液化石油气钢瓶爆炸及其灭火技术探讨

吴晋（辽阳市消防支队，辽宁 辽阳 111000）

液化石油气是一种优良的燃料，1912年，美国制成了世界上第一台民用液化石油所灶具之后，液化石油气迅速在全球推广，在我国不仅几乎在所有城市，而且在不少农村，都用上了液化石油气。

民用液化石油气是用钢瓶灌装供应的。在正常情况下，钢瓶内压力并不高，一般只有几十万帕，但在异常情况下，钢瓶内压力会急剧上升，直至发生爆炸。液化石油气也是易燃易爆物品，钢瓶物理爆炸又会导致化学性爆炸，并引起火灾及人员伤亡。对于这类火灾事故，扑救起来也十分困难。为了弄清钢瓶的特性，从而找出钢瓶发生爆炸的条件和火灾扑救战术，作者在分析多起钢瓶起火爆炸案例的基础上，查阅液化气钢瓶的各种数据资料，依据这些资料和数据，对液化石油气钢瓶发生爆炸的条件、原因、特征及灭火战术与技术进行探讨。

1 液化石油气钢瓶型号规格和设计参数

1.1 液化石油气钢瓶的型号规格及结构形式

民用液化石油气钢瓶有10公斤和15公斤两种规格。钢瓶属焊缝压力容器。10公斤、15公斤钢瓶均采用优质镇静钢冲压拉伸成上下封头，经中间焊接组装而成。钢瓶内壁环焊缝处有一环状衬圈。这种钢瓶只在瓶体中部有一道环向焊缝。

1.2 液化石油气钢瓶的设计参数

YSP-10型钢瓶的容积有23.5升。灌装容积只占总容积的85%，允许灌装量YSP-10G为10公斤。YSP-15型钢瓶的容积有33.5升。灌装容积只占总容积的85%，允许灌装量YSP-10G为15公斤。钢瓶按充装纯丙烷设计，使用温度为-40℃～+60℃，设计工作压力为1.6MPa，壁厚≥2.5毫米。钢瓶水压试验压力为2.4 MPa，水压爆破试验压力为12 MPa，气密性试验压力为1.6 MPa。两种钢瓶的角阀口径为 16mm×1.5mm（一型），18mm×1.5mm（二型），出气口口径10mm，与减压阀连接处口径为22mm。

2 液化石油气钢瓶发生爆炸的条件和原因

液化石油气钢瓶在设计制造时，对其耐压、使用温度范围、液化石油气灌装量等作了严格规定和要求，保证在设计条件内使用不发生意外。但在实际使用中，由于某些特殊的客观因素却可能使钢瓶内的液化石油气压力超过钢瓶允许工作压力，导致钢瓶爆炸。根据案例分析和实验证明，钢瓶发生爆炸的条件和原因主要是由于受热，瓶内压力超过设计压力，具体主要有以下两个方面。

2.1 超量灌装液化石油气

钢瓶内充灌的液化石油气具有很大的膨胀性能，丙烷的体裁积膨胀系数约为水的16倍，见表1。

表1 液化石油气的液化各级分和水的体积膨胀系数

钢瓶内液化石油气的饱和蒸汽压随着温度升高而升高。一般情况下，钢瓶内液化石油气是气、液两相共存，处于相对平衡状态。液化石油气在不同温度下各组分饱和蒸汽压见表2

表2 液化石油气在不同温度下各组分的饱和蒸汽压

由表2可见，饱和蒸汽压随温度上升并不迅速，温度升高1℃，压力约为增加2×104 Pa～3×104Pa。而液体膨胀压力则明显不同，随着温度的上升，压力会急剧升高。温度每升高1℃，压力能上升2.18 MPa～3.18 MPa。如果钢瓶全部灌满（均为液态），只要温度升高4℃左右，钢瓶内压力就会超过设计压力而发生爆炸。因此规定，钢瓶的灌装量绝不可超过其容积的85%，如果超量灌装，极易发生爆炸，将是非常危险的。

