安全话题| 实验室常见的爆炸源有哪些?

2018-12-27 12:46:01 作者：欣博士来源：材料匠分享至：

导读

香港浸会大学学生宿舍伟伦楼南座22日凌晨1时发生火警，怀疑有学生庆祝生日，撒面粉引起粉尘爆炸。共有12名学生受伤，包括4男8女，大部份手脚及面部烧伤。

面粉为什么会爆炸

当大量极细的面粉粉尘悬浮于空中，并达到一定的浓度时，比如每立方米空气中含有9.7g面粉时，一旦遇有火苗或者火星，瞬间就会燃烧起来，形成猛烈的爆炸。

因为粉尘具有较大的比表面积，与块状物质相比，粉尘化学活性强，接触空气面积大，吸附氧分子多，氧化放热过程快。当条件适当时，如果其中某一粒粉尘被火点燃，就会像原子弹那样发生连锁反应，爆炸就发生了。

为何实验室更危险

高校实验室科研过程中经常使用各种化学药品和仪器设备，会遇到有高低温、高低压的的实验条件和高电压、高频和带有辐射源的仪器设备，再加上培训不足，人员流动过大，因此实验室成为是安全事故的高发区。非营利组织安全机构的James Kaufmans指出：实验室发生事故的概率比工厂高100倍。据统计，其中98%的实验室安全事故属于人为因素，人为因素包括不安全行为和不安全环境。

不安全行为：主要由下列问题引起的，不正确的安全态度、缺乏必要的安全知识和及技术、不恰当的生理和不恰当环境和设备引起的行为；不安全环境：是指实验场所中，工作环境、设备设施等对人产生的危险因素。

世界着名安全管理专家Herbert William Heinrich将伤亡事故从起源至发生过程划分为五个因素：社会环境、人为过失、不安全动作、意外事件、伤亡。假如第一块“骨牌”倾倒，就会一个接着一个全部倾倒，从而导致伤亡事故。如果控制处于中心地位的不安全动作的“骨牌”，则后续动作无效，使倾倒系列中断，则事故不会发生，故预防工作的中心就是消除人的不安全行为和物的不安全状态。

事故因果连锁论事故虽然由不安全行为和不安全环境引起的，但两者乃由危险源控制不足所引起，根本原因是管理不善、不重视安全、缺乏安全意识和决心。

新事故因果连锁论公安消防部队的李志红统计了2001年到2013年间发生在实验室的100起典型事故发现，实验室最常见事故是的爆炸和火灾，主要由易燃气体和液体引起，而由爆炸物引起的相对来说比较少。易燃气体、易燃固体、腐蚀性物质事故、氧化性物质和有机过氧化物等5类危险品引起的事故共71起。

实验安全知识

因此，了解和预防爆炸是实验室安全的重中之重。爆炸通常可以可分为物理性爆炸和化学性爆炸。

物理性爆炸：物质因状态或压力发生突变而形成的爆炸；化学性爆炸：由于物质发生极迅速的化学反应，产生高温、高压而引起的爆炸。

实验室易发生物理性爆炸的仪器：高压气瓶、水热反应釜和管式炉等。

物料性爆炸案例及分析

1、封管事故

某高校李某在进行实验时，往玻璃封管内加入氨水20mL，硫酸亚铁1g ，原料4g，加热温度160℃。当事人在观察油浴温度时，封管突然发生爆炸，整个反应体系被完全炸碎。当事人额头受伤，幸亏当时戴防护眼睛，才使双眼没有受到伤害。

事故分析：实验室常用的耐高压封管建议安全使用压力一般不超过6个大气压，而26%浓度的氨水（实验室常用的氨水浓度29%左右）在110℃的饱和c就达到10个大气压以上。实验时没有计算氨水饱和蒸汽压。

2、水热反应釜爆炸

2004年，清华大学逸夫科技楼水热反应釜爆炸事故。

事故分析：水热反应绝对禁止使用马弗炉，马弗炉最高使用温度都是700℃以上，弗炉的热电偶是电位差计的原理，很多是以室温作为零点补偿，在低温使用时显示温度和实际使用温度并不一致，实验室的马弗炉往往没有定期校正，造成温度误差更大，有可能显示温度和实际温度相差几十度。几十度的温差不仅会造成做的水热反应没有任何科学价值，还会造成危险。水热反应应该使用专用防爆烘箱。

