空气清新剂受热爆炸危险性研究

丁俊元　金　颖　聂　琦

（中国人民武装警察部队学院研究生三队，河北　廊坊）

摘要：本文围绕气雾剂制品的爆炸危险性进行了分析，对于河南省长垣县皇冠歌厅“12·15”重大火灾事故中的气雾剂制品—空气清新剂，设计实验探究其在电暖器烘烤加热时的爆炸危险性。有针对性地提出了气雾剂制品使用、储存方面的合理建议，以期减少此类安全事故的发生。实验现象及数据同时也为气雾剂事故的调查及火灾原因认定提供一定的数据支撑和理论依据。

关键词：空气清新剂；受热条件；爆炸实验；危险性；火灾调查

1　引言

气雾剂制品是以气雾包装容器为包装物，通过控制阀门，借助抛射剂压力把内容物按预定形态释放出的一种产品[1]。气雾剂制品具有密封罐装的产品不会被氧化或泄漏，操作使用方便，喷出性能可随需要改变等众多显著优点，因此在社会生活各个领域得到了广泛的使用。常见的气雾剂制品有各种气雾杀虫剂、摩丝、定型发胶、气雾型空气清新剂以及气雾彩带等，给人们的生活带来了很多便利[2]。

国内对气雾剂制品的研究主要在于内容物的合成及其应用等方面，对其爆炸及火灾危险性的研究较少，其中有对气雾剂市场安全管理的调查，也有对气雾剂罐爆炸事故的原因分析。例如，张娜描述了气雾彩带的生产、销售、使用中混乱的状况，并对阻燃性材料制作气雾彩带标准出台寄以希望；吴恢彬对气雾剂罐爆炸原因（如腐蚀问题）做了分析，并列出其控制方法和具体措施；吕东对气雾剂的易燃易爆性、气雾剂所引发的火灾爆炸灾难做出描述，并参照联合国《关于危险货物运输的建议书实验和标准手册》研究了气雾剂火灾危险性的分级方法等[3]。

在国外，关于气雾剂制品爆炸及火灾的研究相对较多，且大多数为基于灾害统计和爆炸机理方面的研究。如B.Marc等人对法国家用气雾剂如化妆品等爆炸事故做了详细的研究和分析；KiranKrishna等人对气雾剂爆炸中传热流体（Heat-transfer fluids）导致爆炸的机理做了详细研究；Jaakko Kukkonen等人研究了一些气雾剂的扩散分布并建立模型，为气雾剂爆炸的理论做了基础性研究；D.N.Smith等人对气雾剂罐体回收时可能发生的火灾爆炸事故做了评估分析等。

2　爆炸危险性分析

气雾剂制品主要由内容物、耐压罐体和阀门系统三部分组成。内容物分为剂料和抛射剂，剂料的比例约占内容物的60%左右，其中95%以上为易燃有机溶剂（大多为酒精或煤油），其余少量剂料为配方中起主要功效的活性成分。抛射剂提供了气雾剂的动力，常用的抛射剂主要是丙烷、丁烷、异丁烷、二甲醚等极易燃易爆的物质[4]，在常温常压下为气态，在一定压力或低温下则凝结成液体[5]。气雾剂产品中的抛射剂属易燃易爆危险物品，故根据国家标准《危险货物品名表》（GB 12268—2012）的规定，气雾剂制品被定为危险化学品。气雾剂制品的火灾危险程度主要取决于抛射剂烃类化合物的含量和内容物的燃烧特性，烃类化合物用量越多则火灾危险性越大。气雾剂产品的爆炸危险性主要体现在以下几个方面。

（1）物理性爆炸。贮存于容器罐内的内容物在储运和使用的过程中，受到高温、碰撞、曝晒等作用，会急剧膨胀，其罐内压力随温度升高而增大，一旦超过罐体的耐压强度，容器罐即会发生膨胀爆炸。易燃气体与爆炸碎片的冲击，可能会引发严重的伤害事故，易燃气体的最小点火能量很低，若遇到明火、撞击火花等点火源，极易发生二次爆炸，导致火灾蔓延扩展。

（2）化学爆炸。气雾剂罐发生泄漏后会在相对密闭的空间中迅速扩散。与空气形成爆炸性混合物，当空气中浓度达到爆炸极限时，遇明火即会发生燃烧爆炸事故。泄漏量较少时混合物也容易在局部封闭空间内达到爆炸下限，遇到明火容易产生燃爆事故[6]。

