化工反應容器火災爆炸事故原因及其防范

作者： 2015年11月04日 來源：互聯(lián)網(wǎng) 瀏覽量：
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反應容器是指用來進行物質(zhì)的化學反應的一類容器設備，常見的有反應器，發(fā)生器，反應釜，分解塔，合成塔，聚合釜等。反應容器內(nèi)的大多數(shù)反應是在高溫、高壓，甚至超高壓條件下進行，參與反應的原料以及催化劑多為易嫩
　　反應容器是指用來進行物質(zhì)的化學反應的一類容器設備，常見的有反應器，發(fā)生器，反應釜，分解塔，合成塔，聚合釜等。反應容器內(nèi)的大多數(shù)反應是在高溫、高壓，甚至超高壓條件下進行，參與反應的原料以及催化劑多為易嫩、易爆的物質(zhì)，反應過程中稍有不慎就會引發(fā)火災和爆炸，事故發(fā)生率高。反應容器爆炸所產(chǎn)生的強大沖擊波和有毒、易嫩、易爆物料泄漏而引起的火災易導致建筑物倒塌、人員大量傷亡，有的甚至引起連鎖爆炸，將整個車間、廠區(qū)夷為平地。加強對反應容器火災爆炸事故的研究，預防此類事故的發(fā)生十分重要。

　　1 反應容器火災爆炸事故原因分析
 
　　1.1 反應失控引起火災爆炸
 
　　許多化學反應如硝化、磺化、氧化、氯化、聚合等反應都是放熱量較大的反應。在反應容器內(nèi)進行反應時，若正常的反應過程失控，反應熱蓄積，反應體系的溫度隨之升高，反應速度加快，體系內(nèi)壓力增大，當內(nèi)壓急劇上升超過容器的耐壓能力時，容器破裂，高壓物料從破裂處噴出。由于溫度的升高，反應物料還可能發(fā)生分解、嫌燒，引發(fā)反應失控火災爆炸事故。導致反應失控的原因有:反應熱未能及時移出，反應物不能均勻分散和操作失誤等。冷卻劑選擇不當，換熱設備不能及時導出反應器中過多的熱量，因器壁結(jié)垢傳熱效果變差，冷卻劑供給設備發(fā)生故障、換熱系統(tǒng)堵塞等原因，都可能導致反應熱未能及時移出。停電、攪拌系統(tǒng)故障、槳葉損壞、轉(zhuǎn)速不夠、槳葉形式不當、物料粉碎度不夠等則會使反應物料在器內(nèi)分散不均勻，造成散熱不良或局部反應過于劇烈而發(fā)生危險。違反生產(chǎn)操作規(guī)程，物料超裝，催化劑加入過多，原料配比，投料次序和時間不當，冷卻劑閥門開關(guān)失誤，升溫速度過快，溫度
 
　　壓力讀錯，計量儀器儀表有故障等原因均可引起物料化學反應的異常。許多化學反應，還會因物料中存在危險雜質(zhì)而導致劇烈的副反應、過反應，甚至使反應異乎尋常加快導致反應失控。
 
　　1.2 反應容器內(nèi)形成爆炸性混合物
 
　　有些氣態(tài)反應的原料混合氣，其原料配比處在爆炸極限范圍之內(nèi)而具有爆炸性。例如:丙烯氨氧化反應的丙烯與空氣在原料總體積中分別占6.16%和67.790，丙烯濃度已在爆炸極限之內(nèi)(其爆炸極限為2%一1190)；苯醉生產(chǎn)中蔡與空氣的重量比為1:9左右，禁蒸氣在空氣中的體積濃度為2.25%(蔡蒸氣爆炸極限為0.88%-5.9%)。有的反應在接近爆炸極限的條件下進行，如氨氧化制稀硝酸，甲醇蒸氣在空氣中氧化，其配比接近爆炸極限；乙烯氧化生成環(huán)氧乙烷或乙醛的反應中循環(huán)氣的氧含量在爆炸極限附近。如果控制不當易形成爆炸濃度。反應容器內(nèi)可燃氣體或易嫩液體蒸氣未置換或置換不徹底，也是形成爆炸性混合物的重要原因。
 
