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炸出蘑菇云!河南工厂高温溶液被洪水引爆,惊天威力哪来的?

河南登封市一铝合金厂,洪水倒灌至高温熔炉,引发爆炸,火光冲天腾起“蘑菇云”。天空被染红,几公里外的窗户都被震碎,巨响阵阵。附近居民描述:早上6点多钟正睡觉呢,以为是打雷,床都震得直摇,起来一看,院子大门都倒了。

老话说得好水火不容,洪水进入高温炉槽内,不应该是“灭火”吗?为什么反而会引发爆炸?

可乐加曼妥思――成核现象

高温状态下的铝熔体遇到水会发生“蒸汽爆炸(物理)”与“铝水爆炸(化学)”。蒸汽爆炸的原理与“可乐加曼妥思”的原理一样。

(老外将可乐倒在了一起,然后加入了曼妥思)

可乐生产过程,二氧化碳在高压下溶解到水中形成碳酸(液体),处于饱和状态。曼妥思表面看似光滑,其实在显微镜下全是坑洼,碳酸中摇摆不定的二氧化碳遇到不规则的粗糙表面,分子不断在坑洼表面中碰撞,很容易积蓄能量,引发“成核现象”,从而打破液态平衡,可乐瞬间析出大量二氧化碳气体引发“可乐爆炸”。

成核现象:物质常见状态分为固态、液态、气态,例如:冰、水、水汽。我们都知道水零度以下会结冰,达到100度会成水蒸气,但其实还缺少初始的转换条件:结晶核或气泡点。

如果一杯水非常纯净,杯壁也非常平整不存在裂痕,那么即使水温达到了零下20度,它也不会成冰。如果你轻触水面,水分子会在外界压力下出现局部分子浓度增大,分子碰撞次数增加,从而形成晶形构成“结晶中心”。那么整杯水就会从“结晶中心”开始快速成冰,也就是“点水成冰”现象。

气化也是同理,如果平时注意观察,你会发现静置后的碳酸饮料气泡都聚集在瓶壁上,因为瓶壁在微观尺寸中也是不平整的。当曼妥思(沙子、盐都行)扔进可乐,在坑洼处很容易形成“气化中心(起泡点)”产生大量气泡,促使可乐中原有的平衡被曼妥思表面各处的“气化中心”打破,扩散向四处,迅速析出碳酸中的二氧化碳形成冲击波。

铝合金厂爆炸为什么威力这么大?

如果说可乐加曼妥思是属于“二氧化碳”爆炸,那么铝合金厂则是“蒸汽爆炸”。由低温的水遇到与高温的铝熔体瞬间发生了剧烈的热交换,水达到了气化条件,在铝熔体表面快速成核气化,引发的爆炸。

一般来说,铝熔体的温度为670-850度左右,远高于水的汽化温度,只要接触一定会发生“蒸汽爆炸”。遇水不可避免,但爆炸的程度取决于铝熔体与水的比例,所以才能进行安全作业。

如果是少量的铝熔体滴入水中,热量会在水中快速地传导扩散,铝熔体会快速降温,冷却结晶,不会出现剧烈的爆炸。

如果是少量的水滴到铝熔体中,水快速汽化,虽然会出现炸响声且发生喷溅(就像油锅滴水),但爆炸程度就像放鞭炮一样,在金属冶炼业内称为“放炮”,由于水量太少不会出现冲天大火。不过,喷溅物温度极高会对附近的工作人员造成伤害,因此所有接触熔炉的工具与材料都要经过干燥、干燥再干燥。

如果水量大,铝熔体也多,就像这次洪水直接涌入熔炉就会出现剧烈的爆炸。大水涌入熔炉瞬间,熔炉内的金属熔体表面的水受热会以迅速形成大量“汽化中心”,从而聚积大量水汽。由于各处水汽产生的速度远远超过气泡扩散的速度,这些水汽会在较小的范围内,不断发生碰撞,积蓄大量的能量,如同被急剧压缩。当达到临界点便会爆发出巨大的冲击波,因为能量密度极大,所以爆炸威力巨大。

这种情况不仅在铝合金厂,在钢铁冶炼厂也经常发生,特别是在排炉中高温废渣的时候都要格外小心,除了物理原理,单质铝也是一种活泼的金属,高温状态下遇到水会将水分解成氢气和氢氧化铝。在高温条件下,当局部空气中混入的氢气比例超过4%就会引发爆炸,与空气中的氧气生产水(水汽)。

这次爆炸的铝合金厂临河而建,早晨4点河道水位出现暴涨,致使厂区围墙倒塌,铝合金厂立刻关掉电闸,组织人员撤离。6点多,洪水涌入厂内合金槽内高温溶液,瞬间火焰冲天,所幸厂区人员在一个多小时前就已撤离,无人员伤亡及失联。最近洪水频发,洪水来临之际,除了防水也要注意防火,特别是人员安全。