湖北十堰集贸市场燃气爆炸事故带给燃气企业的启示

气质征服全场

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作者｜陈允

2021年6月13日6时40分许，湖北省十堰市张湾区艳湖社区集贸市场发生燃气爆炸，截止到16日晚已有25人亡、138伤，其中37人重伤。


初步调查显示，发生事故的天然气管道系十堰东风中燃城市燃气发展有限公司所有，该公司安全管理制度不健全，责任不落实，未严格执行燃气管道巡线检查制度，相关设备运行存在严重缺陷。


十堰公安机关对包括十堰东风中燃城市燃气发展有限公司总经理黄某在内的8名犯罪嫌疑人采取刑事拘留措施。

一、爆炸事故现场情况介绍


视频显示，发生爆炸的建筑部分屋顶已掀翻，二层框架楼的预制空心楼板及局部屋盖炸塌，二层建筑只剩下了基本的框架。一楼地面高出路面1米多，一楼以下设有架空层（层高约2.5~3米），一楼地板部分也被炸塌。这是一个长约100米，宽15~17米的二层钢混结构建筑，屋顶不是浇筑的混凝土结构，而是那种传统的利于排水的“人”字形屋顶。一楼层高约4~5米（药店、早餐店等19间店铺），二楼层高约4米（为无人居住的活动室），单层面积约为1500平方米。


据社区居民介绍，事发地市场是一幢90年代建在河道上的二层老建筑，燃气管道在河道下铺设，铺设年头并不长。距事发地约200米的小区，4层以上房屋的玻璃被震碎。


爆炸现场周边的居民对记者说，一年前该建筑就出现过燃气泄漏，当时曾报修过。这次爆炸前，也有闻到异味，有街坊说当时感觉到危险已报警，消防员及燃气公司人员赶到正勘查时就发生了爆炸。

二、燃气爆炸事故分析


初步分析事故原因：事发建筑物建在河道上，铺设在负一层河道中（架空层）的燃气管道发生泄漏，因建筑物负一层两侧封堵不通风，泄漏天然气聚集，并向一楼二楼扩散，达到爆炸极限后，遇火源引爆。


1、天然气设施在夜间发生泄漏：


可能是给整个建筑供气的天然气主管道在夜间发生泄漏


1）金属管道在恶劣的环境下腐蚀导致发生燃气泄漏。燃气管道在河道下铺设，环境潮湿，土壤PH值、电导率异常皆有可能。


2）软弱基础发生不均匀沉降，金属管道受到拉力或剪切力，造成金属管道接口松动或脱落，导致发生燃气泄漏。


3）也不排除阀门、调压器、燃气流量表、补偿器等设备及部件失灵或老化，导致发生燃气泄漏。


2、发生泄漏时缺乏有效的技术预警、控制手段


爆炸前一天并无异常，只是爆炸当日早晨闻到异味，说明夜间发生了泄漏，并集聚数量巨大的天然气。可以肯定整个建筑未安装燃气泄漏报警装置以及快速切断装置，缺乏有效的技术预警、控制手段。


3、燃气运营企业存在严重的管理疏漏


安检、维护、宣传不到位，对特殊环境下的燃气设施未给予足够重视。


爆炸前一个小时（5:38分），燃气公司抢险人员和市消防人员接到用户报警并及时到达现场处置。发现了明显的泄漏，却没有依据应急预案及时采取紧急疏散人员措施，致使一部分农贸市场商户以及周边群众始终在街边围观。


由于没有人去严格的管理和主导，市场商户又返回农贸市场经营、做饭，在6:40分时天然气与空气混合易爆气体因群众做饭而点火，随即发生猛烈爆炸。


从抢险人员到达现场至爆炸发生，中间有一个小时充裕时间而没有疏散群众。未及时疏散店铺中的人员和就餐、购物的群众，也未及时疏散围观群众和周边居民，这在管理制度上（或抢险程序上）犯了致命的错误。要么应急预案中缺漏“及时疏散群众”条款，要么应急预案演练未落实到位。