　　1.3 反應容器密封不嚴，物料泄漏引起燃燒爆炸
 
　　反應容器密封不嚴，物料沖出，遇明火燃燒爆炸。如吉林某農(nóng)藥廠六車間西草凈合成崗位發(fā)生爆炸事故，是因為二樓合成釜超溫超壓，將蓋沖開，大量異丙醇可嫩氣體溢出，并迅速擴散到一、二、三層樓內(nèi)空間，與空氣混合達到爆炸極限濃度，遇點火源引爆，造成1人傷死亡，2人受傷，總損失8.59萬元。
 
　　1.4 反應容器因設計制造缺陷引起爆炸
 
　　反應容器設計不合理，結(jié)構(gòu)形狀不連續(xù)，焊縫布置不當?shù)纫饝校辉O備材質(zhì)選擇不當，制造容器時焊接質(zhì)量不合要求及熱處理不當?shù)仁共牧享g性降低；容器殼體受到腐蝕介質(zhì)的腐蝕，強度降低等可能使容器在生產(chǎn)過程中發(fā)生爆炸。
　　1.5 反應容器中高壓物料竄入低壓系統(tǒng)
 
　　與反應容器相連的常壓或佃玉容器、儲柜，由于反應容器中高壓物料的竄入，發(fā)生爆炸。如河南某樹脂廠發(fā)生重大火災事故就是由于聚合工段反應釜超壓，當班職工緊急處理時未徹底關(guān)閉通往常壓下的泡沫捕集器的閥門，引起泡沫捕集器爆炸，隨后又引起整個工段的可燎性混合氣體爆炸。
 
　　1.6 水蒸氣或水漏入反應容器發(fā)生危險
 
　　采用水蒸汽加熱或水冷卻的反應容器，若水蒸汽或冷卻水漏入容器內(nèi)，容器內(nèi)物料遇水分解放熱，溫度、壓力急劇上升，造成沖料，發(fā)生火災。如硝化反應，當硝化劑中進有水會促使其大量分解和蒸發(fā)，強烈腐蝕設備，還會造成爆炸。水通過設備蛇管和殼體不嚴密處滲進硝化物料時，會引起液態(tài)物料溫度和氣壓上升。
 
　　1.7 反應容器泄放系統(tǒng)不合理引起事故
 
　　在物料泄放時，泄放口位置、高度未按要求設置，排出的物料飄散流入室內(nèi)，遇明火燃燒爆炸。如日本川崎某化工廠環(huán)氧氯丙烯裝置內(nèi)部壓力上升，導致安全閥啟動，由于排放管設置不合理，丙烯直接噴向一樓，遇明火發(fā)生爆炸起火，造成很大損失。
 
　　18 反應容器進出物料不當引起事故
 
　　大多數(shù)烴類物料屬絕緣物質(zhì)，其導電性較差，進出反應容器時，物料高速流動，靜電積累放電引起燃燒爆炸。反應容器采用加壓卸料，易使容器內(nèi)氣體或蒸氣逸出泄入廠房，形成爆炸性混合氣體。
 
　　1.9反應容器受熱引起爆炸
 
　　由于外部可燃物起火，輻射熱引起反應容器內(nèi)溫度急劇上升，蒸氣壓增大，發(fā)生沖料或爆炸。
 
　　火災爆炸事故連續(xù)發(fā)生
 
　　反應容器由于反應失控，外部火焰作用或設備缺陷發(fā)生泄漏破壞時，因其內(nèi)部壓力往往高于大氣壓，有的可達3.0MPa～10.0MPa或更高，器內(nèi)液體呈過熱狀態(tài)，容器爆裂導致物料蒸氣壓的平衡狀態(tài)被破壞，發(fā)生不穩(wěn)定的過熱液體而引起的二次爆炸(稱為蒸氣爆炸)；噴出來的反應物料迅速擴散，容器周圍空間則被可燃液體的霧滴或蒸氣所籠罩，如遇火源，會發(fā)生第三次爆炸(混合氣體爆炸)。這三次爆炸往往在瞬間即可完成，但卻是性質(zhì)有所不同的相繼出現(xiàn)的三種爆炸。
 
　　2 預防反應容器火災爆炸事故的措施
 
　　2.1嚴格按照安全規(guī)程生產(chǎn)
 