液化石油气钢瓶如果直接受到太阳的高温辐射，或被其他热源加热，饱和蒸汽压上升，就有爆炸危险；而超量灌装，只要温度稍有上升，即可能发生爆炸。

2.2 液化石油气钢瓶卧于地面自身燃烧

钢瓶上安装有减压阀，当用户因某种原因导致减压处漏气着火时，在惊慌失措之中往往会将钢瓶卧倒于地面。由于钢瓶是圆柱形，装有减压阀会产生偏重，致使减压阀出气口朝向地面燃烧，若地面是水泥、沥青、石板、鹅卵石路等，燃烧的温度会辐射到瓶体上，使钢瓶局部受到火焰的直接烧灼，钢瓶内的液化石油气受热后迅速膨胀；这时减压阀经高温烧灼后，内部的橡皮膜也会熔化，能够起到一定的泄压作用；但由于减压阀上的出气口口径很小，阻碍着钢瓶内迅速增大的压力顺畅地向外泄漏，加上钢瓶受到局部烧灼后瓶体材质退火，承受不住过大的压力，便会发生爆炸。

3 液化石油气钢瓶发生爆炸的时间及爆炸前的特征

钢瓶倒卧地面燃烧时，持续约4分钟之后，就有发生爆炸的可能；火焰和声音同时发生变化，火焰颜色由橙黄色变得略微发白，声音由“呼呼”的吼声变成轻微急促的“嘶嘶”声，这就预示着钢瓶即将爆炸；有的钢瓶可以明显地看出瓶体稍有膨胀；火焰和声音发生变化，持续约5～10秒钟，声音和火焰礼突然消失，随即发生爆炸；

4 关于液化石油气钢瓶能否发生爆炸的理论分析

液化石油气钢瓶内灌装的液化石油气（以下以丙烷为例），是在常温16℃的情况下，加压 0.7 MPa～0.8 MPa后，由气态变成液态充进钢瓶的，其相对密度为空气的1.56倍，火焰温度的理论值为1800℃，与空气混合浓度达到1.5%～10%左右时，遇火源就能引起爆炸。

钢瓶内充装的液化石油气会不会发生回火爆炸呢？结论是不会发生回火爆炸，理由有以下三个方面：（1）当钢瓶出气口上安装有减压阀时，因减压阀内有止回结构，故绝对不会发生回火爆炸事故。（2）若钢瓶出气口上没有安装减压阀或减压阀失效时，由于钢瓶内充装的液化石油气已具有一定的压力，大于外界的空气压力，处于正压状态，当钢瓶任何部位产生破损漏气，并遇到着火源时，均以稳定的形式在漏气处呈火炬状态燃烧，火焰方向稳定，燃烧范围不变，即漏出多少气体，就能烧掉多少气。随着钢瓶内的液化石油气减少，压力也相应减小，火焰由大变小，声音由响变弱；当钢瓶内的压力与外界大气压相等时，钢瓶内的液化石油气不再向外泄漏，钢瓶出气口处的混合气体浓度也就达不到爆炸浓度极限，燃烧便会自行熄灭；因液化石油气相对密度大，这时钢瓶内仍然留有少量的液化石油气，而外界的空气一时进不去，所以钢瓶内暂时不能形成混合气体，因此也就不会发生回火爆炸。（3）钢瓶出口口径小，也是不会发生回火爆炸的重要因素。因为火焰传播速度与口径大小有直接关系。口径大，火焰传播速度快；口径小，火焰传播速度慢；而且口径小到一定程度时，火焰就不能传播了。当口径很小时，燃烧产生的热量消耗于加热区和反应区的管壁；热量消耗于加热燃烧产物；在管径缩小时，这种热损失将增大，即受热表面和混合气体体积的比值增大；由此可见，在口径缩小时，反应区和受热区的单位体积导向管壁的热损失大大增加，燃烧温度降低，火焰传播速度也就减慢。当口径小到某一极限数值时，热损失大大超过反应热，火焰就不能在管内传播了。

