化學(xué)學(xué)院526實驗室事故的調(diào)查報告

1、化學(xué)學(xué)院5.26實驗室事故的調(diào)查報告1. 事故經(jīng)過據(jù)調(diào)查事故發(fā)生在5月26日晚上10點左右，碩士研究生王麗同學(xué)在逸夫工 程樓（16號樓）402實驗室進(jìn)行水熱反應(yīng)釜套管積炭清洗操作，據(jù)當(dāng)事人表述向聚 四氟乙烯套管中加入約24毫升水和約20毫升濃硝酸，然后將套管放入不銹鋼水 熱反應(yīng)釜中，用手?jǐn)Q緊蓋子，再手拿著反應(yīng)釜準(zhǔn)備放到實騎臺對面2米左右遠(yuǎn)的 虎鉗上進(jìn)行機(jī)械旋緊，在手持過程中發(fā)生氣體極速膨脹引起的爆炸，水熱反應(yīng)釜 筒體發(fā)生變形，活動底蓋飛出，在瞬間的反作用力下導(dǎo)致王麗右手損傷。王麗同 學(xué)冋憶，當(dāng)發(fā)生爆炸的吋候，有巨大的聲響，右手還抓住反應(yīng)釜體的，有大量的 水汽一樣的霧在周圍。王麗同學(xué)下意識的將左

2、手的一只未爆炸反應(yīng)釜爆放到實驗 臺上，發(fā)現(xiàn)自己右手出血，自行走去水池邊用水清洗手，擔(dān)心酸腐蝕手，看到水 池上也有很多血，然后再走出實驗室。離事故現(xiàn)場最近的博士研究生苗廣也描述 當(dāng)時爆破聲咅較大，失聰?shù)降诙觳耪！Ｖ車际庆F氣，有聞到酸的氣味，沒 有看到煙等其他現(xiàn)象。，此時聽到劇烈爆炸聲的夏啟斌教授（課題組教師）最先 到達(dá)事故現(xiàn)場照顧受傷的王麗，幫她簡單處理傷口，立即撥打120電話，10分 鐘后一起跟隨救護(hù)車到醫(yī)院進(jìn)行治療，同實驗室的苗廣博士生進(jìn)入實驗室，查看 事故現(xiàn)場，發(fā)現(xiàn)實驗臺上放置的未爆炸的另一只水熱反應(yīng)釜（平行樣）在冒煙, 當(dāng)天晚上未處置該反應(yīng)釜。2. 事故現(xiàn)場調(diào)查學(xué)校實驗室設(shè)備處于6

3、月23日成立了事故調(diào)查組，對該爆炸事件進(jìn)行了調(diào) 查，調(diào)查組成員分別于6月237月8號兩次到事故現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查，聽取了當(dāng)事人和事故發(fā)生時在場的其他幾位研究生的描述，爆炸發(fā)生后，實驗室水泥地 被爆炸飛出的水熱反應(yīng)釜活動底蓋打出一個深度約1厘米的凹陷，釜體下端和活 動底蓋變形（見附件材料）。事故發(fā)生吋涉及到的藥劑主要有濃硝酸，純凈水， 無水乙醇，n,n二甲基甲酰胺（dmf）o3. 事故原因分析根據(jù)當(dāng)事人、事故發(fā)生時在場的幾位研究生6月24日提交事故過程陳述文 字材料，及29 口對研究生導(dǎo)師李忠教授、當(dāng)事人和同實驗室其他研究生的問話， 均認(rèn)定是用硝酸清洗反應(yīng)釜過程發(fā)生的爆炸，但操作細(xì)節(jié)的表述前后有不-致

4、的 地方。例如，加入硝酸的操作，第一階段調(diào)查時說在實驗臺上，第二階段調(diào)查時 講是在通風(fēng)櫥屮，而同學(xué)苗廣說是他代當(dāng)事人加的硝酸，調(diào)查組從當(dāng)事人、事故 發(fā)生時其他三位在場研究生表述爆炸發(fā)生的過程、實驗操作過程使用的藥劑、相 關(guān)化學(xué)反應(yīng)等方面分析，無法解釋該水熱反應(yīng)釜在接近常溫，用硝酸浸洗聚四氟 乙烯內(nèi)套管過程，為何會產(chǎn)生如此威力較大的爆炸。該課題組事故后未及時將事故現(xiàn)場封存，對實驗室事故現(xiàn)場進(jìn)行了清掃，造 成釜內(nèi)物質(zhì)爆炸后的殘留物、另一個平行試驗反應(yīng)釜的內(nèi)容物等均已處理掉，給 進(jìn)一步分析取證帶來困難。調(diào)查組成員充分分析、討論了當(dāng)事人用到的藥劑，采 用排除法進(jìn)行驗證性實驗。第一個驗證實驗根據(jù)當(dāng)事人描