按照城镇燃气设计规范GB50028 要求，“地下燃气管道不得从建筑物和大型构筑物下面穿越”，管道已经在河底在穿越了建筑物了，风险、隐患排查时均没有发现这些违规建筑和燃气设施存在的重大隐患。可以看出整个公司工作作风充斥着形式主义、官僚主义，责任心淡薄。为此付出的代价则是燃气公司的负责人及其管理人员因玩忽职守和渎职被刑事拘留。

三、天然气泄漏后大规模聚集、点火及火灾原因


1、燃气聚集


处于当架空层中的燃气设施发生泄漏时，天然气在架空层中大规模聚集，并通过某些途径和通道（如楼梯道、排气道等）进入二楼无人居住的活动室，也可能有少部分一楼店铺被泄漏的天然气侵入。


由于燃气设施泄漏事故发生夜间，无人发觉、无人报警，也无技术预警，致使泄漏后天然气得以大规模聚集，并与空气充分混合达到爆炸范围，遇点火源即发生大规模爆炸。


由于一楼被分割成19间药店、早餐店等店铺，店铺间缺乏有效连通，19间店铺同时大规模聚集天然气的可能性不大，自身发生强烈爆炸的可能性也不大。


2、触发、点火


早晨6:30分一楼的早餐店铺动火或药店开启用电设备造成店铺爆炸，最终引发二楼无人居住的活动室及架空层爆炸。部分人员听见两次爆炸声也是合理的。


3、火灾情况


天然气爆炸之后并未发生大面积火灾，就说明泄漏的天然气能量已耗尽，没有多余的天然气在爆炸后继续燃烧；也就是说没有任何一个相对独立的有限空间里内的天然气浓度远远高于爆炸上限。从目前已知的资料显示该建筑内没有存储大量的液化石油气、汽油、柴油、酒精等液态燃料。

四、天然气爆炸威力分析


1、发生爆炸总的空间容积（只考虑架空层及二楼空间容积）
（2.5+4）×1500=9750立方米（架空层取2.5米）


2、爆炸威力


最大爆炸威力按天然气浓度10%计算为：
有共975立方米纯态甲烷参与了爆炸反应；


有效能量释放：E=aVfQf= 1594 MJ
其爆炸威力：WTNT =a Vf Qf/QTNT=314.2 kgTNT
314.2公斤梯恩梯（TNT）炸药爆炸威力相当于一千六百颗美军的Mk.II型香瓜手雷（手雷装药为0.15~0.20kgTNT）。


可燃气体爆炸与凝聚炸药爆炸不同，可燃气体爆炸时只有2~4%的能量释放转换为压力波（冲击波）。可燃气体只有发生定容绝热爆炸时，能量才能充分释放而转换为压力波，也就是说能量转换效率才能大大提高。


由于二楼是无人居住的活动室，窗户较多（即泄压面积较大），实际爆炸威力会大大地打折扣，同时还需考虑天然气浓度不一定恰好处于10%的爆炸威力最大状态，实际上的爆炸产生的威力会有所减弱。


实际爆炸威力应为：150~300公斤梯恩梯（TNT）当量

五、发生该类恶性事故的充分必要条件


发生该类恶性（群死群伤）事故必须具备五个要素：


1、单位时间内泄漏量较大


中压管道泄漏、供气量较大低压总管（干管）泄漏，燃气设施（如调压器、计量器具等）泄漏，燃气部件（如：阀门、补偿器、过滤器等）泄漏。具备较大泄漏量才能在有限的时间内形成威力足够大爆炸的燃气量。


对于居民用户和商业用户发生夜间泄漏时，往往持续至天亮才有可能被人察觉，泄漏时间<12小时，泄漏时的流量Qmax约为50~100Nm3/h，泄漏量约为（8~12）h×Qmax=500~1000立方米。


2、事故现场存在较大的受限空间


没有足够的受限空间，就无法聚集足够的燃气量，也就不能形成威力较强的爆炸。天然气密度只有空气密度的58%，向上扩散性很强，如果没有受限空间的约束，很难聚集成稳定的易爆气团。


