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橡膠助劑反應釜爆炸事故的技術分析
一、事故前狀況
該企業(yè)屬私營股份制企業(yè),3年前從某高校買下橡膠助劑的生產工藝技術。前2年由于市場原因,生產一直處于時開時停狀態(tài),但從去年底以來,該產品以成本低、質量高的優(yōu)勢,逐步擴大了市場份額,于是企業(yè)決定對原生產裝置技術進行改造。新裝置于2002年4月10日改造完畢,4月11日開始生產,每日三班運行。工藝流程為反應、結晶、離心分離、真空脫水、包裝。工藝過程為間隙生產,每班2名工人。4月13日16時,2名操作工接班后,按操作要求往反應釜中加料,然后攪拌、通氧,反應、保溫后,于21時左右向結晶釜壓料,此時反應釜壓力為0.2MPa(表壓),料液溫度在40℃以下。在壓料過程中,操作工發(fā)現(xiàn)物料不往結晶釜中流,卻從一層下料閥下方的法蘭處漏出,主操作工試圖堵漏,但仍不能阻止物料外泄,忙用盆接料,回收數(shù)盆物料,倒入旁邊的離心機內。在處理泄漏過程中,主操作工派另一名工人去值班室叫廠技術負責人處理此故障,約22時左右,技術負責人來到現(xiàn)場,先到一樓泄漏處接物料往離心機中倒,另一名工人由于嫌泄漏氣味嗆,走到車間門口,此時,反應釜突然發(fā)生爆造成事故。
二、事故現(xiàn)場情況
反應釜下料閥呈開啟狀態(tài),通氧閥關閉,下料管(40mm)沿焊縫處斷開,從裂口處看到下料管約四分之三的管截面被結晶物堵塞,下料閥下方的法蘭僅有相對的兩條螺栓擰著,反應釜及其相連的管道內沒有積炭,但離心機內濾布被燒,據(jù)負輕傷的工人講,事故前沒有著火現(xiàn)象,主操作工負重傷,說不清事故前的情況。
三、反應過程的物料
該產品用的主要原料分別是:二硫化碳、二乙胺、異丙醇、氧氣、催化劑。前三種物料都屬易燃液體,其沸點和爆炸范圍見表1。反應過程中為了保證二乙胺充分反應,二硫化碳和氧氣要適當過量,以保證較高的反應轉化率,反應釜內物料約為450L。反應完后,釜內壓力為0.2MPa(表壓),溫度在40℃以下,液態(tài)物為間異丙醇、橡膠助劑、二硫化碳及少量的二乙胺混合液,氣態(tài)為該溫度、壓力下呈飽和狀態(tài)的二硫化碳、異丙醇、氧氣及微量二乙胺的混合氣體。
四、高校提供的工藝和企業(yè)實際生產工藝的差別
從有關資料中查到,高校提供的工藝要求是反應完成后,緩慢釋放釜內氣體至常壓,然后降溫至40℃以下,通過反應釜、結晶釜位差將物料送入結晶釜;而企業(yè)實際的工藝情況是利用通氧反應后升壓至0.2MPa(表壓),保溫保壓,將物料從反應釜中壓入結晶釜中。企業(yè)實際工藝與高校提供工藝比較存在兩點明顯不足:
1.帶壓放料,物料流速勢必較快,容易形成靜電積聚;
2.反應釜、結晶釜均位于同一高度,卸料管中總會留有殘液,而助劑的結晶溫度為28℃,生產又為間隙生產,管道又無保溫措施,這樣在卸料管中就會有結晶析出,若結晶增多,很容易使管道出現(xiàn)堵塞。
五、事故原因推斷
1.事故性質的認定
事故發(fā)生在介質反應完畢保壓卸料之后,此時進物料閥、氧氣閥都已關閉,不再存在物理升壓的因素,基本應排除物理爆炸的可能。事實上,從事故現(xiàn)場破壞的情況和工藝過程中實際存在的介質看,可以基本推斷為化學爆炸。爆炸的主要介質是反應釜內二硫化碳、異丙醇、氧氣的混合物。由于反應釜及相連管道內沒有積炭現(xiàn)象,可以初步推斷釜內物料已基本排盡。