5、述用濃硝酸（65%-68%的分析純試劑，下同） 和純凈水按1:1.25 （體積比）混合不會發(fā)生反應(yīng)；第二個驗證實驗將12. 5毫升 濃硝酸加入10毫升的dmf中，僅發(fā)現(xiàn)有少量白色輕霧狀氣體產(chǎn)生，同時有較弱 的溫度升高，放置半小吋未發(fā)現(xiàn)劇烈的化學(xué)反應(yīng)和大量氣體的產(chǎn)生；第三個驗證 性實驗將12. 5毫升的濃硝酸加入10毫升的無水乙醇中，放置約3分鐘，突然聽 到微弱的玻璃碎裂的聲音，并發(fā)生劇烈反應(yīng)，瞬間產(chǎn)生大量黃棕色氣體（見附件 材料圖片），反應(yīng)持續(xù)約3-5分鐘，期間伴隨液體從燒杯中飛濺岀來，半小時后 觀察燒杯屮剩余的液體體積僅為原來的四分z左右，并有較高的溫度；第四個 驗證實驗將約1微克當(dāng)事人提供

6、的活性炭材料加入到燒杯中，再加入12. 5毫升 濃硝酸，發(fā)現(xiàn)有白色霧狀氣體產(chǎn)生，持續(xù)時間約10分鐘，再加入10毫升無水乙 醇，瞬間發(fā)生劇烈的反應(yīng)（見視頻證明材料），劇烈反應(yīng)產(chǎn)生大量的棕黃色氣體， 持續(xù)時間約3-5分鐘，反應(yīng)結(jié)束后燒杯中剩余的物質(zhì)體積約為原來的三分之一, 溫度明顯升高。從當(dāng)事人描述的藥劑加入時間到爆炸發(fā)生時間推斷與驗證實驗3相符，驗證 實驗3較好地還原了事故發(fā)生時的情景，并通過理論分析判斷，爆炸發(fā)生的原因 是當(dāng)事人當(dāng)時誤將到桌面上塑料洗瓶中的無水乙醇當(dāng)作純凈水。根據(jù)7月8 h事 故現(xiàn)場調(diào)查時當(dāng)事人的表述，事故發(fā)生前幾分鐘實驗臺而上有三個同樣尺寸及規(guī) 格的塑料洗瓶，一個內(nèi)裝無水乙醇

7、，一個內(nèi)裝dmf,-個內(nèi)裝純凈水，但7月8 日在王麗使用的實驗臺柜中僅找到無水乙醇和dmf兩個洗瓶，上面名字標(biāo)示較為 模糊，極易誤將無水乙醇當(dāng)成純凈水。另一個未爆炸到平行樣據(jù)分析，是由于用手旋緊蓋子的程度未到達(dá)密封效果, 有泄漏，從冒煙和從釜蓋下沿溢流出來的樣品痕跡也驗證了這一推斷。4. 教訓(xùn)事故發(fā)牛后未能很好的保護(hù)現(xiàn)場，未及時向相關(guān)部門通報事故發(fā)牛情況，給 調(diào)查取證帶來困難，這次調(diào)查組工作開展持續(xù)時間較長，多次談話，現(xiàn)場取證， 未能盡早判斷出事故發(fā)生的原因，也和當(dāng)事人沒有實驗記錄，很好保留事故現(xiàn)場 有關(guān)。5. 建議進(jìn)一步規(guī)范實驗室的藥劑釆購、管理和使用程序。實驗室事故發(fā)牛后必須第 一時間保護(hù)

8、事故現(xiàn)場，進(jìn)行調(diào)查取證。加強基層實驗室的安全意識，對所開展的 實驗有預(yù)判性和必要的防護(hù)措施。有些實驗要做前期安全分析，規(guī)范實驗室職責(zé) 和處罰制度。對主要有危險性的藥品進(jìn)行臺帳管理。學(xué)校要建立事故應(yīng)急處置制 度。調(diào)查小組成員：2016年7月15日調(diào)查報告附件材料反應(yīng)釜爆炸壓力計算及實驗室平面圖1> 16號樓402實驗室平面圖nuj08l應(yīng)底在上打坑 反蕃瓜地i!|可藥品柜實臺過道儀器儀器氣瓶洗 臺洗手 臺洗手 臺注，所冇尺prm位均為圖1:實驗室平面圖2、反應(yīng)釜筒體屈服壓力估算通過對同型號反應(yīng)釜材質(zhì)勘查與幾何尺寸測量,了解到反應(yīng)釜筒體材料估計為304不 銹鋼，其強度指標(biāo)為 = 52dmpa