　　反應容器的工藝規(guī)程需經(jīng)專門的科研和設計單位審定，沒有這些部門的相W鑒定，不允許改變生產(chǎn)工藝。生產(chǎn)操作人員必須熟悉生產(chǎn)工藝規(guī)程，操作條件，原材料、產(chǎn)品、中間產(chǎn)物的反應放熱性和火災爆炸危險性質(zhì)，杜絕操作失誤。
 
　　2.2維護容器的耐壓強度
 
　　反應容器作為一種承壓設備，應嚴格按照壓力容器的設計、制造工藝進行，消除焊接等質(zhì)量上的缺陷。容器在使用過程中要防止由于腐蝕等原因造成器壁變薄.耐壓強度降低。因此，容器要定期進行探檢、維修、進行耐壓試驗，確保容器的耐壓強度。
 
　　2.3防止反應失控發(fā)生
 
　　按規(guī)定嚴格監(jiān)測和控制反應容器內(nèi)的溫度、壓力、物料組成和投料順序等，以使反應保持正常。
 
　　列管式固定床氧化反應器防止失控的措施有:在原料氣中加入微量抑制劑，使催化劑部分毒化；在原料氣入口處附近的反應管上層，放置些被惰性載體稀釋的催化劑或已部分老化的催化劑；采用分段冷卻法，提高換熱速率。流化床反應器內(nèi)設置的冷卻管要有足夠的冷卻面積，確保連續(xù)供給具有穩(wěn)定參數(shù)的冷卻劑，同時可通過原料氣的預熱溫度來微調(diào)節(jié)反應溫度。
 
　　硝化反應進程的控制要注意如下幾個方面:控制好加料速度，采用雙重閥門控制硝化劑的加料，禁止固體物料大塊投入；硝化過程中出現(xiàn)紅棕色氧化氮氣體，是溫度升高可能導致發(fā)生危險的征兆，要立即停止加料；硝化反應器應配有冷卻水源備用系統(tǒng)；物料混合均勻，反應器攪拌應有自動啟動的備用電源，有保護性氣體攪拌或人工攪拌的輔助設施。
 
　　聚合反應在開始階段或進行過程中都有發(fā)生暴聚的可能性。反應時應按投料順序和投料配比準確投料，總物料不應超量。反應前期要防止升溫過快，當反應加速后，放熱量逐漸增加，要及時冷卻降溫；在反應過程中要十分注意溫度和壓力變化。聚合反應熱較大，單靠增大反應器尺寸以獲取較多夾套和舌管冷卻面積是不夠的，也不是最好方法。目前工藝上多利用單休或溶劑氣化回流帶出反應熱，經(jīng)冷凝或壓縮液化后，再返回聚合釜吸熱。當溫度大幅度上升，或發(fā)生其他危險情況時，可加阻聚劑以降低引發(fā)劑的活性。同時 ， 對 于生產(chǎn)原料、中間產(chǎn)品以及成品應有嚴格的質(zhì)量檢驗制度，保證其純度和含量，清除有害性雜質(zhì)。
　　2.4抑制物料泥合氣的爆炸危險性
 
　　在爆炸極限范圍之內(nèi)進行的反應，空氣或氧氣與反應原料的混合器宜放置在反應器進口附近，確保原料氣混合后立即進入反應器反應，減少可能發(fā)生煌炸的空間。還可采取原料氣和氧氣或空氣分別進料方式，以避免爆炸性混合物的形成。在接近爆炸極限條件下進行的反應，應嚴格控制原料氣與空氣或氧氣的混合比例。生產(chǎn)裝里要有自動化控制儀表、組分分析儀和安全連鎖警報裝置。如乙烯氧化的反應系統(tǒng)中，氧含量控制在8%左右，乙烯控制在65%左右，若氧含量達到9%或乙烯含量降至60%就需要立即停車處理。通常采用三個磁氧分析儀分析氧的含量，如果有兩個指標達到這個限量，會立即報警停車；采用兩個紅外分析儀分析乙烯的含量，如果一個指標達到這個限量時即報警停車。對于具有可燃氣體或易嫩液體蒸氣的反應容器，進料前必須用惰性氣體置換。反應完畢后同樣需要用惰性氣體置換掉容器內(nèi)的可嫩氣體或蒸氣，才能放入空氣，置換必須徹底。
 
