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高壓鍋在什麽情況下會爆炸?

2014-10-09科學

論如何用一道物理套用題勸退準備入坑烹飪的小白。

問:現有一口普通高壓鍋,其安全閥限定壓力為80KPa,鍋體與鍋蓋結合處在1.25倍限定壓力下發生屈服,假設高壓鍋可容納7L空氣。 求高壓鍋發生爆炸時,750g的鍋蓋能被炸飛的最大高度。

想刷「小朋友你是否有許多問號」的朋友可以不必了,這確實不是任何物理考試的真題,只是我從資料裏找來的一個案例。經計算,這樣一次高壓鍋爆炸能釋放1685 J,鍋蓋升天可達229公尺。

reddit上關於高壓鍋爆炸的經典圖

誰沒被高壓鍋的威力驚嚇過?你說沒有?放心,看完本文就會有了。

作為新一代互聯網文化發源地,且以娛樂八卦文化為代表的豆瓣,存在一個名為 「高壓鍋爆炸」 小組,裏面有不少類似「沒想到小組真的……是討論高壓鍋的啊」的疑問。

炸了的感慨「終於在這個組擡起了頭」,「廚房頂上那釘著的雞骨」……

沒炸的帶著期盼問「有多少人是進組後發生爆炸的?」 還有慚愧自己進組以來沒有貢獻,帶了2斤排骨準備去朋友家「謀炸」的。(以上行為請勿模仿)

這也應證了那句話 「烹飪是門藝術,藝術就是爆炸」

爆炸問題從高壓鍋誕生之日起至今都從未跌出過熱榜。1682年英國人伊凡萊吃到了法國人帕平用一種特殊鍋具做的燉排骨,他感嘆「哎,真香!」,只是不知道自己親手做會不會被炸飛。

帕平最早發明了高壓鍋,早年因為安全性的問題沒有作為一種廚具推廣開來。後來加上了壓力閥可以釋放過多的蒸汽,帕平觀察壓力閥的進行有規律的上下運動,構思出了活塞和氣缸發動機。

史蒂芬森蒸汽發動機

英國人湯瑪斯·薩維裏獨立於帕平發明了第一個蒸汽動力裝置,也需要用到高壓的蒸汽鍋爐。所以有人認為蒸汽機只是高壓鍋的附屬發明,是工業革命真正的種子。

300多年過去了,高壓鍋是否還「老當益壯」?下面請看案例分享。

2019年2月23日華商晨報報道,沈陽市鐵西區某小區一戶突然發生爆炸,高壓鍋蓋從4樓視窗飛出,落在馬路中間。使用高壓鍋的一位90歲高齡的老人,正在用高壓鍋做大醬,爆炸摧毀了煤氣爐和油煙機,所幸沒有人員受傷。

廣州某三甲醫院外科醫生正準備下班,突然接到緊急手術的通知。一位湯女士因高壓鍋爆炸受傷嚴重,頜骨多發性骨折、鎖骨骨折,右臉大範圍挫裂傷。

事發時,湯女士正在用高壓鍋熬粥,她判斷已經熬好了,就用濕毛巾蓋在高壓鍋的排氣孔上,避免高溫蒸汽燙傷自己,結果卻鍋蓋無法轉動開啟,她猛地一用力就發生了爆炸。

最匪夷所思的一個案例發生廣西桂林,蔣先生和工友在工地附近的民房裏用老式高壓鍋做飯,可能是壓力閥遺失或者故障,工友鬼使神差地用筷子插入堵住了排氣口,晚上7點多,高壓鍋發生了爆炸,蔣先生被嚴重炸傷,三分之一的右臉缺失,多處粉碎性骨折,當場血肉模糊。

YouTube頻道The Destroyer的高壓鍋爆炸測試

其實還有很多類似的案例,嚴重甚至能導致死亡。幾百年了,高壓鍋就沒有為安全作出改進嗎?當然有,不討論電子控制的電壓力鍋,就最傳統的燃氣壓力鍋來說,至少有3重安全保護。

第一是排氣閥,也就是鍋蓋正中央的那個很吵鬧的結構,當高壓鍋內部壓力增加,水汽就會從排氣孔噴出,排氣閥的作用就控制鍋內壓力,維持在安全的氛圍內。

鍋內壓力大時,排氣閥被頂起,釋放部份水汽,壓力下降後排氣閥在重力的作用下重新封閉排氣口,就這麽一直迴圈往復做簡單枯燥的上下運動,過程中還會發出吵鬧的聲響。

有些人可能會覺得聲響太大,用濕抹布覆蓋或用重物壓迫,這種行為其實就是在造炸彈。

除了排氣閥之外,一般高壓鍋還會配有安全閥,同樣也會在鍋內壓力過高時起作用,只不過壓力閾值會比排氣閥設定得更高一些。

第三重安全防護是易熔片,它對壓力沒反應,但對溫度比較敏感,材質是一種熔點較低的合金。當排氣閥和安全閥都失效,高壓鍋內部壓力持續增大,溫度也會同時升高,導致易熔片融化,最後釋放壓力。

