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二氧化碳滅火裝置引發的大型儲罐爆炸事故

1.     大型儲罐兩次發生爆炸

20141月,在一4000立方米的部分注滿甲苯的浮頂罐進行滅火裝置演示時發生爆炸,隨后發生火災。
然而,德國最嚴重的爆炸事件(29人死亡)發生在1954923Niederstedem附近的Bitburg/Eifel。受影響的是一個5000立方米容積的固定頂儲罐,在滅火裝置演示過程中,罐內部分填充了煤油。
兩起事件之間有60年的時間,但都具有以下共同特征:
受影響的是大儲罐(體積> 1000立方米)
爆炸發生在滅火裝置演示過程中
點火源都被認為是靜電
 
(1) 浮頂罐爆炸起火(2014
浮頂罐滅火系統的原理是用滅火泡沫覆蓋液體,為此,浮頂罐要與設備連接并通過幾米長的鋼管產生滅火泡沫。泡沫的運輸是通過位于管道內平鋪并纏繞的塑料軟管進行的,在滅火泡沫的壓力下,塑料軟管展開,在容器外殼的安全屏障被壓下后,它接近罐的底部到達容器內部。由于滅火泡沫與罐內液體相比相對較輕,軟管的出口會重新浮到液體表面,并將泡沫分散在那里。
試運行時為了節約成本,計劃用消火栓的自來水將塑料軟管展開,并注入到附近的空罐中,而不是用滅火泡沫。由于水箱的標簽貼反了,塑料軟管在自來水的推動下到達了空罐旁邊的一個含有部分甲苯的罐中。在那里,一分鐘后發生了爆炸,接著是一場大火。
事故發生后,專家們討論了兩種觀點:
塑料軟管在松開時產生靜電,從而導致甲苯蒸汽/空氣混合物著火。但是,仍然需要解釋為什么爆炸會延遲一分鐘以上發生。
塑料軟管是裝滿水的,比甲苯具有更高的密度,所以不會浮起來。這就導致了自來水快速流入罐的下部,而且根據經驗,水與甲苯是不相溶的。在空氣缺氧的情況下,點火是不可能發生的。當帶靜電的甲苯/水混合物到達液體表面時,就出現了可燃的甲苯蒸汽/空氣混合物,可以被刷形放電點燃。
因此,水流入和爆炸之間的時間延遲就可以解釋了。
(2) 固定頂罐爆炸(1954
 根據德國聯邦物理技術研究院(PTB)的資料,1954年,北約在比特堡空軍基地建立了一個燃料庫,由6個地下儲罐組成,每個儲罐的容積為5000立方米。在將其投入使用的前幾天,北約軍事當局將組織驗收。對于這個任務,CO2滅火裝置將通過2號罐的測試運行并進行演示。
儲罐是一個直徑30m的鋼制直立圓柱體,涂有0.3m厚的鋼筋混凝土,嵌入土壤中,罐頂覆蓋1.5m厚的土壤。作為一項安全措施,提供了一個由120個二氧化碳氣瓶組成的滅火裝置,當儲罐上部的溫度傳感器達到70°C時,CO2將被釋放。
在執行滅火任務時,北約的一個委員會將出席。為了完成這項任務,委員會的40名成員被集中在儲罐頂部上方的土壤上。
由于缺乏時間,2號罐只能裝滿27%左右的煤油(1350m3)。然后,一個溫度傳感器被拆卸下來,浸入裝滿水(溫度90℃)的桶里來激活它。
因為只是功能測試,出于節約成本的考慮,120個氣瓶中僅釋放12個氣瓶,并通過安裝的環形回路系統將其內容物吹入罐中。
將溫度傳感器浸入熱水后,滅火系統按預期啟動,報警信號響起,滅火氣體嘶嘶進入管道。不久之后發生了爆炸,造成29人死亡。
鑒于此爆炸事件,調查委員會一致認為容器的氣相空間中存在爆炸性混合物,但相應的點火源不能確定。直到一年以后,專家們根據報道發現:人們在使用CO2滅火器手動滅火時感覺到電擊。這可能是由于液體二氧化碳在離開噴嘴時形成二氧化碳氣體和雪花狀的固體混合物。同絕緣粉塵通過氣動方式輸送一樣,雪花狀固體也會產生靜電。
于是,PTB開始研究壓力容器中CO2的靜電充電。其結果是:帶電的二氧化碳氣云以及致密雪花狀固體堆積會在導電系統部件上產生燃燒性的刷形放電。
與此同時,歐洲工業氣體協會也發布了與二氧化碳惰化相關的火災爆炸事故調查報告。
2.     事故小結
某些類型的滅火器系統在壓力作用下,特別是含有CO2的滅火器系統,會產生高電荷空間電荷云,產生靜電氣體放電,能夠點燃易燃液體的蒸氣。所以只要有爆炸的風險,這種系統就不應用于演示或者惰化等目的。
注:查閱我國《二氧化碳滅火系統設計規范》GB 50193-93(2010年版),第7.0.4條規定:當系統管道設置在可燃氣體、蒸汽或有爆炸危險粉塵的場所時,應設防靜電接地。