氯化氢与乙炔混合爆炸原因预防措施
用氢气与氯气氯化合成氯化氢,并与乙炔气混合生产氯乙烯,是聚氯乙烯生产的一个重要生产工序。2005年夏,河北某树脂厂由于突然停电,使该工序的乙炔混合器及相关管道发生了爆炸,由于时至中午,现场人员稀少,虽未造成人员伤亡,但也造成了巨大损失。那么,造成这起事故的原因又是什么呢?笔者试图对其作一分析,以便相同生产借鉴。
1.氯乙烯的生产工艺过程及其火灾危险性
(1)氯乙烯的生产工艺过程氯乙烯的生产工艺过程如图1所示。电石←水氢气↘↓(精乙炔)合成→(氯化氢)→混合→(粗氯乙烯)→精制(精氯乙烯)氯气↗图1氯乙烯的生产工艺过程
(2)氯乙烯生产工艺过程的火灾危险性氯乙烯生产工艺过程的火灾危险性主要来自于原料的危险性:
①氢气在标准状态下,氢气是一种无色无臭无味的非常易燃的气体,爆炸极限4%~75%。遇氟气、氯气不需引燃源引燃就能够发生猛烈的爆炸。氢在常温下较不活泼,不溶于水。高温下变的高度活泼,能与许多金属和非金属直接化合。氢在钢制设备中被吸附会引起“氢脆”,导致工艺设备的损坏;液氢可使低碳钢以及大多数铁合金变脆。
②氯气通常情况下,氯气是通过电解食盐或食盐水的方法制得的黄绿色有毒液化气体,有强烈刺激臭,毒性猛烈,具有腐蚀性和极强的氧化性。液氯本身不燃,但在日光或灯光下与其他易燃气体混合时,即可起火和爆炸。金属在氯气中能够燃烧,氯气与氢气混合后在阳光下即可发生猛烈爆炸;松节油在氯气中能自燃;氯气与乙炔气混合时不需引火源即可爆炸,氯与氮化合时,还可形成更易爆炸的氯化氮。空气中的含量达到0.1%时吸入人体即能严重中毒。
③乙炔乙块又称电石气,是无色无臭气体,含有硫化物、磷化物时有蒜样气味。极易起火爆炸。微溶于水及乙醇,溶于丙酮、氯仿和苯。遇高热、明火有着火爆炸危险。与铜、汞和银能形成爆炸性混合物。遇氟和氯能发生爆炸反应。闪点-17.78℃(闭杯);自燃点305℃;爆炸极限2.5%~82%;最大爆炸压力1.3MPa;气化热828.986kJ/kg;燃烧热值1300.420kJ/mol(25℃);最小引燃能量0.019mJ;临界温度35.5℃;临界压力6249.726kPa;
④氯乙烯常温下氯乙烯为为无色气体,在标准状态下是一种无色有乙醚香味的气体,冷凝点为-13.9℃,临界温度142℃,临界压力5.6MPa,比空气重2.17倍,易燃,与空气混合物的爆炸极限为4~27.7%,自燃点为472℃,与空气混合浓度在10%时的最大爆炸压力为0.68MPa。氯乙烯有毒,对人有麻醉作用,当浓度在1%时有麻感觉,达5%以上时,即可现出头晕、浑身无力、神志不清、呼吸由急变微,最后失去知觉。
2.爆炸原因分析
通过以上分析可以看出,该生产过程从原料、半成品到产品,都属于一级易燃易爆危险品,且生产岗位附近还有大量的储存,属于典型的甲类易燃易爆生产和重大火灾危险源。从现场勘察和人员询问调查得知,该爆炸事故之前也曾经发生过2次突然停电事故,但均未造成爆炸。那么这次为什么发生了爆炸呢?根据安全操作规程和操作人员介绍,正确的操作程序是:在生产过程中如遇紧急停车事故时,若现场有2名操作工同时在场,则2名操作工应当迅速同时以最快的速度关闭氯气和氢气阀门;若只有1名操作工在场,则该操作工应当迅速以最快的速度首先关闭氯气阀门,再关闭氢气阀门。
根据当时的现场分析,比照前两次停电事故的情况,事故的直接原因只能是遭遇突然停电时,现场操作工只有1人在场,由于该操作工惊慌,在慌忙关闭进料阀门时错先关闭了氢气阀门才去关闭氯气阀门,而此时管道内的剩余氯气就会直接进入乙炔混合器,并迅速与乙炔混合。加之乙炔气的还原性极强,氯气的氧化性也极强,两者相遇不需要引燃源引燃即可爆炸,进而使乙炔混合器及相关管道发生爆炸,造成了巨大的经济损失。
3.应当采取的消防安全措施
为防止类似事故的再次发生,用氢气与氯气氯化合成氯化氢,并与乙炔气混合生产氯乙烯的生产企业,应当采取如下安全措施。
(1)严格控制氯化氢与乙炔的比例和氯化氢中游离氯及氧的含量
