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浅谈反应器火灾爆炸事故原因分析及应急救援

2010-12-09   来源:安全文化网    |   浏览:    评论: 0    收藏

  摘 要:分析反应容器火灾爆炸事故发生的原因,提出针对性的防火防爆措施、技术、应急救援,对于此类事故的调查防范及救援具有一定指导意义。

  关键词:反应容器;火灾爆炸;防火防爆;应急救援;

  反应容器是指用来化学品生产进行化学反应的容器设备,常见的有固定床反应器、列管式反应器、反应釜、反应精馏塔、合成塔、聚合釜等。大多数反应是在高温、高压甚至超高压条件下进行的,参与反应的原料及催化剂多为易燃、易爆的物质,反应过程中稍有不慎就会引发火灾和爆炸,事故发生频率高。反应容器爆炸所产生的强大冲击波和由于有毒、易燃、易爆物料泄漏而引起的火灾易导致建筑物倒塌、人员伤亡,有的甚至引起连锁爆炸,将整个车间、厂区夷为平地。因此加强对反应器火灾爆炸事故的研究,预防此类事故的发生及应急救援十分重要。

  一、反应容器火灾爆炸事故原因分析

  1.反应失控引起火灾爆炸

  许多化学反应如硝化、磺化、氧化、氯化、聚合等反应都是放热较大的反应。在反应容器内进行反应时,若正常的反应过程失控,反应热蓄积,反应体系的温度随之升高,反应速度加快,体系内压力增大,当内压急剧上升超过容器的耐压能力时,容器破裂,高压物料从破裂处喷出。由于温度的升高,反应物料还可能发生分解、燃烧,引发反应失控,发生火灾爆炸事故。

  2005年2月24日,江苏某化工公司首次试生产乙二醇二甲醚过程中,由于乙二醇甲醚的滴加速度过快,反应釜温度和压力急剧上升,操作人员错误处置,打开了反应釜上用于投放固体原料的闸阀,导致反应釜内的氢气高速冲出,短时间达到爆炸极限,高速流动的氢气与闸阀口摩擦产生静电,引发了空间气体爆炸,造成6人死亡,11人受伤,部分厂房炸毁,直接经济损失达500余万元。

  2.反应容器内形成爆炸性混合物

  有些气态反应的原料混合气,其原料配比处在爆炸极限范围之内而具有爆炸性。例如环氧乙烷与乙醇的化合反应,环氧乙烷与乙醇在原料总体积中分别占44.5%和55.5%,环氧乙烷的浓度已在爆炸极限之内(其爆炸极限为3%~100%);苯酐生产中萘与空气的重量比为1:9左右,萘蒸气在空气中的体积浓度为2.25%(萘蒸气爆炸极限为0.88%~5.9%)。有的反应在接近爆炸极限的条件下进行,如果控制不当易形成爆炸浓度。

  反应容器内可燃气体或易燃液体蒸气未置换或置换不彻底,也是形成爆炸性混合物的重要原因。

  3.反应容器密封不严,物料反应燃烧爆炸

  反应容器密封不严,使空气进入釜内剧烈反应爆炸。1995年5月11日19时14分,哈尔滨市助剂厂搪玻璃反应釜,由于釜底盲板的密封橡胶垫老化、渗漏,使空气进入釜内导致物料发生爆炸(当时釜内是负压),是羧乙基胺甲乙醚在温度80℃以上遇氧发生剧烈的氧化反应导致爆炸,造成死亡1人、伤3人,厂房破损的重大事故,直接经济损失达10余万元。

  4.反应容器因设计制造缺陷引起爆炸

  反应容器设计不合理、结构形状不连续、焊缝布置不当等引起应力集中;设备材质选择不当、制造容器时焊接质量不合要求及热处理不当等使材料韧性降低;容器壳体受到腐蚀介质的腐蚀、强度降低等可能使容器在生产过程中发生爆炸。

  5.反应容器中高压物料窜入低压系统

  与反应容器相连的常压或低压容器、储柜,由于反应容器中高压物料的窜入,发生爆炸。如1991年8月22日,平顶山市树脂厂发生重大火灾事故就是由于聚合工段反应釜超压,当班职工紧急处理时,未彻底关闭通往常压下的泡沫捕集器的阀门,引起泡沫捕集器爆炸,随后又引起整个工段的可燃性混合气体爆炸。

