炼油厂爆炸事故分析

1  事故经过

    1993年10月21日下午3点钟，江苏某石化公司炼油厂油品分厂半成品车间无铅汽油罐区操作工在开启310号汽油罐出口阀作循环调合时，误开了311号汽油罐出口阀，造成了311号罐内汽油打人已经满罐但人口阀处于开启状态的310号罐，下午近6：00，310号罐浮顶被顶破，汽油大量外冒、气化、扩散、流淌后，油蒸气遇罐区公路上行驶的手扶拖拉机排气管火星爆炸燃烧，万吨油罐冒起了冲天大火，罐顶、罐区、阀门、沟管、山林同时多火点烧成一片，燃烧面积达23437．5m2。市消防支队“119"调度室闻警后，集中调动全市99辆消防车前往火场，江苏省和上海、安徽等兄弟省市又相继调出88辆车增援，三省、市共12个城市的187辆消防车，军警民6000余人联合作战，同心协力搏火龙。到场消防力量实施统一指挥，先冷却控制，15个小时发起总攻，经过17h的扑救，大火于次日上午11时15分被扑灭，加上扑救地面复燃火势和持续冷却。22个小时后结束战斗。现场2人死亡(其中1名是农民工)，直接经济损失38．96万元。

2  事故原因的分析

    火灾扑灭后，消防监督部门经过调查勘察，基本得出了一个结论性的意见。然而，对于这样一起大火。有很多问题需要出示明确的科学依据，如310和311号油罐内的油品发生了怎么样的移位变化，爆炸燃烧共损耗多少汽油，油料的燃烧量怎样分布，引爆原因究竟是手扶拖拉机排气管还是人体静电等。这些问题，都由南京市安委会组织的专家组通过勘查论证，科学的计算分析找到准确的
答案。
2．1  爆炸耗油量和TNT当量
    310号油罐冒顶溢油后，油蒸气扩散与空气混合遇火源引起爆炸，在爆炸空间范围与燃烧部位都明显留下痕迹。经测量，可燃混合气体的爆炸发生面积为23437．5m2；尽管现场地势不平，烧痕高度不一，但根据树上枝叶烧焦和山坡、建筑物等的烧痕高度，可估算爆炸混合气体扩散的平均高度为5m；爆炸的空间体积为117187．5m3。
    (1)汽油蒸气浓度的确定
    由于汽油爆炸浓度下限为1．3％，因此现场浓度一定大于1．3％。
    经现场测定，空间爆炸时汽油蒸气平均浓度取值2．2％，因为一位操作工发现情况从操作室出来，没走几步就忍受不住油气异味而晕倒在地，据查能致人昏迷的油气浓度为2．2％，当然各扩散点扩散浓度不尽相同。
    (2)爆炸损耗汽油量的计算
    C=S·H·C·M／22．4 × 10-3
式中  C——燃爆损耗汽油量，t；
      S——燃爆面积，m，取S二23437．5m2；
      H——燃爆平均高度，m，取H=5m；
      C——平均油蒸气浓度，％，取C=2．2％；
      M——油气平均分子量，取M=96。
根据上述公式计算，空间爆炸损耗汽油为11．15t。
    (3)空间爆炸当量的计算
    汽油爆炸能量为10300keaL／kg，换算成TNT当量相当于％．737t。可见，此次爆炸的总能量是非常大的，但它不是“点源”或有效的封闭空间，而是20000m2的完全敞开空间，因此没有形成超压和冲击波，对波及到的建筑物仅有轻微的损坏。
2．2  溢流油料分布量
    罐区的空间爆炸和大面积燃烧，310号油罐在罐区爆炸后的罐顶溢油状态下的燃烧，以及311号油罐火灾后油位下降的事实说明：罐区310号和311号油罐在爆炸前罐内油位都发生了非正常变化。310号油罐在爆炸前处于自循环状态，油位既不应该增加，也不应该减少；311号油罐在爆炸前处于静止状态，液位不应变化，也不应和任何罐有油量关系。但火灾后测定，310号罐油量已增加至满罐燃烧并外溢，311号罐油平面降低了1．822m。因此310、311号两罐油量的平衡、变化的过程及变化的原因是揭开事故之谜的关键。经查，310号罐循环泵的输送能力为351m3／h，311号罐油的减少量，恰是泵在启动后到爆炸这段时间内打人310号罐的量。310号罐在泵运转前的液面为14．26m，爆炸后浮顶外露，油量已经增加。说明310号罐人口阀事故前已经处于开启状态，进入310号罐的油量应该是311号罐的减少量。总的物料平衡与分布为：
   (1)总烧损量
    311号油罐原有油位13．972m，爆炸后检查为12．15m，减少1．822m，合计减量为855．588t，这部分油全部进入了310号罐。在310号罐火被扑灭后，为抢修罐底阀门，曾同时向罐内垫水和向304号罐压油78．984t，火灾后滞留在310号罐内的净增油量为594．207t，由此可得事故中燃烧、跑损的总量为182．394t。    
    (2)310罐燃烧量    
    310号罐爆炸后燃烧时浮顶凸突，罐顶环形密封处液面完全暴露在空气中，在17．78m的环形面积形成熊熊大火。按下列公式计算：    
                 G1=W·S1·h
          式中  G1——罐顶燃油量，t ；
                  W——为汽油燃烧重量速度，取80．85kg／m2·h；
                  S1——罐顶环隙面积，m，取17．78m2；    
                  h——燃烧时间，h=17h。    
             计算得G1=24．439t。    
    在当时风速3m／s，高度为16m的环状面积内外环供氧充足，燃烧速度会加快，加上罐顶溢冒流淌火帘，烧掉的油比理论计算要多，考虑增加一倍，大约烧掉油量为48．874t。罐底阀门泄漏量每小时按1474kg考虑，烧掉油量为25．064t；则油罐燃烧损失总量为73．938t。
    (3)罐区地面渗透与防洪明沟燃烧量
    310罐在冒罐的状态下，汽油部分雾化扩散，部分流淌到地面，被地面吸附、渗透，顺地势流向防洪沟，流经距离约为480m，面积为1160m2，爆炸之后，罐区一片大火，明沟持续燃烧，大约在半小时之后，明沟火才熄灭；罐区内地面呈蜡烛状燃烧，由于地面本身的阻火作用，地面火很快熄灭。地面吸附及明沟燃烧损失油量为：
    G=损失汽油总量—(罐顶及罐底阀门燃油量+空间爆燃油量)
       =182．394—(48．874+25．064+11．15)
       =97．306(t)
       排水明沟烧损油量为：
        80．85×1160×0．5=46893kg(46．893t)。