基于氨制冷事故的摩菲定律分析——热力学第二定律的另一个表述

马一太

基于氨制冷事故的摩菲定律分析
——热力学第二定律的另一个表述

马一太

专家介绍:马一太,男,天津大学教授,博士生导师,享受国务院特殊津贴。长期从事制冷与热泵节能技术、自然工质应用技术、制冷与热泵产品的能效标准和可再生能源应用研究。现为中国制冷学会第八届理事会学术委员会副主任,中国制冷空调工业协会技术委员会顾问。天津市制冷学会副理事长、天津市可再生能源学会理事长。

∶本文介绍被称为热力学第四定律的摩菲定律,其基本表述是,可能出错的事情,就会出错。文中用近年来发生的氨冷库火灾和氨泄漏等重大事故说明摩菲定律的普适性和重要性,并分析摩菲定律的本质是热力学第二定律孤立系统的嫡增原理。

0 前言

摩菲定律(Murphy's Law)是美国的一名工程师爱德华·摩菲(见图1)在上世纪40年代一次火箭试验事故后作出的著名论断,也被人称为摩菲定理,还有人把它称为热力学第四定律。摩菲定律主要内容是:事情如果有变坏的可能,不管这种可能性有多小,它总会发生。

图1 工程师爱德华·摩菲

摩菲定律的原句是这样的:如果有两种选择,其中一种将导致灾难,则必定有人会作出这种选择。(If there are two or more ways to do something, and one of those ways can result in a catastrophe, then someone will do it.)摩菲定律最简单的表达形式是:有可能出错的事情,就会出错。

这个定理在国外复杂工程和企业管理界有一定的知名度。而在我国,低水平的矿难、火灾、氨泄漏屡屡发生,是对可能发生的错误缺乏足够的认识,也属于摩菲定律的内容。

1 事实根据

热力学定律都是大量事实的总结,摩菲定律也不例外。在历史上同样的故事不断重演,如《阿房宫赋》中所说:秦人不暇自哀,而后人哀之;后人哀之而不鉴之,亦使后人而复哀后人也。在现实社会中,这种不断出现的错误,人们不接受教训,预示着偶然中的必然。

1.1 事故频发的氨制冷

国家安监总局发布了 2013年我国重特大事故查处情况:一共有 49起重特大事故。其中有几起氨制冷重大事故,可以说,2013年是中国氨制冷的灾难之年。

2013年6月3日早晨,吉林宝源丰禽业有限公司一场大火,121人命丧火海,76人重伤,损失极为惨重,教训极为深刻。1999年宝源丰的老板己在吉林开源等地建厂,经营范围为肉食鸡深加工、肉类食品加工和饲料制造。2008年,到德惠注册宝源丰禽业有限公司,2010年底,该公司实现销售收入2.3亿元。但是,作为涉氨企业,用易燃材料建设冷链车间,没有防火措施,用造假方式对付安全检查,对工人不进行安全教育,没有逃生演习,工厂的大门在外面上锁,没有安全通道,一系列错误,最终酿成大祸。由于天价的索赔资金,涉案人员入狱,企业倒闭关门,给死难者家庭留下沉痛的灾难。火灾前后的场景见图2和图3。

另两起严重氨制冷事故是:2013年8月31日在上海翁牌冷藏实业有限公司发生重大氨泄漏事故,15人丧生;11月28日在山东乳山合和食品有限公司又发生液氨泄漏事故,7人丧生。两次事故有一定相似性,都是因氨冷库热氨融霜操作不当,都是低压管道封头处有严重的焊接缺陷,都是管帽脱落引起大量氨泄漏造成。有关技术分析,有另一篇文章《氨冷库热气融霜和液锤的探讨》同时在本次专刊上发表。

这几起事故发生都印证了摩菲定律:有可能出错的事情,就会出错。冷库的热氨融霜是个技术要求高的操作,不仅有严格的操作规程,也对冷库的设计、施工有严格要求。在这两起氨泄漏事故中,都有私自改变设计流程、工程转包无证上岗等违规行为,出错的概率上升,造成严重后果。

图2 吉林宝源丰数百工人在氨车间内

图3 吉林宝源丰氨冷链车间火灾现场

1.2 损失惨痛的火灾

大家还记得2010年11月15日上海静安区教师公寓大火(见图4)夺命58人。从表面上是电焊工无证上岗,引起易燃材料燃烧。但事情有如下深层次原因。

开发商看中了静安区教师公寓的一片绿地,计划盖上楼房,因影响原有住户的阳光,计划遭到居民反对。为解决这一矛盾,与区政府联合,用国家“节能减排”款项,对原来的公寓楼进行加装保温层改造。这样,用政府的钱,既做了“节能减排”的政绩,又能盖出楼盘赢得利润。