  6.水蒸气或水漏入反应容器发生危险

  采用水蒸气加热或水冷却的反应容器,若水蒸气或冷却水漏入容器内,容器内物料遇水分解放热,温度、压力急剧上升,造成冲料,发生火灾。

  7.反应容器泄放系统不合理引起事故

  在物料泄放时,泄放口位置、高度必须按要求设置,排出的物料要进入事故槽,严禁排放不合理,避免排出的物料四处漂散,遇明火燃烧爆炸。

  二、预防反应容器火灾爆炸事故的措施

  1.严格按照安全规程生产

  反应容器的工艺规程需经专门的科研和设计单位审定,没有权威部门的相应鉴定,不允许随意改变生产工艺。生产操作人员必须熟悉生产工艺规程、操作条件、原材料、产品、中间产物的反应特性和火灾爆炸危险性质,杜绝操作失误或任意更改工艺参数。

  2.维护容器的耐压强度

  反应容器作为一种承压设备,应严格按照压力容器的设计、制造工艺进行,消除板材、焊接等质量上的缺陷。容器在使用过程中要防止由于腐蚀等原因造成器壁变薄,耐压强度降低。因此,容器要定期进行探检、维修、耐压试验,确保容器的耐压强度,并请权威部门进行登记、注册,定期检验。

  3.防止反应失控发生

  按作业指导书严格监测和控制反应容器内的温度、压力、物料组成和投料顺序等,以使反应保持正常。杜绝投料次序颠倒,如丙二醇甲醚的生产必须先投入过量的甲醇后才能加入环氧丙烷。如果顺序颠倒则引起环氧丙烷的聚合放热,后果不堪设想。同时对于生产原料、中间产品以及成品应有严格的质量检验制度,保证其纯度和含量,清除因有杂质而引起的不安全因素。

  4.抑制物料混合气爆炸的危险性

  在爆炸极限范围之内进行的反应,空气或氧气与反应原料的混合器宜放置在反应器进口附近,确保原料气混合后立即进入反应器反应,减少可能发生爆炸的空间。还可采取原料气和氧气或空气分别进料方式,以避免爆炸性混合物的形成。在接近爆炸极限条件下进行的反应,应严格控制原料气与空气或氧气的混合比例。生产装置要有自动化控制仪表、组分分析仪和安全联锁警报装置。定期校验仪表警报装置,确保灵敏可靠。

  对于具有可燃气体或易燃液体蒸气的反应容器,进料前必须用惰性气体置换。反应完毕后同样需要用惰性气体置换掉容器内的可燃气体或蒸气,才能放入空气。置换必须彻底。

  5.及时维修、清理设备管路内结焦

  要定期维修清除设备内的污垢、焦状物、聚合物,以保证设备传热良好,并防止其堵塞设备管道形成瞬间高压爆裂和发生自燃。清除方法可用水冲刷器壁表面和管道,用氮气或水蒸气吹扫。清理时不得使用铁质工具或金属条,清理出来的污物必须送至安全地点处理掉。如污垢、焦状物等,可请专业清洗公司清理。

  6.防止水漏入反应容器

  反应容器的夹套和盘管冷却系统的水位和水压应略低于器内的液位和液压。为了能及时发现反应容器的裂纹或孔洞,在排水管可安装自动电导报警器,当管中漏入极少物料时,水的导电率会发生变化,利用这种变化进行检测并发出声响警报。

  7.确保证反应容器进出物料安全

  为了防止进出物料因静电火花发生燃烧爆炸,反应容器、管道、器具应采用静电连线联成一体,并进行接地,接地线必须连接牢靠,有足够机械强度,并定期检查。液体物料的输送,必须通过控制流速限制静电的产生。特殊的物料应应采用铝管或不锈钢金属软管。

  反应容器卸料时,应采用真空卸料。装卸料口开户时,应尽量采用密闭措施,如果做不到,应安装移动式的排气罩进行通风。

  8.配置防事故安全系统

  反应容器应设防事故自动联锁系统,如设物料温度与催化剂加入量的联锁装置;压力或温度极限调节报警装置。当参数越出安全规定范围,能立即进行自动调节。若调节无效能发出报警信号,通告操作人员采取紧急措施排除故障。

  为了保证反应容器内压力上升时能自动进行泄压,必须在设备上安装安全阀。对于不宜安装安全阀或危险性较大的设备,可安装爆破片。低压系统与高压系统反应器的连接处应设单向阀,以防止高压反应器内的物料窜入低压系统发生爆炸。反应容器应备有事故排放罐,或排出反应物料的备用容器和放空管,在设备发生失控的紧急状态下,可将物料通过放空管排出容器,防止事故扩大。反应生产岗位必须配备氮气和水蒸气半固定灭火装置。

