橡胶助剂反应釜爆炸事故的技术分析

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橡胶助剂反应釜爆炸事故的技术分析

某企业生产反应釜发生爆炸事故，事故造成1人死亡、1人重伤、1人轻伤。爆炸冲击波将约200m2车间预制板屋顶几乎全部掀开，南墙窗户玻璃全部破碎，碎渣最远飞出约50m，反应釜上封头40条M20的螺栓全部拉断（脱），封头飞起约十几米高砸向屋顶，反弹落回地面，釜体从二楼平台坐落一层，掀开的预制板落在车间地面上，厂房南墙出现鼓肚。
  
) f, O/ ^8 e7 e9 c  B! r5 s: b' r　　一、事故前状况   
/ d# a, P% z1 i7 s$ C2 o% z, ^　　该企业属私营股份制企业，3年前从某高校买下橡胶助剂的生产工艺技术。前2年由于市场原因，生产一直处于时开时停状态，但从去年底以来，该产品以成本低、质量高的优势，逐步扩大了市场份额，于是企业决定对原生产装置技术进行改造。新装置于2002年4月10日改造完毕，4月11日开始生产，每日三班运行。工艺流程为反应、结晶、离心分离、真空脱水、包装。工艺过程为间隙生产，每班2名工人。4月13日16时，2名操作工接班后，按操作要求往反应釜中加料，然后搅拌、通氧，反应、保温后，于21时左右向结晶釜压料，此时反应釜压力为0.2MPa（表压），料液温度在40℃以下。在压料过程中，操作工发现物料不往结晶釜中流，却从一层下料阀下方的法兰处漏出，主操作工试图堵漏，但仍不能阻止物料外泄，忙用盆接料，回收数盆物料，倒入旁边的离心机内。在处理泄漏过程中，主操作工派另一名工人去值班室叫厂技术负责人处理此故障，约22时左右，技术负责人来到现场，先到一楼泄漏处接物料往离心机中倒，另一名工人由于嫌泄漏气味呛，走到车间门口，此时，反应釜突然发生爆造成事故。
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0 F* P' r5 \% F7 |　　二、事故现场情况   
- f" g' V  }) s# P: C* b2 E　　反应釜下料阀呈开启状态，通氧阀关闭，下料管（40mm）沿焊缝处断开，从裂口处看到下料管约四分之三的管截面被结晶物堵塞，下料阀下方的法兰仅有相对的两条螺栓拧着，反应釜及其相连的管道内没有积炭，但离心机内滤布被烧，据负轻伤的工人讲，事故前没有着火现象，主操作工负重伤，说不清事故前的情况。   

　　三、反应过程的物料   
6 \) Q; O) }8 \# w3 i　　该产品用的主要原料分别是：二硫化碳、二乙胺、异丙醇、氧气、催化剂。前三种物料都属易燃液体，其沸点和爆炸范围见表1。 反应过程中为了保证二乙胺充分反应，二硫化碳和氧气要适当过量，以保证较高的反应转化率，反应釜内物料约为450L。反应完后，釜内压力为0.2MPa（表压），温度在40℃以下，液态物为间异丙醇、橡胶助剂、二硫化碳及少量的二乙胺混合液，气态为该温度、压力下呈饱和状态的二硫化碳、异丙醇、氧气及微量二乙胺的混合气体。
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5 a- b% i8 U! h1 r' \7 Z2 Q    四、高校提供的工艺和企业实际生产工艺的差别   
! x( y$ {$ N+ S: ?' r; L　　从有关资料中查到，高校提供的工艺要求是反应完成后，缓慢释放釜内气体至常压，然后降温至40℃以下，通过反应釜、结晶釜位差将物料送入结晶釜；而企业实际的工艺情况是利用通氧反应后升压至0.2MPa（表压），保温保压，将物料从反应釜中压入结晶釜中。企业实际工艺与高校提供工艺比较存在两点明显不足：   
　　1.带压放料，物料流速势必较快，容易形成静电积聚；   
2 A1 A6 x% f+ L+ M% U6 E　　2.反应釜、结晶釜均位于同一高度，卸料管中总会留有残液，而助剂的结晶温度为28℃，生产又为间隙生产，管道又无保温措施，这样在卸料管中就会有结晶析出，若结晶增多，很容易使管道出现堵塞。
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    五、事故原因推断   
: [0 Y; n1 @, T2 c8 O+ d- @1 D  K　　1.事故性质的认定   
; ^# _3 D, T2 L　　事故发生在介质反应完毕保压卸料之后，此时进物料阀、氧气阀都已关闭，不再存在物理升压的因素，基本应排除物理爆炸的可能。事实上，从事故现场破坏的情况和工艺过程中实际存在的介质看，可以基本推断为化学爆炸。爆炸的主要介质是反应釜内二硫化碳、异丙醇、氧气的混合物。由于反应釜及相连管道内没有积炭现象，可以初步推断釜内物料已基本排尽。
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) S% e0 l* n/ E$ m( N/ n- Y　　2.激发能量   
　　本起事故激发能量的来源不外乎两方面，一方面是明火，从现场操作工了解，排除了明火的可能；另一方面就是撞击、静电，尤其是静电的可能性最大。本起事故静电的产生亦有两种可能，一种是人体静电，一种是管道静电。从爆炸原点发生在反应釜内这一点看，管道静电的可能性更大，因为反应釜卸料是在0.2MPa（表压）的压力状态压放卸料，当物料从法兰处泄漏时，内外存在压差，泄漏料以一定速度流出，在此过程中形成静电积聚，当釜内液态的物料基本泄尽时，在法兰边缘的静电积聚到一定的能量并形成放电间隙产生静电火花，静电火花引燃附近的二硫化碳、异丙醇、氧气的混合气体，迅速向反应釜内回燃发生化学爆炸。因此，可以初步认为管道泄漏点边缘释放静电为本次事故发生提供了激发能量。   