所用的保温层是不阻燃的,尽管那几年出现了很多阻燃级的保温材料,但真正的施工材料,与送检的样品性能往往有天渊之别。

图4 上海101115教师公寓火灾

施工中没有安全措施,并出现了层层转包。对于可燃的材料,即使施工中不发生火灾,在完工后若干年因意外引起火灾的可能性也是很大的。这在2009年2月9日的央视大楼因燃放烟花引起火灾(见图5),2011年2月3日沈阳某酒店因燃放烟花引燃外墙表面装饰材料引发的火灾,都是保温层竣工后发生的,可以说,用不阻燃的保温材料,也包括去年发生在吉林宝源丰的冷库大火,火灾的发生只是时间问题,跑不出摩菲定律的规律。

美国早己有 20多个州禁止使用聚苯乙烯泡沫(EPS);英国18 m以上建筑不允许使用EPS板薄抹灰外墙保温系统;德国则规定22 m以上的建筑不允许使用该系统。很多保险公司禁止给EPS保温的建筑进行保险。日本政府出台法规,耐燃烧性能低于酚醛泡沫的,不允许在公共建筑上使用。目前,岩棉和玻璃棉作为保温材料,在国际市场被广泛采用,岩棉耐高温最高使用温度能达到650 ℃,玻璃棉也可以达到 300 ℃。公安部 2011年有关通知规定,建筑物不得使用可燃(包括难燃)的保温材料,高层建筑因保温材料引起的火灾得到有效的控制。

图5 中央电视台090209火灾

然而,高速公路隧道的火灾又趋上升趋势。

2014年3月1日,山西晋济高速岩后隧道内两辆甲醇车相撞导致甲醇泄漏爆炸,隧道堵塞,引起42台车辆及1,500吨位煤炭燃烧,又引燃了一辆运输液化天然气的罐车,一系列货物被引燃引爆。由于隧道内灭火条件极差,大火烧了 73小时才被扑灭,缺氧、高温造成31人遇难,9人失踪(见图6)。事后分析的事故原因是:1)隧道管理部门交钱放行,甲醇、天然气等危险品随意穿行;2)司机违规处置车祸,事后弃车逃跑;3)逃生通道关闭,消防龙头不出水,等等。

实际上,这样的长隧道,发生任何火灾后果都是严重的。缺氧、烟雾都可置人于死地。如果让易燃品、危险品运输车辆进入长隧道,一旦发生火灾,隧道变成“隧道窑”,中间是高能燃料在燃烧,因隧道多有倾斜度,隧道的低端提供充足的空气,高端则是烟囱,中间可达一两千摄氏度的高温,可能造成隧道报废。可以说,如果允许危险品、易燃品槽罐车进入隧道,事故发生是早晚的事(见图7)。

图6 山西晋济高速隧道火灾现场

图7 由于高温隧道火灾很难扑灭

目前,这次事故的调查报告己经公布,责任人受到法律的制裁,有关的管理和技术漏洞也正在查处之中。

随着高速公路的不断发展,各地隧道火灾事故频发,己广泛引起人们的高度重视。2004年渝黔高速真武山隧道火灾、2008年京珠高速公路广东韶关段南行大宝山隧道火灾等等事故,都造成了巨大的人员伤亡和财产损失。

2 摩菲定律的本质

摩菲定律实际是热力学第二定律的体现:孤立系统的嫡趋于最大值。

首先我们看看什么是孤立系统。热力学的孤立系统是与外界没有物质和能量交换的系统。绝对的孤立系统在自然界是没有的,但是有很多“准孤立系统”。所有相对较密闭的空间,包括地下室、矿井、隧道、冷库、门窗密闭的房间、飞机机舱和火车的车厢等,都是准孤立系统。在这样的空间内一旦发生火灾、烟雾、毒气泄漏和缺氧等事故,后果就是生命的死亡,死亡就是最大的嫡增,是自发的、不可逆的。虽然有些事故并不以生命为代价,但同样是损失巨大。面对准孤立系统的设计者、施工者和操作者,应该警钟长鸣,一定要设计、建造和了解逃生通道、排烟通道和灭火系统,防患于未然。

摩菲定律的内容并不复杂,道理也很直白,如果没有安全措施,有些事故的发生概率并不低,人们却视而不见。它揭示了人们为什么不能忽视小概率事件的科学道理;揭示了安全管理的重要性,坚持预防为主的重要性。任何有可能发生危险的环节,都不能大意。

国外工程界和管理界对摩菲定律早有重视,比较注重小概率事件。比如用事故树的方法分析工程或技术中出现问题的概率是多少,如何预防。在我国对摩菲定律了解的人甚少,各种安全隐患没得到足够重视。实际上,少量的投资用于安全培训和必要的安全设施,如建立安全通道和事故紧急指示装置,就可避免群死群伤,避免企业倒闭,避免人财两空。

3 结论

本文介绍在国外较为著名的摩菲定律,是热力学第二定律的另一个表述方式。作者认为这个定律对于预防我国目前频发的灾难、事故,特别是氨制冷或冷库火灾等事故有重要意义。