基于高层住宅燃气爆燃事故的调查与分析

罗海生

摘 要:本文对一起高层住宅燃气爆燃事故现场调查，通过事故现场分析、燃气泄漏量模拟计算、爆炸TNT当量强度估算、点火源分析等技术分析方法，查明了事故原因，提出了开展燃气爆燃事故现场调查的建议和事故防范措施及对策。

关键词：高层住宅；燃气爆燃；事故调查；燃气泄漏；建议与对策

引 言

2017年5月9日零时18分许，温度16~24℃，东南风1-2级，柳州市某高层住宅2单元20-3室发生燃气爆燃事故，造成2人受伤，室内家具用品全部被烧毁，邻户之间的玻璃被震碎、烟囱管道被不同程度震裂损坏等。事故住宅建筑建于2009年，钢混结构，地上24层，地下1层，地上91.23米，发生爆燃事故的住宅位于该建筑2单元20-3号室。

爆燃事故发生后，辖区政府组织消防、住建、公安、安监、质监等部门组成事故调查组，聘请消防、燃气、住建、质监等方面的专家成立了专家组，开展事故调查工作。

1 现场勘查情况

1.1事故建筑的周围勘验情况

事故建筑为坐南朝北，事故建筑北墙至该小区北面围墙约37米、宽约为12米区域范围内散落有大量玻璃碎片，块状大小不一，玻璃碎片上无烟痕附着，在该小区北面围墙附近有两个白色塑料窗框残骸，白色塑料窗框残骸。草坪及树上散挂着窗帘布，窗帘布除有撕裂孔洞外，未见过火及烟熏；在该区域范围内地面上散落有浅黄色布娃娃、在草坪上还有一把菜刀，散落物均未见燃烧痕及烟熏痕，见图1所示。

事故建筑西外墙至该小区西面围墙约10米、宽为7米区域范围内散落有大量玻璃碎片，块状大小不一，玻璃碎片上无烟痕附着，在该小区西面围墙附近散落有窗帘布，窗帘布除有撕裂孔洞外，无燃烧痕迹，地面上有白色塑料窗框残骸，见图2所示。

图1 事故建筑北墙外抛落物分布情况 图2 事故建筑西墙外窗帘布撕裂抛落情况

经走访调查及物品复原发现，以上勘查发现的抛落物均来自事故住宅2单元20-3室内的物品。

1.2事故住宅相邻楼层勘验情况

对事故住宅2单元20-3居民住宅的上面的两层房间进行勘验，位于这些住户的北面和西面的外窗的玻璃不同程度受损散落地面，玻璃碎片上无烟痕附着，部分住户的厨房的竖向烟道被炸开。事故住宅以下楼层未发现异常，见图3、图4所示。

图3 事故住宅楼上房间玻璃炸碎情况 图4 事故住宅楼上房间烟道炸裂情况

1.3事故住宅2单元20-3室内勘验情况

1.3.1 客厅、卧室勘验情况

事故住宅坐北朝南（入户门位于南面），平面布置为两卧一厅一厨一卫，客厅位于事故住宅的南面部分，阳台与客厅相连通，入户门位于客厅的南面，在住宅的北面部分从西向东依次为卧室、卫生间、厨房、卧室。室内客厅、卧室物品过火均匀，阳台金属护栏由于受力向外凸出变形，金属护栏在阳台的西墙和东墙上固定端发生拉伸，固定端的墙体受损脱落明显，见图5所示。

图5 阳台的金属护栏受力变形拉伸情况

1.3.2厨房勘验情况

对厨房进行勘验，厨房与餐厅分隔采取铝合金包边推玻门分隔，推玻门玻璃整体被炸碎散落在餐厅区域，在墙上的木质镶边全部被过火呈厨房内侧的比外侧重，呈龟裂状，东侧的木质镶边碳化残骸比西侧的木质镶边重，东侧的上部脱落下部尚有余存，西侧未见脱落。