2.激發(fā)能量
本起事故激發(fā)能量的來源不外乎兩方面,一方面是明火,從現(xiàn)場操作工了解,排除了明火的可能;另一方面就是撞擊、靜電,尤其是靜電的可能性最大。本起事故靜電的產生亦有兩種可能,一種是人體靜電,一種是管道靜電。從爆炸原點發(fā)生在反應釜內這一點看,管道靜電的可能性更大,因為反應釜卸料是在0.2MPa(表壓)的壓力狀態(tài)壓放卸料,當物料從法蘭處泄漏時,內外存在壓差,泄漏料以一定速度流出,在此過程中形成靜電積聚,當釜內液態(tài)的物料基本泄盡時,在法蘭邊緣的靜電積聚到一定的能量并形成放電間隙產生靜電火花,靜電火花引燃附近的二硫化碳、異丙醇、氧氣的混合氣體,迅速向反應釜內回燃發(fā)生化學爆炸。因此,可以初步認為管道泄漏點邊緣釋放靜電為本次事故發(fā)生提供了激發(fā)能量。
靜電放電有兩個條件:一是靜電積聚到一定的量;二是要有放電間隙。如果在液體較多時發(fā)生放電,首先應該在氣液邊界引起燃燒,再引爆爆炸性混合物,但事實是在反應釜和其相連的管內并無積炭,且操作工也說在爆炸前沒有發(fā)生著火現(xiàn)象;而且盛有泄漏料的離心機內濾布被燒毀,有積炭,驗證了爆炸后有著火發(fā)生的說法。故可以推斷說爆炸發(fā)生在反應釜內液體物料基本泄漏完的時候。
3.物料泄漏原因
事故現(xiàn)場在沿環(huán)焊縫斷開的下料橫管管口處,其截面的四分之三以上被結晶物堵塞。而前面分析中企業(yè)實際生產工藝中存在反應液排不盡的缺陷,殘液在溫度等條件適宜時就會有結晶物析出堵塞管道,現(xiàn)場下料橫管的被堵證明了這一點。當操作工帶壓往結晶釜卸料時,由于憋壓,將會在連接最薄弱的部位發(fā)生泄漏。而卸料管法蘭僅擰相對的兩條螺栓,另外兩條卻沒有擰上,顯然密封比較薄弱,這樣就使得物料從法蘭處泄漏出來了。
4.磚混結構廠房擴大了事故的損失
事發(fā)當時被炸死的是二層平臺上的技術負責人,炸毀的設備主要是反應釜。而負重傷和輕傷的另二人和損壞的其它管道、設備主要是預制板塌落所致。
六、事故后的反思
本起事故教訓,至少有以下五點工作需要從事化工生產、管理的人員努力做好:
1.科研院所、大專學校與企業(yè)聯(lián)合開發(fā)新產品時,必須對其原料、生產工藝、產品進行科學的安全評價,制定完善可行的安全操作規(guī)程,抓好各項安全措施的落實,把提高職工的安全素質作為關鍵始終抓實抓好。
2.化工裝置在正式投運前必須制定科學的試車方案,按照規(guī)定進行氣密性試驗,確保各密封部位可靠;應使職工學會安全處理泄漏,防止更大事故發(fā)生。
3.靜電給化工企業(yè)的安全帶來了很大的危害,因此,在易燃易爆場所的生產裝置、職工必須有可行的預防、消除靜電的措施。
4.易燃易爆廠房必須按照國家規(guī)范、標準設計,要保證足夠的卸壓面積,應采用輕質屋頂框架結構,不應采用磚混結構。
5.政府部門、工會必須加強對中、小化工企業(yè),特別是私營化工企業(yè)的安全監(jiān)督管理,督促企業(yè)搞好安全生產,防止災害性事故發(fā)生。
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