abc干粉火灾爆炸事故原因分析

abc干粉火灾爆炸事故原因分析

0abc干法兽药中的化合物2007年3月30日18时，长沙某住宅公寓楼梯室发生火灾。爆炸造成灭火器筒体沿轴向开裂,筒体变形并向两侧展开,下部封底与筒壁几乎完全脱离,爆炸灭火器冲破灭火器箱,致使走出电梯的两名建筑施工人员受伤。2007年4月15日和5月6日,重庆市某酒店和花炮销售门店又相继发生了灭火器爆炸事故,对酒店天花板和门店柜台造成严重损坏。据调查,爆炸的3具灭火器均为同一消防器材有限公司生产的ABC干粉(磷酸铵盐干粉)灭火器。磷酸二氢铵(NH4H2PO4)是ABC干粉灭火剂的主要灭火组分。NH4H2PO4为无色透明四方晶体,溶于水,密度1.803g·cm-3(19℃),熔点190℃,常温下能在空气中稳定存在,100℃时可发生分解。灭火器爆炸事故处置过程中发现,事故公寓其他ABC干粉灭火器及事故后召回的ABC干粉灭火器筒体内均出现了压力升高现象,灭火器器头压力表的示值明显升高,严重时示值超过了黄色安全区。灭火器内的ABC干粉灭火剂处于相对密闭空间,与外界基本隔绝,因此可推断灭火器中ABC干粉灭火剂在贮存期间发生了非预期的化学反应,产生了气体,造成筒体内部压力升高,导致灭火器爆炸。灭火器在灌粉充气、灭火操作和维修拆卸过程中,由于加压惰性气体压力过高和筒体机械耐压性能缺陷,易发生爆炸事故。目前,有关灭火剂组分间发生化学反应,从而引起灭火器在放置期间发生爆炸事故的研究还未见报道。本文检测灭火剂性能和碳酸盐含量,并通过模拟试验、生成气体化学分析、理论计算等探讨灭火器的爆炸原因,以期为ABC干粉灭火剂的质量控制提出建议。1测试和试验1.1灭火系统试验调查发现,事故灭火器生产公司生产的ABC干粉灭火剂以农业级磷酸二氢铵、双飞粉、云母粉、白炭黑和硅油为原料。其中,灭火剂中双飞粉(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(线性聚硅氧烷总称)的主要作用为防振实和吸湿结块,改善干粉运动性能、电性能。取灭火器爆炸现场散落的ABC干粉、事故公寓其他灭火器及召回的压力明显升高的灭火器内ABC干粉,分别编号1#、2#和3#,送国家固定灭火系统和耐火构建质量监督检验中心检验。灭火剂性能检测结果见表1。检测结果表明,3样品中磷酸二氢铵(NH4H2PO4)含量差异很大,其中3#样品的有效灭火组分质量分数仅为16.0%;2#、3#灭火剂样品均超过GB4066.2—2004《干粉灭火剂第2部分:ABC干粉灭火剂》国家标准规定(含水率≤0.20%)的含水率要求,且具有明显吸湿结块现象(1#样品含水率和斥水性未检测)。1.2nahco3质量分数检测1#、2#和3#灭火剂样品的碳酸氢钠(NaHCO3)和碳酸钙(CaCO3)含量,结果见表2。1#、3#样品中NaHCO3质量分数分别为3.3%和7.1%;2#样品中NaHCO3含量很少(可忽略),但同样存在压力明显升高现象,这也表明除NaHCO3外,还有其他能通过化学反应产生气体的碳酸盐混入。CaCO3含量检测结果表明,1#、3#样品中CaCO3质量分数分别为17%、18%;2#样品中CaCO3质量分数高达40%。1.3二羟基磷酸铵和双飞粉的反应模拟试验通过模拟试验,分析农业级磷酸二氢铵与双飞粉发生化学反应的可能性及反应条件。1封装称取事故公寓灭火器内干粉300g,用塑料袋封装并排除袋中空气,将塑料袋放入50℃恒温箱,24h后取出。观察发现,塑料袋因充满气体而鼓胀,冷却至常温,袋中气体体积缩小但仍有存留。2双飞粉液的制备将公司库存200g农业级磷酸二氢铵和100g双飞粉放入烧杯,加入30mL蒸馏水,用玻璃棒搅拌。观察发现,烧杯内有气泡产生,略微加热后有大量气泡产生,化学反应明显。3气体发生在事件公寓的模拟试验条件下未造成气体将公司库存200g农业级磷酸二氢铵和100g双飞粉混合均匀,用塑料袋封装并排除袋中空气,将塑料袋放入50℃恒温箱,24h后取出。