馬一太

基于氨制冷事故的摩菲定律分析
——熱力學(xué)第二定律的另一個(gè)表述

馬一太

專家介紹:馬一太,男,天津大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師,享受國務(wù)院特殊津貼。長期從事制冷與熱泵節(jié)能技術(shù)、自然工質(zhì)應(yīng)用技術(shù)、制冷與熱泵產(chǎn)品的能效標(biāo)準(zhǔn)和可再生能源應(yīng)用研究。現(xiàn)為中國制冷學(xué)會(huì)第八屆理事會(huì)學(xué)術(shù)委員會(huì)副主任,中國制冷空調(diào)工業(yè)協(xié)會(huì)技術(shù)委員會(huì)顧問。天津市制冷學(xué)會(huì)副理事長、天津市可再生能源學(xué)會(huì)理事長。

∶本文介紹被稱為熱力學(xué)第四定律的摩菲定律,其基本表述是,可能出錯(cuò)的事情,就會(huì)出錯(cuò)。文中用近年來發(fā)生的氨冷庫火災(zāi)和氨泄漏等重大事故說明摩菲定律的普適性和重要性,并分析摩菲定律的本質(zhì)是熱力學(xué)第二定律孤立系統(tǒng)的嫡增原理。

0 前言

摩菲定律(Murphy's Law)是美國的一名工程師愛德華·摩菲(見圖1)在上世紀(jì)40年代一次火箭試驗(yàn)事故后作出的著名論斷,也被人稱為摩菲定理,還有人把它稱為熱力學(xué)第四定律。摩菲定律主要內(nèi)容是:事情如果有變壞的可能,不管這種可能性有多小,它總會(huì)發(fā)生。

圖1 工程師愛德華·摩菲

摩菲定律的原句是這樣的:如果有兩種選擇,其中一種將導(dǎo)致災(zāi)難,則必定有人會(huì)作出這種選擇。(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.)摩菲定律最簡單的表達(dá)形式是:有可能出錯(cuò)的事情,就會(huì)出錯(cuò)。

這個(gè)定理在國外復(fù)雜工程和企業(yè)管理界有一定的知名度。而在我國,低水平的礦難、火災(zāi)、氨泄漏屢屢發(fā)生,是對(duì)可能發(fā)生的錯(cuò)誤缺乏足夠的認(rèn)識(shí),也屬于摩菲定律的內(nèi)容。

1 事實(shí)根據(jù)

熱力學(xué)定律都是大量事實(shí)的總結(jié),摩菲定律也不例外。在歷史上同樣的故事不斷重演,如《阿房宮賦》中所說:秦人不暇自哀,而后人哀之;后人哀之而不鑒之,亦使后人而復(fù)哀后人也。在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中,這種不斷出現(xiàn)的錯(cuò)誤,人們不接受教訓(xùn),預(yù)示著偶然中的必然。

1.1 事故頻發(fā)的氨制冷

國家安監(jiān)總局發(fā)布了 2013年我國重特大事故查處情況:一共有 49起重特大事故。其中有幾起氨制冷重大事故,可以說,2013年是中國氨制冷的災(zāi)難之年。

2013年6月3日早晨,吉林寶源豐禽業(yè)有限公司一場大火,121人命喪火海,76人重傷,損失極為慘重,教訓(xùn)極為深刻。1999年寶源豐的老板己在吉林開源等地建廠,經(jīng)營范圍為肉食雞深加工、肉類食品加工和飼料制造。2008年,到德惠注冊(cè)寶源豐禽業(yè)有限公司,2010年底,該公司實(shí)現(xiàn)銷售收入2.3億元。但是,作為涉氨企業(yè),用易燃材料建設(shè)冷鏈車間,沒有防火措施,用造假方式對(duì)付安全檢查,對(duì)工人不進(jìn)行安全教育,沒有逃生演習(xí),工廠的大門在外面上鎖,沒有安全通道,一系列錯(cuò)誤,最終釀成大禍。由于天價(jià)的索賠資金,涉案人員入獄,企業(yè)倒閉關(guān)門,給死難者家庭留下沉痛的災(zāi)難?；馂?zāi)前后的場景見圖2和圖3。