　　静电放电有两个条件：一是静电积聚到一定的量；二是要有放电间隙。如果在液体较多时发生放电，首先应该在气液边界引起燃烧，再引爆爆炸性混合物，但事实是在反应釜和其相连的管内并无积炭，且操作工也说在爆炸前没有发生着火现象；而且盛有泄漏料的离心机内滤布被烧毁，有积炭，验证了爆炸后有着火发生的说法。故可以推断说爆炸发生在反应釜内液体物料基本泄漏完的时候。
  
# j% E7 K1 b" H　　3.物料泄漏原因   
8 v# d+ l; w2 f7 O; C# D2 H0 s) Q　　事故现场在沿环焊缝断开的下料横管管口处，其截面的四分之三以上被结晶物堵塞。而前面分析中企业实际生产工艺中存在反应液排不尽的缺陷，残液在温度等条件适宜时就会有结晶物析出堵塞管道，现场下料横管的被堵证明了这一点。当操作工带压往结晶釜卸料时，由于憋压，将会在连接最薄弱的部位发生泄漏。而卸料管法兰仅拧相对的两条螺栓，另外两条却没有拧上，显然密封比较薄弱，这样就使得物料从法兰处泄漏出来了。   
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　　4.砖混结构厂房扩大了事故的损失   
0 N: S/ Y) U0 }1 b: G7 t* P　　事发当时被炸死的是二层平台上的技术负责人，炸毁的设备主要是反应釜。而负重伤和轻伤的另二人和损坏的其它管道、设备主要是预制板塌落所致。   

9 i$ G$ \1 v( J, C　　六、事故后的反思   
, I( a! [; d  d9 }+ d2 V; u3 ~　　本起事故教训，至少有以下五点工作需要从事化工生产、管理的人员努力做好：   
$ v2 G+ |# X, g  s　　1.科研院所、大专学校与企业联合开发新产品时，必须对其原料、生产工艺、产品进行科学的安全评价，制定完善可行的安全操作规程，抓好各项安全措施的落实，把提高职工的安全素质作为关键始终抓实抓好。   
& P9 s) [  V8 M% L# T# J　　2.化工装置在正式投运前必须制定科学的试车方案，按照规定进行气密性试验，确保各密封部位可靠；应使职工学会安全处理泄漏，防止更大事故发生。   
　　3.静电给化工企业的安全带来了很大的危害，因此，在易燃易爆场所的生产装置、职工必须有可行的预防、消除静电的措施。   
　　4.易燃易爆厂房必须按照国家规范、标准设计，要保证足够的卸压面积，应采用轻质屋顶框架结构，不应采用砖混结构。   
　　5.政府部门、工会必须加强对中、小化工企业，特别是私营化工企业的安全监督管理，督促企业搞好安全生产，防止灾害性事故发生。

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