有機(jī)廢氣管道系統(tǒng)爆炸事故分析及預(yù)防措施

吳 飛

(山東濱華新材料有限公司，山東 濱州 256600)

隨著化工行業(yè)的發(fā)展，化工企業(yè)廢氣成分越來越復(fù)雜?；U氣通常是不同組份混合氣體，存在臭味、毒害性、易燃易爆等特點(diǎn)，處理不當(dāng)，很容易給周圍生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重污染，甚至?xí)l(fā)社會動(dòng)蕩[1]。為了有效解決這一問題，政府部門在近年來提出了零排放的概念，明確要求企業(yè)要有效治理化工廢氣。本文分析了有機(jī)廢氣管道系統(tǒng)爆炸事故的具體情況，研究廢氣處理系統(tǒng)爆炸原因，并針對爆炸事故提出了解決策略，從而及時(shí)解決化工企業(yè)廢氣處理系統(tǒng)的安全隱患。

1 有機(jī)廢氣管道系統(tǒng)爆炸事故概述

某化工企業(yè)出現(xiàn)有機(jī)廢氣管道爆炸故事，在調(diào)查事故原因時(shí)，由于意見過于分散，無法進(jìn)行深層次調(diào)查。為了能夠深入認(rèn)知到事故發(fā)生原因，該企業(yè)安全部經(jīng)理帶領(lǐng)相關(guān)人員到某科技有限公司深入分析事故原因，該公司曾對企業(yè)進(jìn)行過安全評價(jià)，對企業(yè)的設(shè)備、原輔材料、工藝等進(jìn)行對比，經(jīng)過研究后，雙方深入了解了廢氣處理系統(tǒng)爆炸事件的原因。

1.1 事故簡介

在正常運(yùn)行過程當(dāng)中，車間廢氣管道突然發(fā)出沉悶響聲，過了幾分鐘后，又接連發(fā)出響動(dòng)。檢查發(fā)現(xiàn)，廢氣管道出現(xiàn)一些煙霧，而響聲則位于第7/8車間的廢氣管內(nèi)。在兩次響聲后繼續(xù)出現(xiàn)了響聲，8車間甲苯回收裝置上面的廢氣管道一側(cè)泄爆板被沖開，出現(xiàn)大量火焰。在事故發(fā)生后，企業(yè)安全部門人員趕到現(xiàn)場進(jìn)行查看，發(fā)現(xiàn)因?yàn)楸ǎ瑢?dǎo)致廢氣管道與車間連接的塑料管道焊接處被炸裂開。

1.2 事故發(fā)生時(shí)企業(yè)生產(chǎn)狀況

八車間某反應(yīng)釜通常要用硫酸、三氯化鋁、甲苯等化學(xué)試劑，而三氯化鋁多數(shù)利用敞開式人工投料，可在正常壓力下發(fā)生反應(yīng)。但如果在反應(yīng)過程中，反應(yīng)釜密閉性不足，很容易引發(fā)各種問題。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，以往八車間是利用塑料袋來堵塞投料口，再經(jīng)過甲苯回收裝置吸附后，排入到廢氣總管道內(nèi)。但在事故當(dāng)天，甲苯回收裝置處于停用檢修狀態(tài)，廢氣未經(jīng)過甲苯吸附回收系統(tǒng)就直接進(jìn)入到廢氣總管道內(nèi)。

1.3 事故原因分析

研究事故發(fā)生原因時(shí)，首先要弄清楚引發(fā)廢氣管道爆炸的物質(zhì)，來源及爆炸所具備的條件；再按照爆炸四要素來檢查事故發(fā)生的原因。第一，空氣作為氧化劑。各廢氣吸入口在吸入廢氣時(shí)，會同時(shí)吸入大量空氣，這時(shí)廢氣管道內(nèi)存在大量空氣，很容易發(fā)生氧化反應(yīng)，給廢氣管道帶來嚴(yán)重影響。第二，點(diǎn)火源為靜電。正常情況下，廢氣管道一般為塑料材質(zhì)。廢氣總管與支管連接處設(shè)置為插入式三通，當(dāng)廢氣管中氣體流速較大時(shí)，很容易在直角三通位置引發(fā)靜電。第三，可燃物為甲苯。通過排除法，能確定可燃物是來自于第八車間某產(chǎn)品反應(yīng)釜的原料：甲苯蒸汽。第四，可燃物濃度。工作人員懷疑管道中甲苯廢氣濃度超標(biāo)。某位車間工藝員在爆炸發(fā)生之前對反應(yīng)釜甲苯廢氣排放濃度進(jìn)行過專業(yè)檢測，發(fā)現(xiàn)第八車間反應(yīng)釜管道內(nèi)甲苯含量已達(dá)到6%，而甲苯爆炸上限通常在7%～8%。通過檢測數(shù)據(jù)可知，第八車間反應(yīng)釜廢氣管道內(nèi)所含甲苯廢氣的含量已逼近爆炸極限。