20世纪90年代末期我国气雾剂行业刚刚兴起时就发生过多起严重的火灾爆炸事故，并造成了严重的经济损失和人员伤亡情况。近些年来，我国空气清新剂等气雾剂制品的生产、销售、使用的数量逐年递增，但气雾剂的生产厂家、销售人员以及使用者对其存在的爆炸及火灾危险性重视程度仍然不足，由空气清新剂等气雾剂制品使用及存储方式不当而引发爆炸及火灾的事故屡见不鲜。

3　案例介绍

2014年12月15日，河南长垣皇冠歌厅内发生了“12·15”重大火灾事故，过火面积123m2，直接财产损失12.9万元，造成了12人死亡，24人受伤的严重后果。

勘验时在吧台附近发现54个金属罐体残骸，分布相对集中在，所有罐体全部呈现出爆破状，底部或顶部缺失，罐体内、外表面均有明显烟熏痕迹。罐体直径6.5cm、高14cm、容量300mL。同时在吧台内提取了电暖器残骸1个、电暖器三相电源线残骸1根、多孔电源插座残骸1个。

通过监控录像审查发现歌厅营业期间，吧台内的工作人员多次用腿部触碰打开的电暖器，使之紧贴装有空气清新剂的快递箱。一段时间后发生第一次爆炸燃烧，在随后1分钟内连续发生多次爆炸，火势迅猛发展。

选取事故中同批次的两种型号的空气清新剂作为样品送往公安部消防局天津火灾物证鉴定中心对其内部物质成分进行了鉴定，鉴定检出丙烷、正丁烷、异丁烷、甲醇和乙醇等成分。

综合现场勘验、调查询问、技术鉴定、监控录像情况，经分析论证，认定此起事故原因为：皇冠歌厅吧台内使用的电暖器近距离高温烘烤违规大量放置的具有易燃易爆危险性的罐装空气清新剂，导致空气清新剂爆炸燃烧，引发火灾。

4　模拟实验

本文设计模拟实验，以“12·15”重大火灾事故中同批次的罐装空气清新剂为实验样品，以事故中同型号的取暖器为加热源，探究气雾剂制品在电暖器烘烤加热情况下的爆炸危险性。

4.1　实验材料

市售罐装空气清新剂（铝制罐体、300mL）、瓦楞纸箱。

4.2　仪器装置

某品牌硅晶电热膜对流式电暖器（1050W×2）、Fluke2638数据采集仪、K型贴片式热电偶。

4.3　实验方法及过程

4.3.1　电暖器温度测量实验

（1）电暖器加热板表面温度随时间的变化情况。选择电暖器加热板表面距地面48cm、34cm、20cm处，作为电暖器不同部位的温度测试点，分别标记为A1、A2、A3。将电暖器通电开启后，采用贴片式热电偶获取1min、2min、3min和4min加热时间下A1、A2、A3三点的温度。如表1所示。

由表1分析可知，电暖器加热板表面温度随时间变化上升较快，2min时温度趋于稳定。A1、A2、A3的温度均可达到200℃以上，其中A2的温度最高，可以达到255.2℃。

（2）电暖器烘烤下纸板非受热面不同点温度变化情况。在电暖器开启5分钟，加热板表面温度趋于稳定后，将瓦楞纸箱裁剪后的纸板紧贴取暖器加热板的几何中心，选择纸板的非受热表面距地面48cm、34cm、20cm处作为温度测试点，分别标记为B1、B2、B3，在采用贴片式热电偶在1min、2min、3min、4min、5min时获取B1、B2、B3三点的温度，如表2所示。

由表2可知，纸板受电暖器烘烤，非受热面的温度上升相对较慢，在3min时趋于稳定。B2处的温度最高，稳定温度为101.3℃，B1和B3处的温度略低。瓦楞纸箱的非受热面的最高温度能够达到100℃左右。

4.3.2　空气清新剂爆炸实验

（1）单瓶罐体烘烤实验。电暖器开启5分钟，加热板表面温度趋于稳定后，将单瓶空气清新剂放置在距离地面34cm处且紧贴取暖器加热板，通过贴片式热电偶及数据采集仪记录罐体表面温度变化过程，测量出的罐体表面温度随时间变化规律如图1所示。