這種情況就是安全閥或易熔片起作用後泄壓

我們已經為高壓鍋的安全作出了這麽多努力,為什麽高壓鍋安全事故還是如此高發呢?有兩大原因,不規範使用和超齡服役。

如果有留意各種高壓鍋爆炸的事故新聞,你可能會發現一個規律,當事人一般會用高壓鍋煮粥、紅豆、綠豆、黃豆、大醬等具有一定流動性,吸水會膨脹的食物,它們特別容易在沸騰時被帶進排氣孔造成堵塞。

同理,鍋內食物過多也是最容易出現的危險情況,一般原則上食物量不能超過高壓鍋最大容量的五分之四,具體參考高壓鍋廠商給出的使用規範,也有建議不超過三分之二的。

至於超齡使用問題,我相信絕大多數人根本沒有意識到高壓鍋還有使用壽命的問題,因為常見的廚具都是耐用品,沒失真壞就可以當傳家寶。高壓鍋的使用壽命在8年左右(以每天使用1小時算),超過年限的高壓鍋可能會因為金屬疲勞等問題帶來隱患,但現實情況是家裏有一口比孩子歲數還大的高壓鍋是非常普遍的。

你家的高壓鍋「成年」了嗎?

無視使用規範,易熔片沒有定期更換,超齡使用,這些不良的使用習慣導致高壓鍋易爆炸的壞名聲,也可能帶來燙傷的危險。

我們知道液體的沸點隨著環境壓力的增大而變高,高壓鍋在正常工作的情況下,內部的壓力可以達到2個大氣壓(約200KPa),此時水的沸點提高到120°C左右,從而縮短烹飪的時間。

但是相反,如果環境壓力驟降,那麽液體的沸點降低,就有可能出現爆沸的現象。有些老式的高壓鍋沒有壓力釘選的裝置,如果此時烹飪小白們心急,直接開啟鍋蓋,120°C的液體爆沸湧出,那威力也不是開玩笑的。

現在,你是不是對高壓鍋有那麽一點驚嚇感了?有沒有想著遠離這種「反人類」的東西?那我會告訴你,你這輩子是不可能和高壓鍋絕緣的,在工業界高壓鍋還有個別名叫「鍋爐」。

你用的電,不管是火電還是核電,本質都是高壓鍋燒水,北方的同學冬天用的市政供暖也需要高壓鍋燒水。

在工業鍋爐面前,家用高壓鍋只能算是螻蟻,最低等級的低壓鍋爐工作壓力都是以MPa為單位的(1MPa=1000KPa),往上還有中壓、高壓、超高壓鍋爐,亞臨界鍋爐,超臨界鍋爐,最高壓力可以達到240個大氣壓,溫度達到565°C,再往上絕大多數金屬都會發生高溫蠕變,導致……爆炸!

2012年河南信陽某公司鍋爐發生爆炸,20噸的鍋體飛出廠區80公尺擊穿了一棟2層居民樓,將一人壓在廢墟下

鍋爐爆炸有多可怕?這麽說吧,有一種衡量鍋爐爆炸威力的方法叫做TNT當量法,一個水容量26立方米的低壓鍋爐,爆炸時的威力相當於573千克的TNT炸藥,以爆炸點為圓心,直徑31.4公尺的球形空間內的人員都會受到嚴重燙傷。

但是,話又說回來,高壓鍋給人類帶來的貢獻是遠遠大於它的危險的。不管是高壓鍋還是工業鍋爐,爆炸一定是由錯誤引發的,與其恐懼不如好好了解它的原理和構造。

剁手買了高壓鍋之後起碼認真讀一讀說明書,或者拿出手機搜尋一下SME的文章再使用。家裏那些已經「成年」了的高壓鍋也勸勸父母換新吧,畢竟高壓鍋也盤不出包漿來。

當你知道了高壓鍋的傳奇身世後,希望你會感慨「我正在用人類工業的本體做飯」,而不是「我在陪手榴彈玩火」。總之,千萬不要用一場爆炸來「慶祝」自己入坑烹飪,有時候勸退才是最大的安全措施。