预防物理性爆炸的注意事项：

水热反应时：

1、尽量选有气压表和减压阀的水热反应釜在专用防爆烘箱中进行。当使用简易反应釜时，应该考虑不同的情况。使用聚四氟乙烯内衬，最高使用温度≤230℃，长时间使用温度≤200℃，体系压力≤3Mpa，升降温速率≤5℃/min 。当使用PPL对位聚苯内衬，最高使用温度≤280℃，长时间使用温度≤250℃，体系压力≤3Mpa，升降温速率：≤5℃/min。

2、反应体系不能是产生气体和爆炸的反应体系。

3、水热反应时，物料填充度不要超过80%。物料填充度主要是考虑溶液受热膨胀时体积的变化，减少物料填充度并不会明显减低反应时体系的压力，故不能减少物料填充度而提高反应温度。并且反应体系压力要依照反应体系根据克拉帕隆-克劳休斯方程计算反应气压，最大压力不超过3Mpa。

4.考虑到内衬老化，烘箱显示温度和实际温度的差异，和未知反应等因素，体系实际使用温度预留部分安全值，一般建议值在20℃以上。

使用管式炉时：当两端堵住加热时，气腔内的气体因为受热膨胀。理想气体定律：PV=NRT，当加热为1000℃时，腔内的气压为三个大气压以上，而管式炉本身不耐压，因此发生爆炸。密闭的反应体系非常容易产生高压而造成爆炸，在设计密闭的反应体系的试验时，要考虑反应会不会产生大量的热，反应物体积变化等种种因素。如配制溶液时，错将水往浓硫酸里倒，或者配制浓的氢氧化钠时未等冷却就将瓶塞塞住摇动都会发生爆炸。减压蒸馏时，若使用平底烧瓶或锥瓶做蒸馏瓶或接收瓶，因其平底处不能承受较大的负压而发生爆炸。

化学性爆炸分为支链爆炸和热爆炸。

支链爆炸：由于存在支化反应，即一个自由基的反应产生许多个自由基，如H2+O2的反应，消耗一个H又产生3个H， H的数目将以指数地增加，引起的爆炸。乙烯、乙炔、苯、乙醇、乙醚、丙酮、乙酸乙酯、一氧化碳、水煤气和氨气等可燃性气体与空气混合至爆炸极限，一旦有一热源诱发，极易发生支链爆炸；热爆炸：当一放热反应在无法散热情况下进行时，反应热将使系统温度剧烈上升，而温度又使反应速率按指数规律上升。这种循环很快，使反应在短时间内放出大置热而发生爆炸。过氧化物、高氯酸盐、叠氮铅、乙炔铜、三硝基甲苯等易爆物质，受震或受热可能发生热爆炸。

化学性爆炸案例及分析

3、气瓶爆炸死亡事故

2015年4月5日12时40分许，在中国矿业大学化工学院实验室发生一起气瓶爆炸死亡事故，造成1人死亡，4人受伤。直接经济损失约200万元人民币。

事故分析：气瓶装有甲烷、氧气、氮气的混合气体，气瓶内甲烷含量达到爆炸极限范围，开启气瓶阀门时，气流快速流出引起的摩擦热能或静电，导致瓶内气体反应爆炸，是事故发生直接原因。实验人员在实验时操作不当，是导致事故发生间接原因。

何添楼火灾事故2015年12月18日清华某博后进行催化加氢实验，氢气钢瓶爆炸造成一名实验人员死亡钢瓶原长度大概一米，爆炸后只剩上半部大概40公分。

4、美国国德克萨斯州理工大学爆炸

2010年1月7日，美国德克萨斯州理工大学化学与生物化学系实验室发生了爆炸，1名5年级学生与1名1年级学生进行合成高氯酸肼镍衍生物（NPH）课题实验，通常为了表征新合成的高氯酸肼镍衍生物（NPH）物质活性需要进行示差扫描热量分析、落锤冲击性、热重分析等试验，而每次合成实验得到的反应物一般在50-300mg，为了避免多次合成，两名学生在没有咨询首席研究员的情况下，擅自放大合成实验规模，一次性得到了10gNPH。爆炸导致1名毕业生失去了3根手指，手和脸部被烧伤，一只眼睛被化学物质烧伤事故分析：