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乙炔火灾爆炸危险性分析及预防事故对策邓新儒

发表时间：2020/10/27 来源：《基层建设》2020年第19期作者：邓新儒

[导读] 摘要：乙炔是一种易燃易爆的重要有机化工原料，为评估乙炔的燃爆风险，采用最小点火能测试仪、爆轰管考察了压力对乙炔分解爆炸的影响规律。

        身份证号码：6501061982****3033 新疆哈密 839000
        摘要：乙炔是一种易燃易爆的重要有机化工原料，为评估乙炔的燃爆风险，采用最小点火能测试仪、爆轰管考察了压力对乙炔分解爆炸的影响规律。研究表明压力为影响乙炔分解爆炸的敏感因素，乙炔发生分解爆炸的最小点火能随系统压力的升高呈指数型下降，点火温度随压力的升高而降低，分解爆炸的后果为系统初始压力的9-10倍。
        关键词：乙炔火灾爆炸危险性分析；预防事故对策
        引言
        乙炔是一种重要的基本有机化工原料，在工业上通常作为合成氯乙烯、醋酸乙烯、丙烯睛、丁二醇的原料，被广泛应用于塑料、橡胶、纤维、医药、染料、树脂等有机品的合成，在国民经济建设中具有重要地位。目前生产乙炔的工艺路线比较多，归纳起来主要包括电石乙炔法、烃类裂解法、煤直接制取法，其中干法电石乙炔工艺在节水和环保方面具有比较明显的优势。近年来，我国现有的油井产量逐年下降、新油井又难以在短时间内投产，原油产量增长速度低于原油需求增长速度，今后我国石油乙烯、乙炔原料供应将仍处于紧张状态，干法电石乙炔工艺的需求也将进一步扩大。
        乙炔分子结构的三价键极不稳定，易发生亲电加成反应、亲核加成反应，其点火能只有0.02mJ，与氢气接近，只有一般易燃气体的十分之一，在生产过程中操作不慎、安全设施不齐全等都容易引发火灾、爆炸事故。本文研究了乙炔火灾爆炸危险性分析及预防事故对策为乙炔的安全生产、使用提供技术支撑。
        1.乙炔火灾爆炸的影响因素
        1.1微量氧气的影响
        在乙炔生产、存储、输送过程中，操作失误或机械密封出现故障会导致空气混入乙炔装置，如：缓冲料仓进空气，随电石加料进入发生器；设备停车后，重新投用前未置换完全；乙炔在压缩增压过程中，压缩机操作负荷过高会使压缩机入口出现负压，导致空气进入；乙炔发生器下料过猛，导致负压，吸入空气；停车时没有及时充入氮气，可能导致负压，吸入空气。本文通过最小点火能、高温高压爆炸极限测试装置、VSP2量热仪等手段定量评估了微量氧气/空气对乙炔体系发生失控的影响。
        （1）微量氧对最小点火能的影响
        测试条件：常压、20℃；空气含量分别为0%，2.4%，4.8%，7.1%，对应的氧气含量分别为0，0.5%，1%，1.5%。
        乙炔气的最小点火能随氧含量增加而降低。当体系中氧气含量为1.5%时，最小点火能降低至5.5J。实验结果表明，微量氧气存在时能显著降低乙炔气的最小点火能。
        （2）微量氧气对失控后果的影响
        实验采用高温高压爆炸极限测试装置测试了系统压力0.1MPa（表压）下乙炔气的分解爆轰特性。对比实验中测试了室温条件下，空气含量为8%（氧含量1.6%）的乙炔气燃爆参数。
        纯乙炔的最大爆炸压力为1.2MPa；体系中含有8%空气时的最大爆炸压力为1.6MPa。增加了25%。
        （3）微量氧气对绝热失控的影响
        使用VSP2量热仪测试了乙炔在绝热条件下的热失控参数。由于乙炔爆炸危险性较高，会对设备造成严重损坏，当检测到自加速放热后，再升温约30℃后停止实验。
        实验模式：加热一平衡一搜索。量热池内初始压力：绝压0.32MPa。温度范围：25~300℃，每10℃作为一个温度阶梯，每个温度阶梯的搜索时间为10min。
        1.2水蒸气的影响
        在生产过程中，乙炔需要通过洗涤冷却塔、正逆水封、安全水封、冷却塔等系统，导致乙炔中混入部分水蒸气。本文测试了使用振荡电弧、高温电阻丝为点火源时，在15~40kV点火能量条件下，水蒸气对乙炔发生分解爆炸临界压力的影响。
        乙炔初始温度由23℃提高到42℃，乙炔中水蒸气饱和分压由3kPa提高到8kPa。乙炔临界分压始终维持在0.24~0.25MPa的范围内。这说明水蒸气对乙炔发生分解爆炸临界压力没有显著影响。

