唐勇

（1.煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司；2.煤礦安全技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 撫順 113122）

1 著火事故實(shí)例

1.1 山東棗莊防備煤礦火災(zāi)事故

2011 年7 月，山東棗莊防備煤礦發(fā)生火災(zāi)事故，28 名礦工被困井下。救護(hù)隊(duì)下井救援，因火區(qū)溫度高，且有高濃度CO，無法靠近。3 名救護(hù)隊(duì)員進(jìn)入偵查，返回途中因高溫中暑，體力不支，失去知覺，導(dǎo)致熱衰竭，搶救無效死亡。3 名救護(hù)隊(duì)員的犧牲，實(shí)際反映出了高溫火區(qū)中隊(duì)員的體質(zhì)、經(jīng)驗(yàn)問題，尤其是呼吸器的降溫效果問題。

我們知道，人體正常散熱途徑有四種，即體表的傳導(dǎo)、輻射、呼吸散熱、汗水蒸發(fā)。處在高溫火區(qū)中，周圍溫度高于人體溫，向外傳導(dǎo)、輻射熱已不可能，相反卻是負(fù)向作用，僅剩呼吸散熱和汗水蒸發(fā)兩條途徑。當(dāng)隊(duì)員進(jìn)入火災(zāi)區(qū)域時，呼吸器的冷卻元件完好，呼吸系統(tǒng)是閉路的，佩戴者吸氣溫度低于35℃，因此是安全的。當(dāng)返回時，由于冷卻元件由冰塊變成了熱水，完全失去了降溫效果，所以，人體散熱的渠道就只剩下汗水蒸發(fā)一條途徑。當(dāng)人體的汗液蒸發(fā)殆盡時，就出現(xiàn)了人體缺水，導(dǎo)致“熱衰竭”的癥狀產(chǎn)生，超過極限則昏迷暈倒。

1.2 甘肅靖遠(yuǎn)救護(hù)大隊(duì)氧氣瓶爆燃事故

2012 年7 月，甘肅靖遠(yuǎn)救護(hù)大隊(duì)執(zhí)行任務(wù)時，放在救護(hù)車內(nèi)的一臺正壓呼吸器的氧氣瓶突然爆燃，瞬間引燃救護(hù)車，車內(nèi)2 名救護(hù)隊(duì)員犧牲。原因是氧氣瓶閥泄漏引發(fā)的爆燃，高壓、純氧瞬間毀滅一切。

1.3 山東黃金集團(tuán)焦家金礦氧氣呼吸器爆炸事故

2016 年6 月，山東黃金集團(tuán)焦家金礦救護(hù)隊(duì)正準(zhǔn)備訓(xùn)練，一臺放在救護(hù)車內(nèi)的正壓氧氣呼吸器突然著火，幾秒種后劇烈燃燒，引燃了整個救護(hù)車，經(jīng)現(xiàn)場人員搶救，車上4 名隊(duì)員脫險，但造成5 人燒傷，3 人輕度燒傷，一輛救護(hù)車報(bào)廢。事故原因分析，氣瓶閥密封材料的壽命問題和高壓導(dǎo)管的材質(zhì)問題引起。密封材料失效造成泄漏，高壓純氧在直通導(dǎo)管中形成沖擊波，其能量瞬間轉(zhuǎn)化的熱量引燃了高壓管中的可燃物（密封材料碎末或橡膠導(dǎo)管本身，燃點(diǎn)低者先著）。

1.4 貴州省六盤水救護(hù)大隊(duì)氧氣呼吸器爆炸事故

2014 年7 月，貴州省六盤水救護(hù)大隊(duì)訓(xùn)練時，一臺正壓氧氣呼吸器的警報(bào)器突然著火，劇烈燃燒，佩戴者迅速關(guān)閉氧氣瓶，卸下呼吸器，所幸無人員傷亡，但呼吸器報(bào)警裝置的高壓導(dǎo)管完全燒毀，報(bào)警器的鋼鐵部件大半部分被融化。原因分析，其生產(chǎn)廠生產(chǎn)報(bào)警器鋼鐵部件時利用油浸法除銹，安裝使用時，未徹底處理清洗干凈有關(guān)，因?yàn)檠鯕庖坏┯龅接椭皶r足夠量的油氣分子）也會燃燒，必須嚴(yán)禁接觸油脂。生產(chǎn)廠不再采用油浸法除銹防銹，特別注意清潔相關(guān)部件。