  9.反应容器的安全排放

  反应容器的放空管一般应安设在顶部,室内容器安设的放空管应引出室外。放空管应有足够高度,高于附近有人操作的最高设备2m以上,并保证排出的可燃气体,应经冷却装置冷却后接至放空设施。放空管上应安装阻火器或其他限制火焰的设备,以防止气体在管道出口处着火,并使火焰扩散到工艺装置中去。放空管应有良好的接地,管口应处在防雷保护范围内。

  10.培训事故处置方法

  将消防知识宣传和教育作为岗位培训的一项重要内容。尤其注意对生产操作人员进行应急措施培训工作,掌握特殊情况下的应急措施、灭火与疏散方法。通报的国际、国内的事故教训和操作经验,提出事故的可能原因,以便及时能做出准确的判断和正确采取处理办法。

  三、反应容器发生火灾爆炸事故应急救援

  在化工生产中当发生反应失控、大量泄漏或火灾事故时,工厂应紧急启动化学品安全生产消防应急预案,召集相关人员立即赶至现场。

  1.成立应急指挥小组和救援分队

  应急救援小组由各救援小组组长组成,总经理任组长,副总经理任副组长各救援分队如下:

  通讯联络队:担负各队之间联络与对外联系通讯任务;

  治安队:担负现场治安、交通指挥、设立警戒、指挥员工疏散;

  防化应急队:担负查明事故原因、物料性质,提出补救措施、抢救伤员、指导人员疏散;

  消防队:担负开启消防泵,现场消防稀释,扑救火灾等任务;

  检修抢险队:担负现场检修、抢险等任务;

  医疗救护队:担负现场人员救援人员的临时救援防护等工作;

  物资供应队:担负抢险物资的购买,物品的供应等任务;

  运输队:担负抢险物资及人员的运输任务。

  2.控制发生事故的危险区域

  对危险区域实施控制,防止无关人员、车辆、明火等进入而引起的伤害及事故进一步扩大。

  (1)清除火源:迅速关闭警戒区的救援人员的手机、电话机等通讯器材、关闭该区域的电器设备。

  (2)实施警戒:以该反应器装置为中心、装置四周的主通道上设警戒线,由治安队严格控制本公司及外来人员进入,禁止车辆通行。

  3.侦检反应容器事故现场

  当泄漏未形成火灾时,防化应急分队派人身穿防化防火消防服,佩带正式自给式空气呼吸器进入泄漏地点查看,确定泄漏原因及现状,并迅速汇报指挥小组,当已形成火灾时,严禁人员进入。

  4.控制反应容器事故的源头

  防化应急分队把现场侦检情况后,指挥小组应提出控制源头的技术方案,并召集抢险抢修队、消防队落实控制源头的方案。

  (1)由抢修抢险队派人穿防化服,佩戴保护用具,关闭与反应器相近的物料管线,并带专用堵漏工具进入现场堵漏,如无法堵漏或泄漏严重应立即撤出相关人员,脱离危险现场。

  (2)在抢险抢修对未进入现场时,应紧急启动消防设施,根据物料的性能,使用有针对的灭火器材,同时启动消防冷却系统对四周装置及区域进行保护。

  (3)上级消防大队赶至现场时应由上级消防领导统一调度、指挥。

  5.反应容器四周物料的转移

  首先控制反应器内物料的大量外泄,当一时无法控制泄漏时,事故应急指挥小组应紧急碰头,撤离反应器内的易燃物、可用自身机泵输送,如无法输送,或用专用槽车驳离,或用耐火耐温的防火材料形成隔离墙,避免事态进一步扩大。

  6.反应容器事故的紧急灭火

  当泄漏发展到一定程度时,应按制定的企业灭火作战方案执行,集中兵力,一举歼灭火势,并迅速疏散所有的人员,只留守灭火作战人员,防止人员伤亡。

  7.清洗反应容器的污染区域

  事故泄漏或火灾爆炸事故得到控制前后,应做好善后工作

  (1)利用消防用水和冷却用水对污染的反应装置进行冲洗,充分清洗剩余的物料和气体。

  (2)对参加救援和参加灭火作战的人员应进行规范冲洗,不能对人员产生新的伤害。

  (3)留守救援及消防人员现场值班24小时,避免未能彻底消除事故隐患,以免死灰复燃。