在十堰艳湖小区集贸市场发生燃气爆炸中，如果该建筑内不存在几千立方米的受限空间，而是一个不足一百立方米的受限空间的店铺，即使发生了天然气泄漏、爆炸，可能会有数人受伤，但死亡应当可以避免。


合肥（2000年）10.28事故现场正是居民楼存在封闭的架空层（受限空间），才发生燃气爆炸事故导致惨烈的重大伤亡。


2014年8月1日凌晨，中国台湾省高雄市前镇区多条街道陆续发生可燃气体外泄，道路下有大容量空间（箱涵及下水道）聚集了相当大体量的可燃气体与空气混合成的易爆气团，并引发多次大爆炸，造成32人死亡，321人受伤。


3、缺乏有效的技术预警、控制


1937年美国德克萨斯州的“新伦敦学校”发生了天然气泄漏、爆炸，造成295名师生死亡。该事件导致德州立法要求燃气供应商在燃气中加入臭味剂，以达到泄漏报警。随着电子技术发展、特别是半导体技术高速发展，美国各州先后立法要求燃气用户必须设置技术预警、控制装置。


目前针对天然气泄漏的技术预警、控制装置主要有：可燃气体报警器、甲烷探测仪、燃气快速切断阀、紧急排气装置等。


倘若在一些重要、关键的用户的燃气设施上安装可燃气体报警器和燃气快速切断阀，太多的恶性事故可以避免，众多的生命得以保全。


在城镇燃气行业，安全成本投入性价比最高部分即为增设技术预警、控制装置。


4、人员出现的数量及频次较高


发生该类恶性事故一般多发生在公共场所：餐饮门店、商场、学校、娱乐场所等。


例如：（2000年）10.28事故，虽然爆炸发生在居民家庭内，但是由于该户私设裁缝培训班，才造成较大的伤亡。


国内每年发生的十数起早点店、火锅店天然气、液化石油气爆炸，已经成为燃气爆炸典型案列。


这也充分证实了风险与人员出现的数量、频次相关性：
风险值 = 事故后果 × 人员出现数量、频率 × 发生的概率


5、存在随机的点火源


居民用户、商业用户和公共建筑用户均属于存在较多随机的点火源场所。该类用户点火源很难有效地管控，全部采用防爆电器也不现实（成本太高）。


居民用户、商业用户和公共建筑用户等的用气场所及燃气设施安装场所按照《爆炸和火灾危险区域等级》分类管理目前尚有困难，在该类场所控制随机的点火源主要依赖宣传和现场监督，防火防爆效果并不理想。

六、燃气企业如何杜绝该类恶性事故?


1、加强对重点地区、特殊用户应隐患排查


1）重点排查燃气设施周边可能存在较大受限空间的用户，注意空间的分割与连通以及是否有利于燃气聚集；


2）重点排查用气量较大（装置最大流量Qmax>20m3/h）的燃气设施遭受腐蚀、老化、应力等不利情况以及用气建筑老旧的用户；


3）一些长期无人居住的居民用户及长期无人使用的公共设施用户是也应当到重点关注；


4）重点关注燃气管道穿越涵道、封闭河道及其他地下构筑物。


2、对风险值较高的用户应提高安检频次


《城镇燃气设施运行、维护和抢修安全技术规程》3.5.1 燃气供应单位应对燃气用户设施定期进行检查，对用户进行安全用气的宣传，并应符合下列规定：


1、对商业用户、工业用户、采暖等非居民用户每年检查不得少于1次。


2、对居民用户每2年检查不得少于1次。


以上规定仅仅是对一般用户安检的最低要求，对风险值较高的重点地区、特殊用户应提安检频次。


3、让用户从被动安检变为主动要求安检。


多数用户对安检并不积极，总觉得燃气企业的安检只是“例行公事”，会给他们的生活和工作增添麻烦，甚至有少数让用户抵制、抗拒安检。我们必须通过燃气安全知识宣传、培训，使用户从抵制、抗拒的被动安检转变为用户积极要求的主动安检。动员并鼓励工商用户、公建用户建立自身的安检制度，我们应协助用户制定安检程序、购置必要的检查仪表，做到“全民皆兵”、“内外无死角”。