由图1分析可知，单瓶空气清新剂罐体受电暖器持续烘烤时，罐体表面温度随时间呈先增加后趋于稳定的变化趋势，且在发生爆炸后温度急剧下降。当空气清新剂单瓶罐体受到持续烘烤552s时，罐体温度最高达到70.5℃，此时罐体发生物理爆炸，且并未出现明火。

（2）瓦楞纸箱包装的多瓶罐体烘烤实验。电暖器开启5分钟，加热板表面温度趋于稳定后，将装有多瓶空气清新剂的瓦楞纸箱放置在距离地面34cm处且单面紧贴取暖器加热板，用贴片式热电偶和数据采集仪记录罐体表面温度变化过程，得出罐体表面温度随时间变化情况如图2所示。

由图2分析可知，空气清新剂罐体表面温度随加热时间的变化呈逐渐上升的趋势。与单瓶实验中温度变化不同的是，多瓶实验中，空气清新剂罐体温度随时间增加而上升，但并无趋于稳定的区间，温度在达到最高点后急剧下降。当瓦楞纸箱体受到烘烤约920s时，罐体达到最高温度67.9℃，距离受热面最近的罐体开始发生物理爆炸，纸箱等可燃物发生持续性燃烧，多个罐体接连发生爆炸。

4.4　实验结果分析

（1）实验中选用的硅晶电热膜对流式电暖器加热板的正常工作温度较高，能达到250℃左右，该温度在瓦楞纸的燃点范围内，因此长时间烘烤瓦楞纸箱有发生燃烧的可能性。而电暖器加热板直接作用于瓦楞纸板时纸板的非受热面温度可达到100℃左右。

（2）单瓶罐体烘烤实验中，空气清新剂罐体表面温度为70℃左右时，罐体中高压的内容物受热气化，压力升高，发生物理爆炸，不会出现明火。

（3）瓦楞纸箱包装的多瓶罐体烘烤实验中，当空气清新剂表面温度上升到68℃左右时，罐体会发生物理爆炸，在爆炸释放出的易燃内容物和纸箱表面高温的共同作用下，纸箱极易燃烧，出现明火，导致其他罐体接连发生爆炸。

（4）瓦楞纸箱对空气清新剂的温度变化有一定影响，当空气清新剂放置在瓦楞纸箱中受到烘烤时，罐体表面升温速率较慢，发生爆炸所需温度基本相同，但加热至爆炸所需的时间明显增长。

5　结论

气雾剂制品发生物理爆炸的临界温度较低，在存储和使用时都容易达到，且物理爆炸造成的罐体碎片冲击，可能会引发严重的伤害事故。同时易燃内容物的最小点火能量较低，遇到明火、撞击火花等点火源，极易发生二次爆炸，引燃周围的可燃物，导致火灾发生并加速其发展蔓延的过程。

因此气雾剂制品的爆炸及火灾危险性较大，在存储、运输和使用的过程中应当小心谨慎，主要总结为以下几个方面。

（1）气雾剂制品应在阴凉处保存，不宜放置在暖气、火炉、电视机和电冰箱的散热器等热源附近，应与其保持一定的距离。同时也不可忽视夏季烈日长时间的直接照射。

（2）气雾剂制品在存放时要尽量远离可燃易燃物，以防易燃气体混合物泄漏逸散，与空气形成爆炸性混合物，发生燃烧或爆炸。

（3）气雾剂制品使用时要远离明火和热源，避免因喷出的气体遇燃气炉灶、燃着的烟头等明火或电吹风等高温热源而引起火灾。

（4）气雾剂制品应避免摔砸或硬物碰撞等剧烈的外力作用。罐体内部压力较高，使劲摇晃、发生剧烈碰撞及摔打等方式会使得罐内压力增高，一旦瓶体出现破裂，极易引起爆炸。

参考文献

[1] GB/T 14448—93[S].

[2] 吕东，李晋，孙金香. 气雾剂火灾危险性分级方法研究[J]. 消防科学与技术，2011，30（1）：16-18.

[3] 吴恢彬. 马口铁气雾剂产品的泄漏分析及其化学控制[J]. 广东化工，2008，33（4）：72-75.

[4] QB 2549—2002[S].

[5] 智小川. 浅谈气溶胶制品的火灾危险性[J]. 消防技术与产品信息，2003，10：15-16.

[6] 申晓，吴学华. 小身材惹来大麻烦来自平凉路的火灾报告[J]. 上海消防，2004（1），2：30-32.