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实验室安全无小事发生爆炸的原因以及应对措施

2021-05-14作者:浏览次数:6549

(一)实验室爆炸原因及爆炸情况

常见的爆炸可分为物理性爆炸和化学性爆炸两类。

1.物理因素引起的爆炸

物理性爆炸是由物理因素而引起的爆炸,如发生状态突变、温度急升、压力骤增等变化。爆炸前后物质的性质和化学成分均没有改变,如压力容器、气瓶、锅炉等因超压而发生的爆炸。在一系列的放热化学反应(如聚合反应、氧化反应、酯化反应、硝化反应、氯化反应、分解反应等)中,如果反应产生的热量没有及时移出反应体系,将使容器内温度和压力急剧上升,一旦容器超压后破裂,必将导致物料从破裂处喷出或容器发生物理性爆炸。气体钢瓶是储存压缩气体的特制的耐压钢瓶。使用时,通过减压阀(气压表)有控制地放出气体。由于钢瓶的内压很大(有的高达15MPa),钢瓶跌落、遇热、甚至不规范操作时都可能会发生爆炸等危险。


在化学实验室中,更多的爆炸是由器皿内压力过大而引起的。

①当器皿内部的压力减小时,如器皿壁的坚固性不够,w88被压碎,这种爆炸称为压碎爆炸,这是危险性较小的一种爆炸。在器皿壁的厚度和机械强度相同时,器皿能支持压力的限度在很大程度上取决于器皿的形状,如圆底烧瓶要比平底的坚固得多,而平底烧瓶中圆的又比锥形的要坚固些,球形的器皿可以保证其最大的坚固性。

发生压碎爆炸时,可能伤及爆炸器皿附近的工作人员。如果被压碎的器皿中盛的是毒物或可燃物质,或是能与空气形成爆炸性混合物时,在这种情况下,可能发生中毒、失火或爆炸混合物的极强烈爆炸,危险性更大。

②当器皿内部的压力加大到器皿爆炸的限度时,成为爆炸原因的能量就是压缩气体或蒸气的热能。在爆炸的瞬间,气体急剧膨胀,它的一部分热能转变为功,这类爆炸要比压碎爆炸危险得多,因为破裂器皿的一些部分或掉下来的零件以很大的威力向各方飞散,甚至使工作人员受到致命的伤害,实验室受到严重的破坏,如果使用有害物质工作,还会引起中毒、失火或形成爆炸混合物的第二次爆炸。

2.化学因素引起的爆炸

化学性爆炸是实验室常见的爆炸类型,起因是物质发生激烈的化学反应,使压力急剧上升而引起爆炸,爆炸前后物质的性质和化学成分均发生了根本性的变化。化学爆

分解性爆炸是指有些具有不稳定结构的化合物如有机过氧化物、高氯酸盐、叠氮铅、乙炔铜、三硝基甲苯等易爆物质,受震或受热时,易分解为较小的分子或其组成元素而放出热量,这些热量引起可燃物自燃,从而引起爆炸。这类爆炸物是非常危险的,对该类物品进行操作时,要轻拿轻放。此类爆炸需要一定的条件,如爆炸性物质的含量或氧气含量以及激发能源等,但这类爆炸更普遍,所造成的危害也较大。

当气体间迅速反应时,由于反应获得的产物有着与原来物质不同的容积,结果致使压力急剧改变(包括气体反应后占有与反应前不同的容积,或者由气体变成液体或固体;但前者是主要的)。如果反应时放出热量,必然使气体混合物的容积迅速扩大。

关于气体间反应,其反应速度受到下面这些因素的影响。

(1)光的影响:众所周知,氢与氯间的反应,在黑暗中十分迟缓地进行,在强光照射下则发生连锁反应类型的爆炸:又如甲烷与氯的混合物,在黑暗中长时间内也不反应,但在日光照射下会引起激烈的反应,如果两种气体的比例适当则能发生爆炸。

(2)压力的影响:许多反应的速度随着温度及压力的改变而急剧加大和减小。例如磷化氢(PH3)与氧混合时一般不反应,如果减小压力,则在某种压力下,混合物会骤然爆炸。又如在含有空气和氢化硅混合物的设备内造成真空时也发生过类似的爆炸;大多数气体爆炸的危险性都是在一定的压力范围内,高于和低于这种爆炸区域的压力时,反应速度仍然可以测量。

(3)表面活性物质的影响:气体反应的方向和速度有时受表面活性物质的影响而急剧改变。例如,在球形器皿内于530℃时氢与氧之间完全没有反应,但是向器皿内插入石英、玻璃、磁、铜或铁棒时就发生爆炸,说明吸着是这一反应的前提;又如被多孔性炭吸着的氯具有特别强烈的反应性能。

(4)制造反应器皿材料的影响:制造反应器皿所用的材料同样能够影响某些反应的速度。如氢和氟在玻璃器皿中混合甚至在液态空气的温度下于黑暗中也会发生爆炸。而在银制器皿中则在一般温度下才能发生反应,若改用氟处理过的金属镁所制的器皿,则必须加热才能反应。

