下水道附近燃放爆竹引起爆炸的原因分析

庞惠心

【摘 要】以下水道附近燃放爆竹造成人员伤亡的事故为例，简要阐述了物理爆炸、化学爆炸和核爆炸的区别，确定了下水道爆炸性质属于化学爆炸。分析了下水道可能存在的物质及可能发生的化学、生物等反应过程，从沼气池的工作原理出发推论出下水道爆炸性气体混合物的产生和积聚过程，并对下水道爆炸危害性进行了分析，得出了相应的结论和预防措施。

【关键词】爆竹 下水道 沼气 爆炸

寒假期间是燃放烟花爆竹的高峰时段，许多人特别是学生喜欢放鞭炮，有的还玩出新花样，把鞭炮扔到井盖下面，引发了许多爆炸事故，造成了人员伤亡。据中央电视台2015年1月14日报道：呼和浩特某小区一名9岁男童向下水道井盖内扔爆竹，引起爆炸，男童瞬间被气浪掀飞10多米高，在空中翻滚一圈，重重摔在地上。类似事故其他地区也时有发生，下水道为什么会发生爆炸呢？

1 爆炸的种类

爆炸有物理爆炸、化学爆炸和核爆炸。

1.1 物理爆炸

物理爆炸是指由于压力增加超过容器或设备所能承受的极限压力而引起的爆炸。由于温度、体积和压力等物理变化因素引起的，在爆炸的前后，爆炸物质的性质及化学成分均不发生改变。如锅炉的爆炸是过热的水迅速蒸发出大量蒸汽，使蒸汽压力不断升高，当压力超过锅炉的极限强度时，就会发生爆炸。爆炸过程中水由液体变成气体，锅炉由整体变成碎片，并未生成其他新的物质。发生物理爆炸时，气体或蒸汽等介质潜藏的能量在瞬间释放出来，会造成巨大的破坏和伤害，破坏能力主要取决于蒸汽或气体的压力。

1.2 化学爆炸

化学爆炸是指由于物质急剧氧化或分解等化学反应，使温度、压力增加或者二者同时增加而引起的爆炸。化学爆炸包括火药爆炸、炸药爆炸、可燃气体（粉尘）混合物爆炸、强氧化剂、过氧化物爆炸等。化学爆炸能产生剧烈的放热反应，产生大量气体，产生高温高压和冲击波，从而引起强烈的破坏作用。化学爆炸前后物质的性质和成分均发生变化。如爆竹中火药的爆炸就是一种化学爆炸。爆竹的主要成分是黑火药，即硫磺、木炭粉、硝酸钾，有的还含有氯酸钾。黑火药爆炸时发生如下化学反应：2KNO3+S+3C=K2S+N2↑+ 3CO2↑硝酸钾分解放出的氧气使木炭和硫磺剧烈燃烧瞬间产生大量的热和氮气、二氧化碳等气体，体积急剧膨胀压力猛烈增大于是发生爆炸。

1.3 核爆炸

核爆炸是指核武器或核装置发生的爆炸。

2 下水道爆炸原因分析

从爆炸的分类来看，下水道爆炸过程不属于核爆炸，爆竹爆炸放出的热量也不可能加热大量水变成蒸汽引起物理爆炸，那最大的原因就可能是化学爆炸。爆竹发生的爆炸属于化学爆炸，对爆竹爆炸能量分析，单个的爆竹爆炸不会引起井盖飞起和人员受伤。因此，下水道发生更大威力的爆炸另有原因，这种物质爆炸的破坏力更加强大，爆竹爆炸只是起到了引发的作用。

2.1 排除固体、液体有机物爆炸

下水道是排除污水和雨水的管道，生活污水主要包括洗浴、厨房、厕所污水等；雨水下水道在下雨、刮风时可能进入树叶、杂草等有机物质以及雨水冲刷带入的有机物质。污水中虽然含有大量的有机物质，但大多数属于一般的可燃物，没有爆炸的危险性，如数量再大的树叶通常情况下也不会发生爆炸。再加上大部分都在水中或含有大量水分本身不易被引燃，也不具备爆炸的条件。

2.2 固体、液体有机物发生化学变化生成新物质的可能性

生物课上及参观污水处理厂时了解到：有机物质在厌氧条件下经微生物的发酵作用会生成可燃性混合气体。主要成分有甲烷、二氧化碳、氢气、氮气、一氧化碳、硫化氢和氨气等。其中甲烷、氢气、一氧化碳、硫化氢和氨气是可以燃烧的并且能与空气形成爆炸性气体混合物。农村广泛使用的沼气就是人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内，在厌氧条件下发酵从而产生沼气。沼气是多种气体的混合物，一般含甲烷50～70%，其余为二氧化碳和少量的氮、氢、硫化氢、氨气等。

2.3 下水道内产生可燃气体的可能性

下水道具备沼气产生的条件，首先是生活污水、化粪池中含有大量的有机物质，雨水下水道在下雨、刮风时进入树叶、杂草等有机物质，在地下基本上与空气隔绝，有类似沼气池的微生物发酵环境，有产生沼气的可能性。甲烷、二氧化碳、氢气、氮气、一氧化碳、硫化氢和氨气等产生后会从污水中逸散出来，在温度高的时候在沼泽地、污水沟或粪池里，经常冒出的“气泡”就是这类气体。虽然这些气体比空气轻会缓慢的向空气中散失，但下水道为防止人员掉入和散发气味都用井盖密封，并且位于地下，通风不良，会造成此类气体的积聚。这些气体长时间积聚并且与空气混合，会逐渐达到爆炸极限浓度范围，爆竹爆炸产生的明火会引燃爆炸性气体混合物。

3 下水道爆炸的危险特性

可以根据气体积聚量的大小来衡量危险程度，污水中有机质越多，产生的气体会越多，化粪池有机质最多，危险性最大；雨水下水道经常会冲入树叶、纸张等有机质，也会产生气体，但数量较少，并且与大气相通，散发快，发生爆炸的危险相对较小；温度高时，微生物的发酵作用强，产生的气体也多，同样条件下危险性越大。人们经常闻到下水道的味道一般来说夏天比冬天气味大，也说明了这个问题。下水道中空气空间越大，积聚的爆炸性气体混合物数量越大，发生爆炸的危害也越大。

综上所述，可以得出以下结论：

一是在下水道等井盖处燃放爆竹引发爆炸的原因是爆竹爆炸产生的明火引起了下水道内积聚的爆炸性气体混合物爆炸所致。

二是化粪池处爆炸的可能性和威力比雨水下水道处大。

三是污水处理厂附近会散发出可燃气体，应当禁止烟火。

四是气温高时比温度低时发生爆炸的可能性和危险性更大。

五是通过分析推断，加油站、液化气站、化工厂等附近排出的污水下水道内会挥发出可燃气体并积聚也会引起爆炸。

六是下水道附近除了不能燃放烟花爆竹外，也应当防止烟火、电（气）焊渣等进入，确需要动火作业的，应当经过通风并进行可燃气体浓度检测合格后方可进行。