由氯化氢与精乙炔合成氯乙烯时,在混合操作中,除应严格控制温度外,氯化氢与精乙炔的比例必须准确,如果乙炔的含量过高,多余的乙炔会与混合器中的氯化高汞反应,生成易爆的乙炔汞。所以一般要求氯化氢应比精乙炔多5-10%。在合成过程中,若氯化氢中的游离氯含量较高,易与乙炔生成氯乙烯而放热,会引起着火或造成设备爆炸;若本工序的转化率较差,常会使分馏放空尾气中的乙炔含量超过20%,这时氯化氢中微量氧的含量就相对增加,会与乙炔形成爆炸性混合物,故应经常取样分析。如氧含量大于5%,即须采取调换催化剂或降低流量等措施。加压精馏时,尾气中的氯乙烯应放入回收设备。
(2)严格控制氯化氢合成的工艺指标和操作程序
在氯化氢合成的正常生产操作中,隔膜电解槽的氯气系统压力为160kPa,氢气系统的压力为70kPa;离子膜电解槽,氯气系统的压力为152kPa,氢气系统的压力为75kPa;氢气与氯气的配比为1.05~1.1︰1,这些指标都要严格控制,不得突破。在生产过程中因遇停电等造成紧急停车事故时,必须严格关闭阀门的程序。当现场有2名操作工同时在场时,2名操作工应当迅速同时以最快的速度分别关闭氯气和氢气阀门;若现场只有1名操作工在场时,该操作工应当迅速以最快的速度首先关闭氯气阀门,再关闭氢气阀门,二者顺序绝对不可颠倒。
(3)实行严格的安全联锁控制措施
所谓安全联锁,就是利用机械和电气控制原理,依次接通各个仪器及设备,并使之发生联系,以达到安全生产的目的。在化工生产中,对压力、温度、流量、液位、阀门等连续变化的参数进行联锁和自动调节控制,对保证防火安全十分重要。根据有关安全操作规程,下列情况的生产工艺,必须采取安全联锁控制的措施:
(1)同时或依次排放两种液体或气体时;
(2)在反应终止需要惰性气体保护时;
(3)打开设备前需要预先解除压力或降低温度时;
(4)当两种或多个部件、设备、机器由于操作错误容易引起火灾事故时;
(5)当工艺控制参数达到某极限值需开启处理装置时;
(6)某危险区域或部位禁止人员入内时。
用氢气与氯气氯化合成氯化氢,并与乙炔气混合生产氯乙烯的生产,属于同时或依次排放两种气体的情况和当两种或多个部件、设备、机器由于操作错误容易引起火灾事故的情况,所以,该生产工艺应当采取安全联锁的控制措施,以保证操作更加安全可靠。
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用氢气与氯气氯化合成氯化氢,并与乙炔气混合生产氯乙烯,是聚氯乙烯生产的一个重要生产工序。2005年夏,河北某树脂厂由于突然停电,使该工序的乙炔混合器及相关管道发生了爆炸,由于时至中午,现场人员稀少,虽未造成人员伤亡,但也造成了巨大损失。那么,造成这起事故的原因又是什么呢?笔者试图对其作一分析,以便相同生产借鉴。
1.氯乙烯的生产工艺过程及其火灾危险性
(1)氯乙烯的生产工艺过程氯乙烯的生产工艺过程如图1所示。电石←水氢气↘↓(精乙炔)合成→(氯化氢)→混合→(粗氯乙烯)→精制(精氯乙烯)氯气↗图1氯乙烯的生产工艺过程
(2)氯乙烯生产工艺过程的火灾危险性氯乙烯生产工艺过程的火灾危险性主要来自于原料的危险性:
①氢气在标准状态下,氢气是一种无色无臭无味的非常易燃的气体,爆炸极限4%~75%。遇氟气、氯气不需引燃源引燃就能够发生猛烈的爆炸。氢在常温下较不活泼,不溶于水。高温下变的高度活泼,能与许多金属和非金属直接化合。氢在钢制设备中被吸附会引起“氢脆”,导致工艺设备的损坏;液氢可使低碳钢以及大多数铁合金变脆。
②氯气通常情况下,氯气是通过电解食盐或食盐水的方法制得的黄绿色有毒液化气体,有强烈刺激臭,毒性猛烈,具有腐蚀性和极强的氧化性。液氯本身不燃,但在日光或灯光下与其他易燃气体混合时,即可起火和爆炸。金属在氯气中能够燃烧,氯气与氢气混合后在阳光下即可发生猛烈爆炸;松节油在氯气中能自燃;氯气与乙炔气混合时不需引火源即可爆炸,氯与氮化合时,还可形成更易爆炸的氯化氮。空气中的含量达到0.1%时吸入人体即能严重中毒。
③乙炔乙块又称电石气,是无色无臭气体,含有硫化物、磷化物时有蒜样气味。极易起火爆炸。微溶于水及乙醇,溶于丙酮、氯仿和苯。遇高热、明火有着火爆炸危险。与铜、汞和银能形成爆炸性混合物。遇氟和氯能发生爆炸反应。闪点-17.78℃(闭杯);自燃点305℃;爆炸极限2.5%~82%;最大爆炸压力1.3MPa;气化热828.986kJ/kg;燃烧热值1300.420kJ/mol(25℃);最小引燃能量0.019mJ;临界温度35.5℃;临界压力6249.726kPa;