5 液化石油气钢瓶火灾的扑救战术

鉴于液化石油气钢瓶发生爆炸的条件和原因有所不同，发生爆炸的时间及爆炸前的特征也有一定的规律性，因此在扑救钢瓶火灾时战术方法有有所不同，消防人员要根据火场侦察的情况区别对待，有所选择，切不可盲目扑救，以免造成不必要的人员伤亡。

5.1 火情侦察

（1）钢瓶处于什么状态燃烧，是站立不是倒卧，在室内还是室外。

（2）钢瓶是处于燃烧区中被火烧灼，还是仅仅是自身出气口燃烧，钢瓶起火已有多长时间。

（3）钢瓶角阀上有无安装减压阀。

（4）钢瓶燃烧时发出的声音和火焰颜色的变化情况。

5.2 扑救措施

5.2.1 扑救倒卧于地面，减压阀朝向地面燃烧的钢瓶火灾

消防人员切不要盲目接近钢瓶，因为从钢瓶起火到消防队接警后到达现场，一般要3分钟之后，而这是钢瓶正处于可能发生爆炸的危险阶段。消防人员就利用附近的掩蔽物体迅速接近钢瓶，水枪手用开花射流冷却瓶体；在没有可以利用的掩蔽物体的地方，水枪手应卧倒于地面，拖拽着水枪匍匐前进，进攻路线要选择面向钢瓶中间部位的地方，避开钢瓶的两端。模拟实验证明：钢瓶由于材质和生产过程中质量把握得好，发生爆炸后只产生少量碎片，一般为2-5片，多的在8片左右。由于瓶体两端封头呈半球体状，承受压力比较大，所以钢瓶爆炸时都是从两端朝外炸，两端封头不易破裂，破片最远可以飞出百余米，对人体有直接杀伤作用，对普通建筑物有一定的破坏力量，在短时间里带有几百度的高温，飞到草、木等燃点较低的可燃物质上能立即引起燃烧。钢瓶一旦发生爆炸，消防人员要注意观察有无造成新的燃烧点。

5.2.2 在建筑物火灾中，建筑内物品和液化石油气钢瓶同时燃烧的火灾

钢瓶角阀失去控制作用的火灾，消防人员切不可将火焰扑灭。因为火焰扑灭后，钢瓶内充灌的液化石油气继续泄漏，与空气混合达到一定浓度，遇明火会发生爆燃，造成更为严重的后果，甚至引起更大的火灾事故。应用水枪不间断地冷却钢瓶，并将钢瓶转移到安全处，维持钢瓶内的液化气体全部烧光。如果钢瓶倒卧于地面上，而且没有安装减压阀，这时最好想方设法将钢瓶立起来，但必须是在用水枪射流冷却钢瓶之后。

钢瓶角阀未失去控制作用的火灾，消防人员首先要冷却被火烘烤的液化石油气钢瓶，并及时扑灭液化石油气钢瓶周围的火势，然后扑灭液化石油气钢瓶的火势，将角阀关闭，并转移出火场，然后迅速年来建筑火灾。

5.2.3 扑救建筑物燃烧对液化石油气钢瓶构成威胁的火灾

液化石油气钢瓶在火势的直接烘烤下，几分钟就会发生爆炸，消防人员应在水枪的掩护下，及时将液化石油气钢瓶搬出火场，当液化石油气钢瓶不易抢出，又随时有爆炸危险时，要用喷雾射流强行对钢瓶进行冷却，并迅速扑灭钢瓶周围的火势，消防钢瓶爆炸危险后，再将钢瓶搬离火场，放置到安全场所。

综上所述，液化石油气钢瓶能否发生爆炸是有其特定环境和条件的，因此，我们在扑救液化石油气钢瓶火灾时，要做到不同情况区别对待，即要有勇敢、无畏的战斗精神，又要有严谨的科学态度，决不能盲目扑救，以避免造成不应有的伤亡和损失。

[1]中华人民共和国公安部消防局.中国消防手册[M].上海：上海科学技术出版社，2006.