洩漏、氣化、遇熱、燃燒,液化石油氣爆炸的科學原理

2020-12-05 科海拾貝2020

6月13日,浙江溫嶺一輛運輸液化石油氣的槽罐車在高速公路上發生爆炸,造成了重大人員傷亡。液化石油氣是我們生活中的常用物資,無數街邊小店,路邊攤中用的煤氣罐裝的就是這種物質,正常使用是很安全的,那麼它發生這麼大爆炸的科學原理又是什麼呢?

液化石油氣的性質

要解釋液化石油氣的爆炸,首先要了解液化石油氣的性質。液化石油氣的主要組成部分是丙烷和丁烷,這兩種物質在常溫常壓下是氣體,可以燃燒為人們提供熱量。但是氣體的密度很低,如果只是把氣體裝在煤氣罐中供人們使用,可能幾分鐘就用完了,沒有實際意義。

但大多數氣體都有一種性質,那便是壓力越大,它們的氣化點越高。對於液化石油氣來說,在20℃左右,只要壓力大於0.5Mpa,它們就是液體,液體的密度比氣體的密度大了幾百倍。我們把這種液體裝在儲罐中,運輸使用它們才有了經濟效益,唯一的壞處就是這種儲罐變成了一種壓力容器,能量密度也比氣體的時候高了幾百倍,安全風險上升。此次爆炸的就是一輛運輸液化石油氣的槽罐車。

液化石油氣爆炸的過程

液化石油氣平時是可以安全使用的,那這輛槽罐車為什麼會發生爆炸呢?

我們知道這輛槽罐車運輸的是液態的液化石油氣,正常狀態下所有的液化石油氣都在槽罐之中,沒有什麼風險。但當槽罐的進出口或者槽罐本身出現問題,槽罐與外界聯通之後,由於槽罐內部的壓力大於外部,槽罐內的液化石油氣會大量洩漏到外部。

同時,由於外部也就是我們生存的環境只有一個大氣壓(0.1Mpa),壓力不足以使液化石油氣變成液體,在液化石油氣洩漏到外部的時候,也會從液體變成氣體,體積會變成原來的一千多倍,這也是區區一個槽罐洩漏就會讓超大範圍出現白霧的原因。

單純的洩漏並不會引起爆炸,但液化石油氣的閃點在零下140到零下40℃,大大低於環境溫度,這意味著空氣中只要有一點點火源,比如汽車點火時候的電火花,靜電產生的電火花都會使這片區域的液化石油氣燃燒。

持續的燃燒需要氧氣的支持,所以只有液化石油氣在一定的濃度範圍內才能持續燃燒導致爆炸,液化石油氣的爆炸極限在1.5%-9.5%。當槽罐車中液化石油氣開始洩漏,周圍空氣中液化石油氣濃度達到1.5%至9.5%,一個小火星使周圍液化石油氣發生猛烈的燃燒,燃燒帶來巨大的熱量,熱量使周圍空氣的溫度急劇升高。

由於空氣溫度升高,空氣的壓力也急劇上升,空氣急劇向外擴張,形成衝擊波,爆炸就發生了。

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