另兩起嚴(yán)重氨制冷事故是:2013年8月31日在上海翁牌冷藏實(shí)業(yè)有限公司發(fā)生重大氨泄漏事故,15人喪生;11月28日在山東乳山合和食品有限公司又發(fā)生液氨泄漏事故,7人喪生。兩次事故有一定相似性,都是因氨冷庫熱氨融霜操作不當(dāng),都是低壓管道封頭處有嚴(yán)重的焊接缺陷,都是管帽脫落引起大量氨泄漏造成。有關(guān)技術(shù)分析,有另一篇文章《氨冷庫熱氣融霜和液錘的探討》同時(shí)在本次專刊上發(fā)表。

這幾起事故發(fā)生都印證了摩菲定律:有可能出錯(cuò)的事情,就會(huì)出錯(cuò)。冷庫的熱氨融霜是個(gè)技術(shù)要求高的操作,不僅有嚴(yán)格的操作規(guī)程,也對(duì)冷庫的設(shè)計(jì)、施工有嚴(yán)格要求。在這兩起氨泄漏事故中,都有私自改變?cè)O(shè)計(jì)流程、工程轉(zhuǎn)包無證上崗等違規(guī)行為,出錯(cuò)的概率上升,造成嚴(yán)重后果。

圖2 吉林寶源豐數(shù)百工人在氨車間內(nèi)

圖3 吉林寶源豐氨冷鏈車間火災(zāi)現(xiàn)場

1.2 損失慘痛的火災(zāi)

大家還記得2010年11月15日上海靜安區(qū)教師公寓大火(見圖4)奪命58人。從表面上是電焊工無證上崗,引起易燃材料燃燒。但事情有如下深層次原因。

開發(fā)商看中了靜安區(qū)教師公寓的一片綠地,計(jì)劃蓋上樓房,因影響原有住戶的陽光,計(jì)劃遭到居民反對(duì)。為解決這一矛盾,與區(qū)政府聯(lián)合,用國家“節(jié)能減排”款項(xiàng),對(duì)原來的公寓樓進(jìn)行加裝保溫層改造。這樣,用政府的錢,既做了“節(jié)能減排”的政績,又能蓋出樓盤贏得利潤。

所用的保溫層是不阻燃的,盡管那幾年出現(xiàn)了很多阻燃級(jí)的保溫材料,但真正的施工材料,與送檢的樣品性能往往有天淵之別。

圖4 上海101115教師公寓火災(zāi)

施工中沒有安全措施,并出現(xiàn)了層層轉(zhuǎn)包。對(duì)于可燃的材料,即使施工中不發(fā)生火災(zāi),在完工后若干年因意外引起火災(zāi)的可能性也是很大的。這在2009年2月9日的央視大樓因燃放煙花引起火災(zāi)(見圖5),2011年2月3日沈陽某酒店因燃放煙花引燃外墻表面裝飾材料引發(fā)的火災(zāi),都是保溫層竣工后發(fā)生的,可以說,用不阻燃的保溫材料,也包括去年發(fā)生在吉林寶源豐的冷庫大火,火災(zāi)的發(fā)生只是時(shí)間問題,跑不出摩菲定律的規(guī)律。

美國早己有 20多個(gè)州禁止使用聚苯乙烯泡沫(EPS);英國18 m以上建筑不允許使用EPS板薄抹灰外墻保溫系統(tǒng);德國則規(guī)定22 m以上的建筑不允許使用該系統(tǒng)。很多保險(xiǎn)公司禁止給EPS保溫的建筑進(jìn)行保險(xiǎn)。日本政府出臺(tái)法規(guī),耐燃燒性能低于酚醛泡沫的,不允許在公共建筑上使用。目前,巖棉和玻璃棉作為保溫材料,在國際市場被廣泛采用,巖棉耐高溫最高使用溫度能達(dá)到650 ℃,玻璃棉也可以達(dá)到 300 ℃。公安部 2011年有關(guān)通知規(guī)定,建筑物不得使用可燃(包括難燃)的保溫材料,高層建筑因保溫材料引起的火災(zāi)得到有效的控制。

圖5 中央電視臺(tái)090209火災(zāi)

然而,高速公路隧道的火災(zāi)又趨上升趨勢(shì)。

2014年3月1日,山西晉濟(jì)高速巖后隧道內(nèi)兩輛甲醇車相撞導(dǎo)致甲醇泄漏爆炸,隧道堵塞,引起42臺(tái)車輛及1,500噸位煤炭燃燒,又引燃了一輛運(yùn)輸液化天然氣的罐車,一系列貨物被引燃引爆。由于隧道內(nèi)滅火條件極差,大火燒了 73小時(shí)才被撲滅,缺氧、高溫造成31人遇難,9人失蹤(見圖6)。事后分析的事故原因是:1)隧道管理部門交錢放行,甲醇、天然氣等危險(xiǎn)品隨意穿行;2)司機(jī)違規(guī)處置車禍,事后棄車逃跑;3)逃生通道關(guān)閉,消防龍頭不出水,等等。

