台湾新北市八仙乐园27日晚间举办的彩色派对起火,导致助燃性粉尘爆炸造成498人受伤。粉尘为何会爆炸?
在此之前,2014年8月2日,江苏昆山的一家公司也发生了粉尘爆炸特别重大事故。那么,粉尘为什么会爆炸?为什么会对人造成如此严重的伤害?为此,本刊记者采访了两位相关领域的专家。
孙金华:粉尘是一种非常细小的颗粒。当小到一定程度,它们的比表面积(单位体积的表面积)就会很大,也就是说,颗粒能接触到氧气的面积就会增大许多。如果粉尘正好是一种可燃物质的话,它与空气中的氧气接触,一旦被点燃,燃烧速率就会非常快。随着燃烧的加速以及能量的积累,最后就会导致爆炸。许多我们平时看起来不能燃烧的材料,变成粉末颗粒以后就容易燃烧了,就是这个道理。
孙金华:不同材料的粉尘,燃烧的机制是不一样的。
这是一个非常深奥的科学问题。如果是碳氢类物质的粒子,比如硬脂酸粉尘,它是一种有机物。这种有机物粉尘燃烧时,粉尘粒子往往是先熔融成为液滴,液滴再蒸发成气体,然后燃烧。如果是棉麻类纤维的话,由于它是高分子的碳氢化合物,往往是以边分解、边燃烧的方式进行。
对于煤尘颗粒,由于煤粉里面含有一些挥发性成分(原子数比较少的碳氢化合物),接受了外界能量以后,就会蒸发成气体,然后燃烧;而挥发性成分蒸发后剩余的碳颗粒,也会和氧气发生反应,释放出大量的热量。
孙金华:发生粉尘爆炸,需要满足哪些条件?首先,组成粉尘的物质必须是可燃的。其次,粉尘的粒度足够细,通常在几微米到几十微米之间。第三,空气中的粉尘浓度要足够大,要超过该粉尘的爆炸下限。第四,要有足够量的氧气存在。正常空气中,氧气的体积浓度约为21%,通常,如果氧气浓度低于13%的话,就不会发生爆炸了。最后,还要有足够的能量来完成点火,比如火花、明火或者电弧等。
孙金华:粉尘爆炸可以分为“一次爆炸”和“二次爆炸”。一次爆炸是指那些悬浮在空气中的粉尘遇到了明火、满足了爆炸条件,就会发生爆炸。在一次爆炸的瞬间,爆炸中心会形成大量的热量和气体,形成气体冲击波(激波)。这种激波又会把原来沉积在地面上的粉尘卷起并再次扬到空气中,这些粉尘与空气混合,在一次爆炸产生的能量影响下,会发生二次爆炸。像这种把粉尘扬起来以后再次爆炸的情况,可能会发生多次。
孙金华:静电会引起火花,金属和金属撞击时,也会产生火花。当这些火花的能量达到足够大(毫焦耳量级)时,都可以引发爆炸。但这些都是可能性,并不一定是必然的原因,只有当产生火花的能量大于可燃粉尘的最小点火能,满足了点火条件才会引发爆炸。
孙金华:其实,在煤矿事故里,经常就会有粉尘爆炸。煤矿发生瓦斯爆炸时,往往会把沉积在煤矿巷道里的大量微细的煤炭颗粒重新扬起来,发生煤尘爆炸。
孙金华:发生粉尘爆炸的时候,会产生高温和压力冲击波。尽管我们看不见冲击波,但是它的威力是很大的。冲击波的传播速度是每秒几百米甚至上千米,当传播到物体上时,物体会在极短的时间内受到巨大的压力。当冲击波的“超压”达到一定程度的时候,可以击碎厂房的玻璃。当超压进一步增大时,房屋的砖墙结构会被一下子冲垮,就像电影里砖块乱飞的爆炸场面。若超压再增大的话,就连钢筋混凝土的墙都能被炸碎。
有时候,粉尘爆炸产生的冲击波可以把工厂里的笨重设备推到很远的地方去,可见它的破坏力是非常大的。