(5)杂质的影响:对有气体参与的反应,很重要的一点是应该知道少量杂质对反应过程的影响如何。众所周知,许多反应如果没有必需的催化剂“水”,反应就不会发生。例如,如果没有水,干燥的氯没有氧化的性能,干燥的空气也完全不能氧化钠或磷。干燥的氢和氧的混合物甚至加热到1000℃也不爆炸。痕量的水会急剧加速臭氧、氯氧化物等这些物质的分解。少量的硫化氢会极度降低水煤气和空气混合物的燃点,并因此促使其爆炸。

其实很多情况的爆炸并不能简单地区分出是物理性爆炸还是化学性爆炸,往往是两者交织在一起,因而,更需要严格掌控实验室的化学品使用的安全措施,确保实验室的安全。

(二)防爆应对措施

在使用危险物质工作时,为了消除爆炸可能性或防止发生人身事故,应该遵守下列原则。

①在工作地点使用预防爆炸或减少其危害后果的w88和设备,包括:充分坚固器壁的w88,例如真空装置上的玻璃器皿要用偏光镜加以检查;压力调节器或安全阀;用金属或其他较玻璃坚固的材料如有机玻璃或塑料所制的安全罩、套;用防护板使爆炸碎片不可能触及工作人员和易被损坏的设备;附有比w88本身达到爆炸条件前先行损坏的安全零件装置等等。在进行有爆炸危险工作的通风橱内的玻璃要用金属网保护,或用嵌网的特种玻璃。

在管式炉内存在有爆炸的可能性时,工作人员应禁止站在炉孔的对面,切忌以脸面部位靠近炉孔。

②要清楚地知道工作中所用每一种物质的物理和化学性质、反应混合物的成分、使用物质的纯度、w88结构(包括器皿的材料)、进行工作的条件(温度、压力),并且应使能激发爆炸的刺激物——火花、热体等远离工作地点。

③将气体充装于预先加热的w88内时,不要用可燃性气体排出空气,或相反地用空气排出可燃性气体,应该使用氮或二氧化碳来排除,否则就有发生爆炸的危险。

用新气体填充气量计时,必须换水;在所有不能确定气量计内气体的成分的情况下,都应当换水。

④如果在由几个部分组成的w88之中有可能形成爆炸混合物时,则在连接导管内装上保险器,这种保险器由里面嵌有铜网塞的玻璃短管制成,有这样的装置,发火火焰就不能扩展到这种保险器的区域之外。假使用液封的办法将几个器皿组成的系统分隔为各个部分,也能获得相同的效果。

⑤在任何情况下对于危险物质都必须取用能保证实验结果的必要精确性或可靠性的最小量来进行工作,并且绝对不能用明火加热。

⑥应该记住改变气相反应速度的最普遍的影响因素(光、压力、表面活性物质、器皿材料及杂质等)。

⑦在用爆炸性物质工作时,使用带磨口塞的玻璃瓶是非常危险的,关闭或开启玻塞的摩擦都可能成为爆炸的原因。因此必须用软木塞或橡皮塞并应保持其充分清洁,干燥爆炸性物质时,绝对禁止关闭烘箱门,最好在惰性气体气氛下进行,保证干燥时加热的均匀性与消除局部自燃的可能性。

还要及时销毁爆炸性物质残渣:卤氮化合物可以用氨使之成碱性而销毁;叠氮化合物及雷酸银则由酸化而销毁;偶氮化合物可与水共同煮沸;乙炔化物可以用硫化铵分解;过氧化物则用还原方法销毁。

一旦爆炸已经发生,要迅速判断和查明再次发生爆炸的可能性和危险性,紧紧抓住爆炸后和再次发生爆炸之前的有利时机,采取一切可能的措施,全力制止再次爆炸的发生。同时务必注意以下几点。

(1)保护自己:立即卧倒,或手抱头部迅速蹲下,或借助其他物品掩护,迅速就近找掩蔽体掩护,爆炸引起火灾,烟雾弥漫时,要做适当防护,尽量不要吸入烟尘,防止灼伤呼吸道;爆炸时会有大量的有毒气体产生,不要站在下风口,扑救火灾时要先打开门窗,最好佩戴防毒面具,防止中毒。

(2)救护他人:对在事故中伤亡人员,拨打救援电话求助,并将伤者送到安全地方,迅速采取救治措施,送医院救治。对于被埋压在倒塌的建筑物底下人员,要尽快了解数量和所在位置,采取有效措施予以救治。

(3)灭火:要抓紧扑灭现场火源,根据发生火灾的不同物品性质,采取科学合理的灭火措施,使用适用的灭火器材和灭火设备,尽快扑灭火源。

(4)转移爆炸物品:防止二次爆炸,对发生事故现场及附近未燃烧或爆炸的物品,及时予以转移,或在灭火过程中人为制造隔离,谨防发生火灾事故的蔓延或爆炸,确保安全。

(5)警戒:爆炸过后,撤离现场时应尽量保持镇静,听从专业人员的指挥,别乱跑,避免再度引起恐慌,增加伤亡;除紧急救险人员外,禁止其他任何人员进入警戒保护圈内,防止发生新的伤害事故。
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