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因此，在23~42℃的操作范围内，含饱和水蒸气乙炔的分解爆炸临界分压基本保持不变。
        1.3炔铜化合物的影响
        根据文献报道，乙炔长时间与Cu，Ag等重金属作用会生成乙炔铜、乙炔银等物质。
        在国内外大部分BDO装置中，需要用到炔铜催化剂，由碱式碳酸铜添加助剂铭经乙炔活化后制得，该类物质易发生分解爆炸。
        采用C600量热仪测试了经乙炔活化后的炔铜化合物的热失控参数，炔铜化合物有两段明显的放热峰，第一段对应的起始放热温度为122.7°C第二段对应的起始放热温度为201°C，炔铜化合物的总放热量为528J/g。
        因此，在工业生产中应严格控制设备、管道、阀门、仪表及其他设施材料中铜的含量不得超过70%。
        1.4氮气的影响
        采用VSP2量热仪测试了氮气体积分数为40%的乙炔混合气在绝热条件下的热失控参数。
        实验模式：加热一平衡一搜索。量热池内总压力为：绝压0.32MPa。温度范围：25~250℃，每20℃作为一个温度阶梯，每个温度阶梯的搜索时间为10min。混合气的自加速起始放热温度已由纯乙炔的222℃升高至240.9℃，说明经氮气稀释能够提高乙炔的热稳定性。
        2.乙炔火灾爆炸事故的预防对策
        2.1完善设备结构及安全袋置
        为防止发生器内电石淤积，分解不良，以致换料时发生爆炸，将发气室桶体的倾斜角度改为9℃~10℃，避免加入电石后沉于桶本，并在俑体内焊上圆钢造成炉栅结构，把电石加在炉栅上；同时，根据规定的电石装入量设置一只加水桶，定量控制加水，保证足够分解水量。为防止发气室内形成空气气混合气体，在发气室上装置一只放空气考克，在操作加水的同时将空气考克打开，排除空气。为防止超压爆炸，在发生器、过滤器、储气浮筒上均设置卸压孔，安装防爆膜。为防止回火爆炸，除设置水封式中央回火防止器外，增设一只单向阀防止回火；或安装一段防爆管（即接一段自行车的橡皮内胎）。另外，对储气浮筒的进气管、出气管采用不锈钢管制作，防止锈蚀，确保长期安全使用；在过滤器的上部，装一个喷水冷却圈；供应乙炔的输气管道，采用架空敷设，对穿过铁路、马路的管道在下面衬托半圆形防护罩，防止车辆装运铁水、钢渣经过时辐射热的影响；对盛放割刀的工具箱，在箱的上部开设透气孔，万一发生乙炔气漏入时可以逸散。
        2.2制定安全操作规程
        建立操作记录和交接班制度，根据以往的事故教训，修订完善安全操作规程，并建立操作记录和交接班制度。在操作记录中，规定记录每次加电石时间，电石加入量，电石粒度，电石加入后压力，中压的发气室温度，排污时间等。交接班制度中规定记录交接班时间、过滤器水位、回火防止器水位等。记录加电石时间是为了掌握使用情况和接班时了解上一班操作情况，做到心中有数。记录电石加入量、粒度，是为了防止乱加电石，超量加入后使电石分解不良而引起爆炸事故。记录电石加入后压力，是为了防止电石加好后人马上离开、误操作未及时发现，而引起事故发生。记录发气室温度，是为了防止温度超过9℃时，在电石含磷过高时可能发生的爆炸事故。交接班制度中，对过滤器水位，回火防止器水位等进行记录，是为了防止操作工疏忽检查，造成跑气，回火爆炸事故。
        2.3开展安全技术培训
        首先，我们对焊割工进行培训，规定经考试合格并取得安全操作证后，才能独立操作。其次，对乙炔房操作工进行培训，使之熟悉乙炔发生设备的结构、原理、流程和操作方法，掌握其故障排除、事故处理等技能。培训后，满一年操作工龄的，发给乙炔站工安全操作证，持证操作。这样固定了操作人员，防止了车间部门的随意调动。
        结语
        通过采用预先危险分析法得到乙炔生产过程危险性分析的定性分析结果。乙炔生产过程安全管理，需要各个岗位共同实施，采取防范措施，为保证乙炔的安全提供一定的技术参考。
        参考文献：
        [1]孙高穹，周继秋.连锁效应下乙炔生产装置火灾爆炸风险评估及防范[J].城市建筑，2016.
        [2]孙华莉.乙炔气体生产火灾危险性分析及预防对策[J].江西化工，2013.