对燃气管道进行勘验，燃气表前的燃气管道从厨房北墙外立面引入的镀锌钢管，表前的开关阀门呈全开启状，阀门手柄塑料部分被火烤融，燃气表的塑料部分被烤融；燃气表及与其相连的镀锌金属管道未出现断裂；表后有一铜质三通接口，接口处的连个阀门处于全开启状态。铜质三通接口分别通过埋墙的铝塑管与燃气灶和燃气热水器连接；铜质三通接口和埋墙铝塑管接口端的橡胶连接管全部被烧融滴落地面，接口处的卡箍尚保留在接口处。

对燃气灶进行勘验，燃气灶被过火但未见变形，燃气灶的进气端位于燃气灶中部靠西墙，进气端未见有燃气胶管道连接，进气端口被过火，有烟熏及积碳痕附着，该燃气灶的进气端口及连接部位未发现有燃气胶管熔融物。在储物柜内的西面墙上有一从燃气表暗埋的铝塑燃气管道，管道出气端燃气管道上有烧熔的胶管熔融物，卡箍连接还连接在燃气胶管上。在储物柜内的地面上有一根约1.62米长的燃气胶管，燃气胶管一端被过火烧成熔融状，燃气胶管其余部分保存为完好状，该燃气胶管另一端在储物柜内的西北角的地面上并在该部位的西墙上有“V”字型过火和烟熏痕，该燃气胶管端口有卡箍连接且该端口未见过火及烟熏，端口内外侧均比较干净，见图6、图7、图8所示。

图6 燃气灶过火情况 图7 燃气灶进气端胶管脱落未见过火

图8 燃气灶进气端金属高温变色痕

对燃气热水器进行勘验，在燃气热水器一侧北面墙上有一从燃气表暗埋的铝塑燃气管道，管道出气端为有烧熔的胶管熔融物，卡箍连接还连接在燃气管上。热水器进气端金属部分被过火严重，上面尚有少量积碳附着，与进气端连接的燃气胶管被过火烧融，在热水器的进气端上面未见有金属卡箍连接，在热水器下方的洗漱盘内有一个过火严重的卡箍部件。

2 事故爆燃原因分析与认定

2.1爆燃性质的分析认定

综合现场勘验、调查访问情况和事故现场分析，认定系天然气泄漏爆燃事故。依据有以下：一是从现场建筑结构破坏和建筑周围抛落物的分布情况分析，2单元20-3室的厨房和客厅为爆炸中心区，现场无明显炸点，且抛出物块大，抛落的物品均未见有烟熏痕，气体爆炸明显；二是从烟熏痕迹情况分析，现场烟熏位置高，表明爆炸的可燃气体相对密度比空气小，爆燃后易在空间上部附属物上附着烟熏痕迹，符合天然气爆炸起火特征；三是从调查询问情况分析，从两名伤者及周围邻居反应在爆炸发生前曾闻到异味，可分析判断异味是经过加臭处理的天然气的味道。四是据两位伤者烧伤部位的情况分析，主要是身体的正面中上部、脸部及呼吸道烧伤，与天然气爆炸燃烧烧伤痕迹相符。

2.2泄露点位置的分析认定

2.2.1燃气管道气密性试验

由于2单元20-3室厨房内的燃气表在事故中被损坏，故分别对燃气表前燃气管和燃气表后燃气管道分别进行了气密性试验；将燃气管道封堵后连接U型管压力计，试验充压压力为5kPa，试验时间为15min；试验结果为两段燃气管道内压力均无下降，气密性完好。因此可以排除燃气管道质量问题产生泄漏天然气的可能性。

2.2.2燃气灶具及热水器检查

经过质监和燃气技术人员现场检查与测试，发现器具燃气通路气密性符合相关技术标准要求。同时，据受伤者高某反映：近段时间来都未使用过燃气灶，事故发生前去调燃气热水器时证实燃气热水器管道连接完好。因此，排除了忘关燃气灶阀门泄漏和燃气热水器管道脱落造成燃气泄漏的可能性。

2.2.3燃气泄露点的分析确定

经现场勘验发现，燃气胶管与燃气灶连接处处于脱落状态，该燃气胶管端口有卡箍连接且该端口未见过火及烟熏，端口内外侧均比较干净。可以认定该起燃气泄露的原因为2单元20-3室的燃气胶管与燃气灶连接处出现胶管松动或脱落，且燃气表旋塞均处于开启状态，造成天然气泄漏。

