H2PO4的強吸濕性,該反應尤為明顯,化學反應過程為NH4H2PO4→NH+4+H++HPO2?442-(磷酸二氫銨吸濕電離)H++NaHCO3=Na++CO2↑+H2O(碳酸氫鈉和磷酸二氫銨電離出的H+發(fā)生反應)2.2abc干法藥劑制造ABC干粉滅火劑的磷酸銨鹽分工業(yè)級和化肥級,其中工業(yè)級磷酸銨鹽中NH4H2PO4含量≥98.0%,價格較高;化肥級磷酸銨鹽中NH4H2PO4含量較低,價格也較低。雙飛粉和輕質(zhì)碳酸鈣由于來源廣泛且價格低廉,經(jīng)常作為ABC干粉滅火劑的填料。由于事故滅火器所充裝的ABC干粉存在含水率高和斥水性差等問題,吸濕性很強的磷酸二氫銨溶解,電離出的H+可與碳酸鈣反應并生成水和CO2,而生成的水能進一步促使反應發(fā)生,其化學反應原理為NH4H2PO4→NH+4+H++HPO2?442-(磷酸二氫銨在水中電離)2H++CaCO3=Ca2++CO2↑+H2O(碳酸鈣和電離出的H+發(fā)生化學反應)除防止磷酸二氫銨在干粉貯存過程中吸濕溶解外,還應注意磷酸二氫銨、硅油、白炭黑原料的選用,原料和干粉粉粒的烘干工藝,硅油的乳化分散和聚合等工藝環(huán)節(jié)的有效控制[6,8,9,11,12,13,14,15]。2.3氣體體積標準狀態(tài)事故滅火器為MFZL4型滅火器(ABC干粉滅火劑的充裝量為4kg),除去ABC干粉所占容積,假設(shè)滅火器筒體內(nèi)剩余空間為1.5L。當筒體內(nèi)滅火器工作壓力由1.5MPa增加到滅火器最低爆破壓5.5MPa時,根據(jù)氣體狀態(tài)方程PV/T=常數(shù)(假設(shè)溫度不變,為常溫),則達到滅火器最低爆破壓所需生成氣體的體積(標準狀態(tài))為V0=P′V′P0=(5.5MPa?1.5MPa)×1.5L0.1MPa=60LV0=Ρ′V′Ρ0=(5.5ΜΡa-1.5ΜΡa)×1.5L0.1ΜΡa=60L生成60LCO2(標準狀態(tài),約2.7mol)只需消耗2.7mol碳酸氫鈉或碳酸鈣,即227g碳酸氫鈉或270g碳酸鈣。由ABC干粉樣品中碳酸鹽含量的檢測結(jié)果(表2)可知,滅火器內(nèi)ABC干粉為4kg時,由碳酸鹽發(fā)生化學反應而釋放的氣體足以達到,甚至超過滅火器的爆破壓力。3abc磷酸銨鹽干法本/培養(yǎng)內(nèi)容時注意的問題ABC干粉滅火器爆炸的根本原因是滅火器內(nèi)所充裝的ABC干粉存在嚴重質(zhì)量問題。當ABC(磷酸銨鹽)滅火劑生產(chǎn)過程中混入碳酸氫鈉,或者以農(nóng)業(yè)級磷酸二氫銨和碳酸鈣為原料生產(chǎn)ABC干粉時,如果存在含水率超標、吸濕性和斥水性不合格等質(zhì)量問題,就會使干粉在貯存期內(nèi)發(fā)生非預期的化學反應,生成CO2,導致滅火器筒體內(nèi)壓力升高,直至超過滅火器爆破壓力。為避免類似事故的發(fā)生,在ABC(磷酸銨鹽)干粉滅火劑生產(chǎn)過程中應注意下列問題。1)嚴禁ABC(磷酸銨鹽)干粉生產(chǎn)過程中混入碳酸氫鈉等堿性雜質(zhì)。國內(nèi)一些干粉滅火劑生產(chǎn)廠采用一條生產(chǎn)線交替生產(chǎn)BC和