實(shí)際上,這樣的長隧道,發(fā)生任何火災(zāi)后果都是嚴(yán)重的。缺氧、煙霧都可置人于死地。如果讓易燃品、危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛進(jìn)入長隧道,一旦發(fā)生火災(zāi),隧道變成“隧道窯”,中間是高能燃料在燃燒,因隧道多有傾斜度,隧道的低端提供充足的空氣,高端則是煙囪,中間可達(dá)一兩千攝氏度的高溫,可能造成隧道報(bào)廢?？梢哉f,如果允許危險(xiǎn)品、易燃品槽罐車進(jìn)入隧道,事故發(fā)生是早晚的事(見圖7)。

圖6 山西晉濟(jì)高速隧道火災(zāi)現(xiàn)場

圖7 由于高溫隧道火災(zāi)很難撲滅

目前,這次事故的調(diào)查報(bào)告己經(jīng)公布,責(zé)任人受到法律的制裁,有關(guān)的管理和技術(shù)漏洞也正在查處之中。

隨著高速公路的不斷發(fā)展,各地隧道火災(zāi)事故頻發(fā),己廣泛引起人們的高度重視。2004年渝黔高速真武山隧道火災(zāi)、2008年京珠高速公路廣東韶關(guān)段南行大寶山隧道火災(zāi)等等事故,都造成了巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

2 摩菲定律的本質(zhì)

摩菲定律實(shí)際是熱力學(xué)第二定律的體現(xiàn):孤立系統(tǒng)的嫡趨于最大值。

首先我們看看什么是孤立系統(tǒng)。熱力學(xué)的孤立系統(tǒng)是與外界沒有物質(zhì)和能量交換的系統(tǒng)。絕對(duì)的孤立系統(tǒng)在自然界是沒有的,但是有很多“準(zhǔn)孤立系統(tǒng)”。所有相對(duì)較密閉的空間,包括地下室、礦井、隧道、冷庫、門窗密閉的房間、飛機(jī)機(jī)艙和火車的車廂等,都是準(zhǔn)孤立系統(tǒng)。在這樣的空間內(nèi)一旦發(fā)生火災(zāi)、煙霧、毒氣泄漏和缺氧等事故,后果就是生命的死亡,死亡就是最大的嫡增,是自發(fā)的、不可逆的。雖然有些事故并不以生命為代價(jià),但同樣是損失巨大。面對(duì)準(zhǔn)孤立系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者、施工者和操作者,應(yīng)該警鐘長鳴,一定要設(shè)計(jì)、建造和了解逃生通道、排煙通道和滅火系統(tǒng),防患于未然。

摩菲定律的內(nèi)容并不復(fù)雜,道理也很直白,如果沒有安全措施,有些事故的發(fā)生概率并不低,人們卻視而不見。它揭示了人們?yōu)槭裁床荒芎鲆曅「怕适录目茖W(xué)道理;揭示了安全管理的重要性,堅(jiān)持預(yù)防為主的重要性。任何有可能發(fā)生危險(xiǎn)的環(huán)節(jié),都不能大意。

國外工程界和管理界對(duì)摩菲定律早有重視,比較注重小概率事件。比如用事故樹的方法分析工程或技術(shù)中出現(xiàn)問題的概率是多少,如何預(yù)防。在我國對(duì)摩菲定律了解的人甚少,各種安全隱患沒得到足夠重視。實(shí)際上,少量的投資用于安全培訓(xùn)和必要的安全設(shè)施,如建立安全通道和事故緊急指示裝置,就可避免群死群傷,避免企業(yè)倒閉,避免人財(cái)兩空。

3 結(jié)論

本文介紹在國外較為著名的摩菲定律,是熱力學(xué)第二定律的另一個(gè)表述方式。作者認(rèn)為這個(gè)定律對(duì)于預(yù)防我國目前頻發(fā)的災(zāi)難、事故,特別是氨制冷或冷庫火災(zāi)等事故有重要意義。