2.3点火源的分析认定

天然气的点燃能量很小，在0.2~0.5ｍJ之间，属于一级可燃气体。根据对厨房燃气热水器残骸勘验，发现燃气热水器进气端区域的金属高温变色严重，在热水器的进气端上面金属卡箍已被烧脱且过火严重，燃气热水器的电源线与墙上插座连接处于通电状态。经两名伤者反映，事故发生前吴某准备去卫生间洗澡，叫高某把燃气表位置的总阀门打开，由于吴某洗澡多次开水均出冷水，又叫高某过去厨房调热水器，到厨房闻到比较浓的燃气味道，以为是开热水器洗澡多次打火出不了热水造成的，高某刚伸手还未碰到热水器，就在厨房内发生“轰隆”的一声爆炸声，然后就看到厨房、卧室、客厅等部位同时起火了。因此，综合分析点火源为燃气热水器在多次启动过程中产生电火花。

综以上所述，认定此起爆燃事故原因系与燃气灶连接的燃气胶管脱落造成天然气泄漏与空气混合气体浓度达到爆炸极限遇到燃气热水器多次启动过程中产生的电火花发生爆燃。

3 爆燃事故技术分析

3.1天然气理化性质

城市管道天然气的主要成份为甲烷，分子式CH4，分子量为16，密度为0.7174kg/m3，比空气轻，一般加入了防臭剂（四氢噻吩）便于人们发现泄漏，管道天然气的爆炸极限为5%~15%。

3.2天然气泄漏量模拟计算

由于2单元20-3室厨房内的燃气表在事故中被损坏,故无法估算其泄漏量。根据现场勘查发现燃气胶管与燃气灶连接处处于脱落状态，泄漏管径为DN10，故本文模拟时取泄漏孔径为 10mm，这种泄漏工况流量与流速均较大，流量计算见式（1）。

式（1）

式（1）中：qv -体积流量，m³/s；C_g-可燃气体扩散系数，取1.0；A-孔口面积，其中 ,d为当量直径；k-绝热指数，取1.29；M-甲烷分子量，取16kg/kmol；R-常数，取8.314kJ/kmol·K；P-管道绝对压力，取103325Pa；Pa-环境绝对压力，取101325Pa，T-取室温293k；ρ-天然气密度，甲烷密度0.7174kg/m³；

经计算，燃气管道发生小孔泄漏时的流量为q_v=0.0056m³/s。

3.3 爆炸TNT当量强度估算

目前对爆炸后果分析比较直观的方法就是采用 TNT 当量计算法，这种方法是将可燃气体或液体在一定空间内产生的爆炸所释放的能量化作一定当量（质量）TNT 爆炸所释放的能量，从而求得相应的爆炸 TNT 当量。TNT 单位质量释放的能量约为 4180 kJ /kg，则以天然气为可燃气体的 TNT 当量计算公式为：

式 （2）

式（2）中：E-TNT当量，；W-TNT在有限空间的储存量，；H₁-天然气的热值，MJ/Nm³；ρ-天然气的密度，MJ/Nm³

；ɛ、ɛ΄-计算式系数，与气体性质有关。

其中，TNT在一定空间内的储存量：

式（3）

式（3）中：M-天然气内的储存量，kg；m-随M的值变化，当M值不小于1000时，m取0.5；反之则取1。

由于天然气在标准状态下为气体，完全燃烧情况下的低热值H₁为34.91MJ/Nm³，密度为 0.7174kg /m³，在 TNT当量法中取ɛ为 0.06，ɛ΄为0.064。由式（1）中天然气泄漏量模拟计算得到其泄漏流量q_v=0.0056m³/s。根据询问当事人了解到，从打开燃气总阀到用燃气热水器洗澡到爆燃约10分钟，泄漏的天然气总质量为M=0.0056×0.7174×600=2.4kg，此时m取1。根据式（2）、式（3）对该泄漏工况按照 TNT 当量法进行计算：