孙金华:工业中产生的粉尘是污染物,不能随意排放在大气中。最根本的解决办法还是对粉尘进行有效收集,减少悬浮在空气里的粉尘浓度。这样做,一方面是为了减少工人得尘肺病等职业病的机会,另一方面,也可以减少发生粉尘爆炸的风险。
吴军:这次事故,主要是三个因素的叠加造成了严重的伤亡。爆炸时,会对人的皮肤产生热力致伤,就是我们平时说的烧伤;还有吸入性损伤,是指人吸入了高温气体和烟尘后,在身体内部造成的伤害;此外,爆炸产生冲击波,也会对人体造成损伤,形成“冲击伤”,也叫“爆震伤”。
吴军:常见的烧伤中,一多半都是热力损伤或电击伤;在开放场所形成的烧伤,也很少伴有吸入性损伤的情况。总体来看,由于爆炸导致的烧伤病例,相对是比较少见的。金属粉尘爆炸与一般的爆炸区别不大,但可能会在伤者的皮肤或角膜中嵌入一些金属微粒或异物。
吴军:我们一般按照“三度四分法”来评价烧伤程度。Ⅰ度烧伤局限于表皮角质层、透明层和颗粒层,损伤最浅,比如人在紫外线下照射久了,就会造成Ⅰ度烧伤。
除了表皮损伤,还有一点真皮损伤的,是浅Ⅱ度烧伤;而深Ⅱ度烧伤的损伤就会更深一点。浅Ⅱ度和深Ⅱ度烧伤都会在伤处出现水疱,所以也叫水疱性烧伤。像Ⅰ度、Ⅱ度这些烧伤都是可以治愈的,只是需要的时间长短不同而已。如果是Ⅲ度烧伤的话,全层皮肤都被烧伤,皮肤里的毛囊、皮脂腺等都被破坏了,这些结构就肯定无法长好,也不能再生了。
此外,也有人按照“四度五分法”,将Ⅲ度烧伤中损伤已经达到深筋膜以下的最严重烧伤另分一类,称为Ⅳ度烧伤。
吴军:在烧伤医学中有一个概念,叫“半数致死率”(LD50),是指“烧伤面积占患者本人体表面积的百分比”达到多少时,预期会有一半的病人死亡。我们用这个半数致死率来评价烧伤病人死亡的风险。
根据我国的一个包含6万例重度和特重度烧伤(包括Ⅱ度、Ⅲ度烧伤)病人的统计数据可知,这个半数致死率对应着70%左右的烧伤面积,也就是说,如果重度和特重度烧伤的皮肤面积占据了体表总面积70%左右的话,预期就会有一半的病人死亡。在重度和特重度烧伤方面,我国的救治成功率是世界上最高的,如果是其他国家,同样的烧伤面积到不了70%,死亡率就已经超过一半了。
即便如此,像这次事故中很多患者的烧伤面积都已经达到了80%、90%,这么严重的烧伤,死亡率确实会非常高。
吴军:烧伤是一种很特殊的损伤。人如果受了刀伤或者骨折之类的伤害,一段时间后就可以愈合。但是重度或特重度烧伤对人的影响是终生的,即便人被救活了,他以后一辈子的生活也会备受煎熬。
因为他的身体会有一些功能障碍,比如肌腱损伤会造成手无法写字,部分肢体可能被截肢甚至无法走路,身体也会因为疤痕而挛缩等,以及由此产生的心理障碍,都会伴随终生。所以,现在医院救治烧伤病人,不仅要救活生命,还要关注患者出院以后的生活质量,帮助他回归社会并自信地生活。烧伤康复,是烧伤医学在未来要重点发展的方向。
吴军:要帮助患者马上脱离火源等热源,然后用大量的冷水冲洗患处,并脱去烧伤部位的衣服。之后尽快送到正规医院的专业烧伤科室进行治疗。在送往医院之前,记得千万不要自行在患处涂抹任何粉末或者药水之类的东西,这些只会耽误后续的抢救和治疗。