北川徹三“平衡破坏型蒸气爆炸”理论的热力学分析与讨论（二）
沈华民
（中国化工学会化肥专业委员会，上海200062）
［摘 要］为了分析尿塔爆炸事故的原因，对日本学者北川徹三创立的“平衡破坏型蒸气爆炸”理论展开深入剖析。首先考察了“蒸气爆炸”现象的特征，并进行热力学分析，得出“过热态”是发生极具破坏力蒸气爆炸的先决条件，进而以热力学分析为基础，从动态和静态两方面详细论证了北川设计的平衡破坏状态下的压力容器内难以形成“过热态”。同时，还发现北川设计的实验装置存在着缺陷，导致出现测定的压力数据升高的虚假，以及北川用“过热能量”理论计算的压力升高值与实验所得的最高压力值也极不一致。最终从原理、实验、计算三方面否定了容器内发生“平衡破坏型蒸气爆炸”的可能性。
［关键词］ 尿素合成塔；爆炸原因；北川徹三；平衡破坏型蒸气爆炸；热力学分析；原理；实验；计算
［中图分类号］ TQ 441.41 ［文献标志码］ A ［文章编号］1004-9932（2015）
上述现象与笔者的实验是一致的。笔者考察到的实际现象是这样的：① 气相排出物料，高压釜内压力下降缓慢，即当从气相阀排出气体时，物系压力呈阶梯形下降，速度极慢，容器内压不会出现急剧降低的现象；② 液相排出物料，到快排完时内压才下降快，即当从液相阀排液时，物系压力下降速度较快，但只有液体排尽时，压力才会出现急剧下降的现象。
以上述现象为基础，再讨论北川在原理叙述时所谓“过热态”存在的可能性：① 若容器气相部分裂缝较小，由于出口阻力大，阻止了液体流出，则只可能有高压水蒸气喷出容器，那么，此时容器内压下降速度慢，液体汽化量少，过热态也就不存在了；② 若容器气相部分裂缝较大，裂口处液体流出的阻力很小，容器内液体将与蒸气同时从大裂缝处流出，物系内压下降速度较快，且流出液体越多，内压下降越多，当液体与气体流尽时，内外压相等，流出的液体成为过热态。
以上讨论说明，北川设计的裂缝减压装置试图将容器内液体转变为过热态是不可能的。
（２）关于液击现象的热力学考察
对于液击现象，笔者认为，这是压力容器爆炸或爆破、爆裂时普遍会发生的现象，并不是如北川所述的过热液体之专有现象。
笔者的观点为：密闭容器内处于气液平衡的物系，因温度升高，物系体积膨胀而导致压力升高，从而对容器器壁每点都产生相同的压力，若容器经受不了这种压力，最薄弱的部位，如裂缝处就会成为突破口，成为爆破、爆裂等的泄压口，随之而来的是气体喷出，容器内高压液体也争先恐后地从泄压口流出，发生高压液体猛烈撞击突破口的现象，这就是液击现象。因此，液击现象是超压破裂（物理爆炸或化学爆炸）造成容器损坏后，液体对破裂口撞击而发生的普遍现象。
故而，笔者对北川叙述的“…，在过热液体内部，…，猛烈撞击器壁而呈现液击现象”的观点并不认同。因为液击现象是对破裂口而言的，并非对容器器壁。另外，北川所述的“这样，就会施加给容器器壁以数倍以上的最初蒸气压的冲击压”也缺少理论依据，他的这一观点随着后述实验存在问题的论述不复存在。
笔者认为，突破口是无定形的，常见的是外壳径向或轴向长条形裂缝，也可能是十字形、星形等各种裂缝。
容器内产生的压力越大，超压物理爆炸或化学爆炸对于突破口的液击也就越厉害，破坏性就越大，就形成如北川所述的“造成容器的裂缝范围扩大，外壳裂开得更大，或者发生断裂，破片飞散，容器中液体物质全部喷出容器之外”现象。
本文已从动态和静态两方面对容器内液体是否存在“过热态”进行了深入的热力学论证。结论是否定的，即从理论上否定了北川所谓的“平衡破坏型蒸气爆炸”的存在。
更多内容请见《中氮肥》2015年第5期