即在该泄漏工况下发生的天然气爆炸事故，相当于 0.107kg的 TNT 发生爆炸所产生的后果。

4 开展高层住宅燃气爆燃事故调查的建议

4.1加强政府牵头多部门联合协作力度

通常高层住宅室内发生燃气爆燃事故，建筑结构带来不同程度的损坏和燃气的中断等给居民日常的生活带来严重的影响。如果不及时查明原因，恢复居民的正常生活秩序，会给社会带来诸多不稳定因素。同时，燃气爆燃事故的形成原因很多，通常涉及管道的设计安装、设备的使用及产品的质量等多个方面，而事故的调查中，如人为因素的排除、爆炸现场的勘验、燃气管网的检测及产品质量的鉴定、建筑结构的安全状况等技术专业性较强，由单个或主管部门单独展开事故调查难度较大，而通过政府牵头组织公安、消防、住建、燃气管理部门、质监等多个部门配合协作，不仅对事故的调查提供了有力专业技术支持，也提高了事故认定的准确性和权威性。

4.2加强现场烟尘的提取与鉴定技术的运用

天然气相对密度比空气小，爆炸起火后易在房间高位处留下烟尘，建议火灾调查人员在天然气爆炸火灾现场尽量多提取一些墙、窗及屋顶的烟尘，尤其是被爆炸冲击波抛出去的附着烟尘的玻璃和物品。通过鉴定其微量烟尘判断天然气是否存在，这为事故性质定性起到决定性作用。

4.3结合燃气的理化性质综合分析现场爆炸特征

通常燃气爆炸事故中，烧损、破坏严重的部位，通常是最先引发事故的部位。该起泄漏气体爆炸燃烧的火灾事故现场中，由于受到泄漏燃气的化学组成和理化性质、室内环境因素的影响，造成事故现场出现特殊的现象，即泄漏点不一定就是爆炸中心，泄漏点的破坏程度不一定比其他部位重。因此，在燃气事故调查中，调查人员应对现场进行综合性的分析，避免直观判断。

4.4注重现场勘验、试验和鉴定技术的有机结合

全面细致勘查现场，寻找关键物证。通过对事故现场的勘查，特别是针对气体爆炸起火点进行细致的勘查，对爆炸点的电气设备及相关物证进行重点勘查，充分分析事故现场的环境，结合调查询问，排除其他原因。住宅管道天然气泄漏时，多数泄漏点在厨房，且多数在天然气出口与橡胶管相连接处及灶具连接点处。调查人员在确定泄漏点前应对燃气管网、阀门及接口、燃气软管、燃气器具等依次排查，并进行必要的气密性试验和技术鉴定，从而最终准确认定泄漏点。

5 事故防范措施及建议

5.1加大城镇燃气安全宣传教育力度

各相关部门、企业要高度重视燃气安全宣传教育工作。突出宣传教育先导作用，管道燃气部门要经常性组织安全用气公益宣传活动，通过现场答疑、张贴画报、温馨提示和通过在电视、报纸等媒体进行宣传的多种形式，深入居民社区、用户广泛宣传管道燃气法律法规、安全用气、应急处理等常识。强化应急救援宣传、教育和演练，提高应急处置和救援能力。

5.2定期开展入户安检工作

街道、社区应协助管道燃气企业全面开展入户安全检查和安全用气指导工作。燃气管理部门要定期入户排查隐患，检查结果应书面告知燃气用户，对存在安全隐患的，应当提醒用户整改，燃气用户应当及时进行整改；燃气用户不按规定落实整改可能造成安全事故的，管道燃气部门可以停止供气，并在隐患消除后24小时内恢复供气。

5.3坚持预防为主，着力提高社会公共安全防范意识

各相关部门要立即着手对存在社会公共安全的潜在风险因素进行摸排，提前干预和疏导。燃气管理部门要对管道燃气居民用户大力宣传安全使用知识，推荐使用管道燃气专用金属软管和安装管道燃气泄露报警器，防范类似事故的发生。

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作者简介：罗海生（1980-），男，汉族，广西北流市人，中级专业技术职务，硕士学位，主要从事火灾事故调查工作。