4、安检的目的


1）查漏


查漏本身并不复杂，也无须较高的专业知识，仅用可燃气体报警器或甲烷探测仪即可完成。


对于一些燃气设施复杂、现场难以进入或难以攀登的用户，查漏可以采用极端方式：利用强度试验和气密性试验，不仅查出漏点，还可以使燃气设施中的一些隐患提前暴露。不过这种安检方式会增加燃气企业的部分成本。

2）排查隐患


事故隐患是指作业场所、设备及设施的不安全状态，人的不安全行为和管理上的缺陷，是引发安全事故的直接原因。


（1）危害因素辨识，首先在燃气输配系统中排查列出所有的重要危险源、重大危险源。


（2）通过危险源在燃气输配系统中找出所有隐患。


（3）通过燃气输配系统中危险源以及隐患找出潜在的可能发展或转变为事故的内在和外在因素。


对隐患不采取控制措施或控制措施失效，隐患终将会爆发，使得能量和危险物质释放，若与人或财产接触就出现“事故”。

事故隐患是一种不安全或不稳定的状态，所以隐患排查是专业性很强的工作，只能在专家、专业技术人员指导下完成。


3）提高用户对安全用气的认知


确保用户燃气设施在整个寿命周期内安全工作，仅仅依赖燃气供应企业安全管理（每年1次安检）是远远不够的。提高用户对安全用气的认知，主动介入燃气设施运行安全管理非常必要。

5、设置技术预警、监控装置


1）成本低、性价比高


基础型的技术预警、监控装置：燃气泄漏传感器和报警仪（一拖二）加DN50电磁阀合计价格约为6000~8000元/套，成本只占工商用户燃气设施总投资的1~2%。安全费效比很高。


2）灵敏、稳定、可靠性高


3）互联互通、多方联动


燃气安全信息借助网络可与用户安保中心、燃气运营企业、消防部门、政府应急部门连通、联动，一旦发生燃气泄漏，可以得到及时救援。


4）安装简单，使用方便

6、提高燃气运营企业员工安全管理、风险管控的认知、对抢险程序和应急预案正确理解


从事安全管理、风险管控的人员必须充分了解和理解各类燃气设备及设施性能、特点，充分认识燃气设备受到何种因素影响而产生隐患？隐患如何失控而引发安全事故？当事故时如何启动应急预案、如何处置事故？还必须充分了解和理解从燃气泄漏、扩散、聚集、混合、触发点火、爆炸、火灾到窒息、中毒、烧伤、冲压伤等一系列必要的知识。需要掌握材料学、燃烧学、气体动力学、爆炸力学等学科。


本人走访过众多燃气运营企业，能够掌握这条长长的知识链的技术人员少之又少，很多燃气企业甚至无一人真正理解以上各类知识。


燃气企业的安全运营依赖什么？
高质量的材料、设备，
完备的管理制度，
丰富的专业知识，
高尚的责任心。


七、该类恶性事故离我们有多远？

海因里希法则：（300∶29∶1法则）当一个企业有300起隐患或违章，必然要发生29起轻伤或故障，另外必有一起重伤、死亡或重大事故。这是海因里希对机械行业的60万例事故、故障和隐患进行了科学归纳与统计，规模巨大、时间跨度极长。尽管统计的不是燃气行业，但类比原则依然存在，其统计学规律依然成立。


2003年11月天然气进入合肥已有18年了，居民用户已高达一百五十万户，工商用户、公建用户高达万户。在这18年里，暴露的隐患或违章不下千起，各类小事故（泄漏）何止百起？量变是质变的前提，大量故障和隐患的累积是重大事故的孵化温床。


依据海因里希法则，重大事故的风险如同高悬在顶的“达摩克利斯之剑”，不得不引起我们高度关注，百倍警惕。

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作者提示：由于媒体披露的信息量不足、数据不完整，文中数据可能存在较大误差，敬请谅解。


作者单位：合肥燃气集团

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