④氯乙烯常温下氯乙烯为为无色气体,在标准状态下是一种无色有乙醚香味的气体,冷凝点为-13.9℃,临界温度142℃,临界压力5.6MPa,比空气重2.17倍,易燃,与空气混合物的爆炸极限为4~27.7%,自燃点为472℃,与空气混合浓度在10%时的最大爆炸压力为0.68MPa。氯乙烯有毒,对人有麻醉作用,当浓度在1%时有麻感觉,达5%以上时,即可现出头晕、浑身无力、神志不清、呼吸由急变微,最后失去知觉。
2.爆炸原因分析
通过以上分析可以看出,该生产过程从原料、半成品到产品,都属于一级易燃易爆危险品,且生产岗位附近还有大量的储存,属于典型的甲类易燃易爆生产和重大火灾危险源。从现场勘察和人员询问调查得知,该爆炸事故之前也曾经发生过2次突然停电事故,但均未造成爆炸。那么这次为什么发生了爆炸呢?根据安全操作规程和操作人员介绍,正确的操作程序是:在生产过程中如遇紧急停车事故时,若现场有2名操作工同时在场,则2名操作工应当迅速同时以最快的速度关闭氯气和氢气阀门;若只有1名操作工在场,则该操作工应当迅速以最快的速度首先关闭氯气阀门,再关闭氢气阀门。
根据当时的现场分析,比照前两次停电事故的情况,事故的直接原因只能是遭遇突然停电时,现场操作工只有1人在场,由于该操作工惊慌,在慌忙关闭进料阀门时错先关闭了氢气阀门才去关闭氯气阀门,而此时管道内的剩余氯气就会直接进入乙炔混合器,并迅速与乙炔混合。加之乙炔气的还原性极强,氯气的氧化性也极强,两者相遇不需要引燃源引燃即可爆炸,进而使乙炔混合器及相关管道发生爆炸,造成了巨大的经济损失。
3.应当采取的消防安全措施
为防止类似事故的再次发生,用氢气与氯气氯化合成氯化氢,并与乙炔气混合生产氯乙烯的生产企业,应当采取如下安全措施。
(1)严格控制氯化氢与乙炔的比例和氯化氢中游离氯及氧的含量
由氯化氢与精乙炔合成氯乙烯时,在混合操作中,除应严格控制温度外,氯化氢与精乙炔的比例必须准确,如果乙炔的含量过高,多余的乙炔会与混合器中的氯化高汞反应,生成易爆的乙炔汞。所以一般要求氯化氢应比精乙炔多5-10%。在合成过程中,若氯化氢中的游离氯含量较高,易与乙炔生成氯乙烯而放热,会引起着火或造成设备爆炸;若本工序的转化率较差,常会使分馏放空尾气中的乙炔含量超过20%,这时氯化氢中微量氧的含量就相对增加,会与乙炔形成爆炸性混合物,故应经常取样分析。如氧含量大于5%,即须采取调换催化剂或降低流量等措施。加压精馏时,尾气中的氯乙烯应放入回收设备。
(2)严格控制氯化氢合成的工艺指标和操作程序
在氯化氢合成的正常生产操作中,隔膜电解槽的氯气系统压力为160kPa,氢气系统的压力为70kPa;离子膜电解槽,氯气系统的压力为152kPa,氢气系统的压力为75kPa;氢气与氯气的配比为1.05~1.1︰1,这些指标都要严格控制,不得突破。在生产过程中因遇停电等造成紧急停车事故时,必须严格关闭阀门的程序。当现场有2名操作工同时在场时,2名操作工应当迅速同时以最快的速度分别关闭氯气和氢气阀门;若现场只有1名操作工在场时,该操作工应当迅速以最快的速度首先关闭氯气阀门,再关闭氢气阀门,二者顺序绝对不可颠倒。
(3)实行严格的安全联锁控制措施
所谓安全联锁,就是利用机械和电气控制原理,依次接通各个仪器及设备,并使之发生联系,以达到安全生产的目的。在化工生产中,对压力、温度、流量、液位、阀门等连续变化的参数进行联锁和自动调节控制,对保证防火安全十分重要。根据有关安全操作规程,下列情况的生产工艺,必须采取安全联锁控制的措施:
(1)同时或依次排放两种液体或气体时;
(2)在反应终止需要惰性气体保护时;
(3)打开设备前需要预先解除压力或降低温度时;
(4)当两种或多个部件、设备、机器由于操作错误容易引起火灾事故时;
(5)当工艺控制参数达到某极限值需开启处理装置时;
(6)某危险区域或部位禁止人员入内时。
用氢气与氯气氯化合成氯化氢,并与乙炔气混合生产氯乙烯的生产,属于同时或依次排放两种气体的情况和当两种或多个部件、设备、机器由于操作错误容易引起火灾事故的情况,所以,该生产工艺应当采取安全联锁的控制措施,以保证操作更加安全可靠。