9、,os = 205mpa,壁厚7.0mm,內(nèi)徑49mm，外徑63mrr）。 263/49=1.2857, dm = 56mm,具體尺寸見圖2 °1）依據(jù)中徑公式（適合于薄壁容器）導(dǎo)出筒體整體屈服的極限壓力為:k-1ps = 2as s s k + 1代入數(shù)據(jù)得到筒體整體屈服的內(nèi)壓為:ps = 51.25mp2）基于理想彈塑性材料,按厚壁圓筒導(dǎo)出筒體整體屈服的極限壓的公式依據(jù)mises屈服準(zhǔn)則:2aslnkps = 一 = 59.49mpav33）依據(jù)厚壁圓筒內(nèi)壁應(yīng)力公式導(dǎo)出筒體內(nèi)壁初始屈服時的壓力為:psi = (jsk2 -1)/(/2 +1) = 50a5mpa結(jié)合上述計算結(jié)杲，

10、對照本次反應(yīng)釜爆炸后的實際狀況，由于筒體發(fā)生了顯著宏觀變形,外徑脹大達(dá)到3mm,故實際封頭爆開時的壓力應(yīng)高于反應(yīng)釜筒體整體屈服壓力59.49mpao3、基于反應(yīng)釜筒體爆破的事故狀態(tài)壓力估算1)基于mises準(zhǔn)則的筒體爆破壓力如圖2所示,了解到反應(yīng)釜筒體材料估計為304不銹鋼,其強度指標(biāo)為 =520mpaqs = 205mp-彈性模量e為2.0xl05mpa,材料的泊松比口取0.3;材料的應(yīng)變硬化 指數(shù)n為0.22,自然對數(shù)的底為e二2.7183,筒體壁厚7.0mm,內(nèi)徑49mm,外徑63mmo k=63/49=1.2857/ dm = 56mm,依據(jù)tresca屈服條件:pb=ahnk = l

11、3q.68mpa2)基于厚壁圓faubel爆破壓力公式的筒體爆破壓力nk = 95.52mpa3)基于swensen公氏的筒體爆破壓力pb/ 、eahnk = l21mpa鑒于筒體本身根本沒有發(fā)生爆破，僅僅發(fā)生屈服，而且faubel公式的估計比較保守, 故在實際中比較常用，可以采用95.52mpa作為反應(yīng)釜筒體爆破壓力估計值。綜合前述比對，基于反應(yīng)釜筒體的承壓能力估算結(jié)果表明本次爆炸事故狀態(tài)的極限壓 力在59-95mpa之間。4、基于化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的爆破壓力估算依據(jù)本次事故調(diào)查組的驗證實驗結(jié)果，結(jié)合事故發(fā)生前學(xué)生開展ptfe反應(yīng)釜清洗的實 際情況，乙醇與濃硝酸總量佔計在52.5ml (洗滌、浸泡

12、可以潤濕整個內(nèi)表面)以上，濃硝酸 的加量在703/4)-(l/3)=29.16ml,下面計算以25ml進(jìn)行估算。1) 反應(yīng)釜ptfe容器內(nèi)液面以上的空間體積v依據(jù)學(xué)生陳述留有四分z體積v1即為17.5ml考慮；2) 反應(yīng)釜ptfe容器內(nèi)濃硝酸的有效質(zhì)量mn依據(jù)硝酸的密度1.41、質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度65-68% （按照66%計）得到硝酸的有效質(zhì)量mn： mn =29.16xl.41x.66=27.14g（以 100%純 hno3）；相當(dāng)于0.43gmol的量。3 ）硝酸分解產(chǎn)生的no?氣體體積vn°2由于乙醇與硝酸反應(yīng)放出的主要氣體為no?（當(dāng)然包括其他氣體）依據(jù)硝酸分解方程式得知一個硝酸分子產(chǎn)生1分子體積的no?估算， 即lgmol的硝酸完全分解放出22.4l的no?氣體為9.632l （標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）。4）硝酸分解產(chǎn)生的壓力估算鑒于反應(yīng)釜液面以上的空間體積為27.5ml,而且本反應(yīng)屈于放熱反應(yīng)，即使不升溫條 件下液面以上的壓力會增加550.4倍，相當(dāng)于壓力會升到55mpa以上，這是保守估計，依 據(jù)反應(yīng)機(jī)理，乙醇與濃硝酸反應(yīng)將釋放出乙烷、氫氣、水蒸氣等，對反應(yīng)釜壓力的急劇升高 均有貢獻(xiàn)。僅綜合化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物為大量氣體的估算結(jié)果，認(rèn)為本次爆炸時反應(yīng)釜內(nèi)部的壓力在 55mpa以上。5、爆破壓力估算小結(jié)依據(jù)上述容器承壓爆破、化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物兩大方面的計算結(jié)果，認(rèn)為本次爆炸事故發(fā)