1.5 神華集團(tuán)神東救護(hù)大隊(duì)氧氣呼吸器燃燒事故

2015 年4 月，神華集團(tuán)神東救護(hù)大隊(duì)訓(xùn)練時，一臺正壓氧氣呼吸器的減壓器突然著火燃燒，佩戴者迅速關(guān)閉氧氣瓶，卸下呼吸器撤離，被輕微燒傷。事故分析結(jié)果是呼吸器的高壓導(dǎo)管和減壓器密封圈材質(zhì)問題引發(fā)。減壓器缺少阻尼和旋向，密封圈燃點(diǎn)較低，打開氧氣瓶的瞬間，高壓純氧在直通管路中形成沖擊，能量轉(zhuǎn)化為熱量時，超過可燃物燃點(diǎn)將其引燃。立刻關(guān)閉氣瓶切斷供氧源，避免了事故發(fā)展。

1.6 某壓縮氧氣自救器生產(chǎn)廠安全生產(chǎn)事故

2015 年11 月，某壓縮氧氣自救器生產(chǎn)廠開啟氧氣充填泵進(jìn)行充氧時，氣瓶體與瓶閥突然蹦開，將操作者炸成重傷住院。經(jīng)分析與金相檢測，為瓶閥金屬材質(zhì)成分達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求強(qiáng)度不夠造成事故。

2 著火事故原因分析

2.1 事故理論研究

由此可見，氣瓶閥及其密封材料、高壓導(dǎo)管的材質(zhì)與密封件是引發(fā)源頭。高壓氧氣瓶及其管路著火的事件并非偶然發(fā)生，幾乎每年都有，而我國高爐煉鋼的純氧高壓輸送管道平均每2 個月就會發(fā)生1 起著火事故。因此，在國內(nèi)外行業(yè)中，引起了人們的廣泛關(guān)注、深思和安全方面的探索。北京大學(xué)、武漢鋼鐵工業(yè)大學(xué)的教授開展相關(guān)研究，取得了成果，近幾年提出了新的理論，使人們對高壓純氧的特性有了新的認(rèn)識。

一是沖擊波理論：貯存在氣瓶中的高壓氧氣，在突然開啟瓶閥的瞬間，氣流高速流入管路，當(dāng)管路是直通路徑時，就容易形成沖擊波；當(dāng)管路是螺旋變向路徑時，就可有效避開沖擊波。因?yàn)楦邏貉鯕庠诠苈分械牧鲃?，微觀上是氣體分子波在高壓能量作用下向前連續(xù)傳播的過程，如果前一個分子的波形、波段完全展開后，下一個分子再沖上來接續(xù)就不會形成沖擊波，如果前一個分子的波形、波段尚未完全展開時，下一個分子波沖上來依次疊加，則會形成沖擊波。沖擊波一旦形成，能量則會以瞬間高溫的形式釋放出來，一般能達(dá)到395 ～430℃，足以引燃可燃物。理論工作者做了科學(xué)的試驗(yàn)展示模型。

二是高壓輸氧管道的氣體絕熱壓縮理論：高壓輸氧管道中，開啟閥門的瞬間，高壓端向低壓端迅速擴(kuò)散，在低壓段形成瞬間絕熱壓縮。根據(jù)氣體絕熱壓縮公式計(jì)算，氧氣的絕熱壓縮系數(shù)為1．39，如果閥前壓力為1．3MPa,閥后壓力為0．1 MPa，絕熱壓縮前低壓段的溫度為30℃，通過絕熱壓縮公式計(jì)算，則絕熱壓縮后的 溫 度 為：T2=T1×(P1-P2)(1．39-1)=30×（1．3-0．1）0．39= 393℃。此溫度能夠?qū)㈣F銹、密封圈等引燃，在純氧中能將鐵管融化。而且，任何可燃物的燃點(diǎn)，在高壓純氧中都會變低，氧氣濃度越純，壓力越高，則可燃物的燃點(diǎn)會變的越低。另外，氧氣的流速指標(biāo)也是一個著火因素，所以，在工業(yè)設(shè)計(jì)中，限制氧氣在管道中的流速小于20m/s,以保證安全。