　　2.5 及時清理設備管路內(nèi)結(jié)焦
 
　　要定期清除設備內(nèi)的污垢、焦狀物、聚合物，以保證設備傳熱良好，并防止其堵塞設備管道和發(fā)生自嫩。清除方法可用水沖刷器壁表面和管道，用氮氣或水蒸氣吹掃。清理時不得使用鐵質(zhì)工具或金屬條，清理出來的污物必須送至安全地點處理掉。
 
　　2.6 防止水漏入反應容器
 
　　反應容器的夾套和蛇管冷卻系統(tǒng)的水位和水壓應略低于器內(nèi)的液位和液壓。為了能及時發(fā)現(xiàn)反應容器的裂紋或于娜詞，在排水管可安裝自動電導報警器，當管中漏入極少物料時，水的導電率會發(fā)生變化，利用這種變化進行檢測并發(fā)出聲響警報。
 
　　2.7 保證反應容器進出物料安全
 
　　為了防止進出物料因靜電火花發(fā)生嫩燒爆炸，反應容器、管道、器具應采用導體聯(lián)成一體，再進行接地，接地線必須連接牢靠，有足夠機械強度，并定期檢查。液體物料的輸送，還應通過控制流速限制靜電的產(chǎn)生。從反應容器中卸料時，宜采用真空卸料。
 
　　裝卸料口開啟時，應盡量采用密閉措施，如果做不到，應安裝移動式的排氣罩進行通風。
 
　　2.8 配置防事故安全系統(tǒng)
 
　　反應容器應設防事故自動聯(lián)鎖系統(tǒng)，如設物料溫度與催化劑加入量的聯(lián)鎖裝置；壓力或溫度極限調(diào)節(jié)報警裝置。當參數(shù)越出安全規(guī)定范圍，能立即進行自動調(diào)節(jié)。若調(diào)節(jié)無效能發(fā)出報警信號，通告操作人員采取緊急措施排除故障，如故障排除不當或不及時，自動控制系統(tǒng)能發(fā)出切換、放空、滅火等指令。危險性較大者還可采用二重、三重保護。為了保證反應容器內(nèi)壓力上升時能自動進行泄壓，必須在設備上安裝安全閥。對于不宜安裝安全閥或危險性較大的設備，可安裝爆破片。t玉系統(tǒng)與高壓反應器的連接處應設單向閥，以防止高壓反應器內(nèi)的物料竄入低壓系統(tǒng)發(fā)生爆炸。反應容器應備有事故剎滋峨，或供排出反應物料的備用容器和放空管，在設備發(fā)生失控的緊急狀態(tài)下，可將器內(nèi)液體物料及時排入事故排放罐；氣態(tài)物料通過放空管排出容器，防止事故擴大。在進入反應容器之前的管道上，應安裝液封或砂封等阻火設備，以防止粥燒爆炸的蔓延擴展。反應生產(chǎn)崗位應配備氮氣和水蒸汽半固定滅火裝置。
 
　　2.9 注意反應容器的安全泄放
 
　　反應容器的放空管一般應安設在頂部，室內(nèi)容器安設的放空管應引出室外。放空管應有足夠高度，高于附近有人操作的最高設備2m以上，并保證排出的可嫌氣體濃度在安全范圍內(nèi)。排放后，可能立即姍燒的可嫌氣體，應經(jīng)冷卻裝置冷卻后接至放空設施。放空管上應安裝阻火器或其他限制火焰的設備，以防止氣體在管道出口處著火，并使火焰擴散到工藝裝置中去。放空管應有良好的接地，管口應處在防雷保護范圍內(nèi)。事故儲槽應設置在安全區(qū)域，廠房里的反應容器，其內(nèi)液體應放流到設在廠房外的地下或半地下專用事故貯槽或排放罐中。排放方式可采用氮氣、水蒸氣、二氧化碳等惰性氣體壓放，可以加快排放速度，又可消除在設備中發(fā)生爆炸的可能性。事故儲槽要具有較大容量。
 
　　2.1 0 掌握事故處置方法
 
　　將消防知識宣傳和教育作為崗位培訓的一項重要內(nèi)容。尤其注意對生產(chǎn)操作人員進行處置生產(chǎn)中緊急情況的培訓工作，掌握事故情況下的應急措施、滅火與疏散方法。根據(jù)已往的事故教訓和操作經(jīng)驗以及理論上的反應放熱特性，提出事故的可能原因，以便于事故時能做出準確的判斷和正確地采取處理辦法。
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