观察发现,塑料袋因充满气体而鼓胀,冷却至常温,袋中气体体积缩小但仍有存留。事故公寓灭火器内干粉中的NaHCO3极少,但是干粉灭火剂在模拟试验条件下仍产生了气体;磷酸二氢铵和双飞粉两种生产原料在水溶液中能发生化学反应产生气体,而且温度升高后反应剧烈;磷酸二氢铵和双飞粉以固体形式混合接触后也会发生化学反应并产生气体。50℃时磷酸二氢铵和双飞粉不会分解,但两者化学反应速率加快,可用来模拟事故中干粉灭火剂存放时的气体生成过程。1.4气样检测结果收集事故公寓其他灭火器内气体和模拟试验3中生成气体,分别编号为4#、5#。采用TraceMSPLUS型气相质谱仪和723型分光光度计分析气样。考虑灭火器内加压氮气及模拟试验3开始时塑料袋内存留空气,检测出气样中CO2和NH3的体积分数见表3。模拟试验3及事故公寓其他灭火器内灭火剂在贮存过程中产生CO2气体,气样中极少量的NH3是磷酸二氢铵自身轻微分解的产物。2反应法的原理2.1水和coNH4H2PO4呈酸性,NaHCO3为强碱弱酸盐,因此ABC干粉灭火剂中混入NaHCO3后会发生化学接触反应,生成水和CO2。当原料含水率较高或周围环境湿度较大时,由于NH4H2PO4的强吸湿性,该反应尤为明显,化学反应过程为NH4H2PO4→NH+4+H++HPO2−442-(磷酸二氢铵吸湿电离)H++NaHCO3=Na++CO2↑+H2O(碳酸氢钠和磷酸二氢铵电离出的H+发生反应)2.2abc干法药剂制造ABC干粉灭火剂的磷酸铵盐分工业级和化肥级,其中工业级磷酸铵盐中NH4H2PO4含量≥98.0%,价格较高;化肥级磷酸铵盐中NH4H2PO4含量较低,价格也较低。双飞粉和轻质碳酸钙由于来源广泛且价格低廉,经常作为ABC干粉灭火剂的填料。由于事故灭火器所充装的ABC干粉存在含水率高和斥水性差等问题,吸湿性很强的磷酸二氢铵溶解,电离出的H+可与碳酸钙反应并生成水和CO2,而生成的水能进一步促使反应发生,其化学反应原理为NH4H2PO4→NH+4+H++HPO2−442-(磷酸二氢铵在水中电离)2H++CaCO3=Ca2++CO2↑+H2O(碳酸钙和电离出的H+发生化学反应)除防止磷酸二氢铵在干粉贮存过程中吸湿溶解外,还应注意磷酸二氢铵、硅油、白炭黑原料的选用,原料和干粉粉粒的烘干工艺,硅油的乳化分散和聚合等工艺环节的有效控制[6,8,9,11,12,13,14,15]。2.3气体体积标准状态事故灭火器为MFZL4型灭火器(ABC干粉灭火剂的充装量为4kg),除去ABC干粉所占容积,假设灭火器筒体内剩余空间为1.5L。当筒体内灭火器工作压力由1.5MPa增加到灭火器最低爆破压5.5MPa时,根据气体状态方程PV/T=常数(假设温度不变,为常温),则达到灭火器最低爆破压所需生成气体的体积(标准状态)为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(标准状态,约2.7mol)只需消耗2.7mol碳酸氢钠或碳酸钙,即227g碳酸氢钠或270g碳酸钙。由ABC干粉样品中碳酸盐含量的检测结果(表2)可知,灭火器内ABC干粉为4kg时,由碳酸盐发生化学反应而释放的气体足以达到,甚至超过灭火器的爆破压力。3abc磷酸铵盐干法本/培养内容时注意的问题ABC干粉灭火器爆炸的根本原因是灭火器内所充装的ABC干粉存在严重质量问题。当ABC(磷酸铵盐)灭火剂生产过程中混入碳酸氢钠,或者以农业级磷酸二氢铵和碳酸钙为原料生产ABC干粉时,如果存在含水率超标、吸湿性和斥水性不合格等质量问题,就会使干粉在贮存期内发生非预期的化学反应,生成CO2,导致灭火器筒体内压力升高,直至超过灭火器爆破压力。为避免类似事故的发生,在ABC(磷酸铵盐)干粉灭火剂生产过程中应注意下列问题。1)严禁ABC(磷酸铵盐)干粉生产过程中混入碳酸氢钠等碱性杂质。国内一些干粉灭火剂生产厂采用一条生产线交替生产BC和