輸氧管道一般選用不銹鋼管或螺旋變向銅管，因?yàn)殂~或不銹鋼的燃點(diǎn)較高，550℃以上，且散熱快，即使遇到?jīng)_擊波或絕熱壓縮等情況，也能經(jīng)受得住瞬間的高溫沖擊，將聚熱能量迅速移除掉，而橡膠管或密封圈的燃點(diǎn)較低，在空氣中最高390℃，在純氧中會變低，所以存在安全隱患。如2016 年6 月，黃金集團(tuán)焦家金礦救護(hù)隊(duì)事故，對其呼吸器高壓管解剖，高壓導(dǎo)管的內(nèi)芯為直通橡膠管，中間為金屬網(wǎng)加強(qiáng)層，外層為塑料保護(hù)層，當(dāng)偶然遇到?jīng)_擊波或絕熱壓縮情況時，首先，將內(nèi)芯橡膠管引燃，在純氧中引發(fā)爆燃，從而導(dǎo)致車中人員連開門跳車逃生的時間機(jī)會都沒有，來不及。聯(lián)系2012 年7 月甘肅靖遠(yuǎn)救護(hù)大隊(duì)事故，這2 起事故的引發(fā)源都在氣瓶閥的密封材料上，它處在高壓氣瓶中，在空氣中的有效期3 ～6 年，但在高壓純氧中的有效期會明顯縮短，一旦失效，就會造成氣瓶泄露，如果泄露則形成沖擊波或絕熱壓縮，從而導(dǎo)致事故發(fā)生。再如2015 年4 月神華集團(tuán)神華集團(tuán)神東救護(hù)大隊(duì)正壓氧氣呼吸器的減壓器著火事故，由于減壓器內(nèi)通道設(shè)計(jì)成直筒的管道途徑，缺少轉(zhuǎn)向和阻尼，且橡膠密封圈的阻燃性較差，在高壓純氧中易老化，因此，當(dāng)密封圈破損后，高壓氧氣在減壓器直通道路中形成沖擊波，首先，引燃橡膠圈，導(dǎo)致高壓純氧爆燃，所幸立刻切斷了供氧源，人員及時撤離，只融化了高壓導(dǎo)管和減壓器報(bào)警器鋼鐵部件，未造成更大事故。上述幾個事故，完全可用相關(guān)理論解釋。

2.2 事故原因分析

氧氣呼吸器產(chǎn)品，從負(fù)壓型到正壓型，原理上是科技進(jìn)步和發(fā)展，理應(yīng)更安全更可靠，調(diào)查我國救護(hù)隊(duì)從1957 ～1995 年，在氧氣瓶閥和高壓導(dǎo)管2 部件中未出現(xiàn)過著火現(xiàn)象，近年常有著火爆燃情況，對比分析，就是所用零部件的材質(zhì)有差異，以前氣瓶閥的密封墊用的是鋼紙墊或紫銅片墊，現(xiàn)在卻是使用樹脂材料 或橡膠；而高壓導(dǎo)管，以前是用內(nèi)徑0．5mm、壁厚1mm 的螺旋銅管，現(xiàn)在用的是，內(nèi)芯為橡膠軟管，中間設(shè)金屬網(wǎng)狀加強(qiáng)層，外層是塑料保護(hù)層。無論塑料還是橡膠，普通型的材質(zhì)都比銅制材料燃點(diǎn)低、散熱慢。（阻燃型氟橡膠的燃點(diǎn)為395℃，普通型會更低。黃銅的燃點(diǎn)為550℃）。樹脂材料的有效期限也比銅制材料或鋼紙材料短，在高壓純氧作用下很難達(dá)到呼吸器的使用有效期限6 ～10 年，2012 年7 月甘肅靖遠(yuǎn)事故和2015 年11 月氧氣瓶充氧時蹦開事故都與氣瓶閥的密封材料材質(zhì)相關(guān)。

3 相關(guān)事故預(yù)防對策

隔絕式正壓氧氣呼吸器的原理是科學(xué)的，設(shè)備是先進(jìn)的，正在為礦山救護(hù)事業(yè)做出貢獻(xiàn)，無容置疑。但其涉及安全的零部件、材料必須加強(qiáng)質(zhì)量控制和管理，決不能放松和忽視。主要零部件如高壓導(dǎo)管、密封圈墊的材料材質(zhì)必須提高質(zhì)量，不能為了降低成本，忽視安全，因小失大。必須加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督與管理力度，將材料材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化、制度化，規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)指標(biāo)，強(qiáng)化檢驗(yàn)，提高質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)問題，及時解決問題，不留后患。必須開展相關(guān)研究，理論結(jié)合實(shí)際，加強(qiáng)安全驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)室檢測檢驗(yàn)與實(shí)際工礦條件下的使用結(jié)合起來，否則，就難以發(fā)現(xiàn)問題，也不能很好地把住準(zhǔn)入關(guān)。受市場經(jīng)濟(jì)杠桿作用的影響，用戶招標(biāo)選擇最低價位，生產(chǎn)商偷工減料以次充好，降低生產(chǎn)成本提高利潤，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降甚至造成事故的情況必須格外重視，應(yīng)引起警惕。