1.4 爆炸發(fā)生時(shí)間分析

在正常情況下，反應(yīng)釜廢氣最先經(jīng)過冷凝器冷凝和活性炭吸附兩個(gè)環(huán)節(jié)，然后再流入到廢氣總管道內(nèi)。由于甲苯吸附回收裝置和管道都是金屬材料，再加上兩點(diǎn)連接處使用了防靜電接地，在周圍并未產(chǎn)生點(diǎn)火源，因此不會發(fā)生爆炸事故。當(dāng)廢氣經(jīng)過甲苯吸附回收裝置后，廢氣濃度會逐漸減少，不會引起廢氣總管發(fā)生爆炸事故。但在事故發(fā)生時(shí)，恰好廢氣甲苯吸附回收裝置在進(jìn)行檢修。廢氣原本是要經(jīng)過甲苯吸附回收系統(tǒng)，但由于系統(tǒng)需要檢修，導(dǎo)致廢氣未進(jìn)入回收系統(tǒng)，就流入廢氣總管內(nèi)，且廢氣管道屬于塑料材質(zhì)，與總管連接，形狀呈直角三通，而第八車間反應(yīng)釜廢氣出口管道內(nèi)甲苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5%～6%,因此導(dǎo)致事故發(fā)生。

2 化工管道火災(zāi)爆炸的主要原因

2.1 管道泄漏

化學(xué)危險(xiǎn)品泄漏和爆炸事故，給我國造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，不僅給環(huán)境造成嚴(yán)重污染，還會造成資源浪費(fèi)等?；のｋU(xiǎn)品泄漏問題，甚至企業(yè)會面臨停車。由于這些情況的出現(xiàn)，人們逐漸意識到預(yù)防化學(xué)危險(xiǎn)品泄漏事故的重要性，并展開積極行動(dòng)。近年來，造成管道泄漏的原因是多樣化的，如管道設(shè)計(jì)規(guī)范不合理、受到外力沖擊、管道焊接質(zhì)量較低、管道磨損嚴(yán)重、長時(shí)間受腐蝕性介質(zhì)腐蝕等。

2.2 管道超壓

管道出現(xiàn)爆炸事故，與反應(yīng)容器異常、操作失誤之間存在一定聯(lián)系。如果冷卻介質(zhì)輸送管道內(nèi)存在問題，很可能會直接導(dǎo)致冷卻介質(zhì)供應(yīng)嚴(yán)重不足，同時(shí)會讓其他部分的生產(chǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)各種不良情況，最終可能造成管道內(nèi)部和基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生爆炸事故；而連續(xù)排放流體管道，很容易出現(xiàn)輸送速度降低等問題，造成管道內(nèi)物料無法及時(shí)排除，從而引發(fā)設(shè)備出現(xiàn)超壓爆炸事故[2]。

2.3 管道堵塞

一旦管道存在堵塞現(xiàn)象，會在短時(shí)間內(nèi)提升系統(tǒng)壓力，導(dǎo)致廢氣管道出現(xiàn)爆炸、破裂等事故。輸送含水介質(zhì)和低溫液體管道，如果環(huán)境溫度過低，很容易發(fā)生結(jié)冰堵塞現(xiàn)象。尤其在間歇性使用管道時(shí)，會降低變徑處流速，引起低位處和滯留部位出現(xiàn)堵塞問題。輸送具有較強(qiáng)溫度和黏性顆粒狀物料的管道，物料很容易黏附在轉(zhuǎn)彎處和供料處，最終引起管道堵塞；當(dāng)管道設(shè)計(jì)不合理時(shí)，管道內(nèi)部會造成各種問題。例如，在利用管道進(jìn)行長距離輸送時(shí)，管道上會連接各種部件，一旦部件上具有大量附著物，很容易出現(xiàn)管道堵塞的情況，這時(shí)，如果專業(yè)人員不及時(shí)解決這一問題，很容易出現(xiàn)附著物沉積現(xiàn)象，最終會引起管道出現(xiàn)嚴(yán)重堵塞的問題。

3 化工管道爆炸事故的預(yù)防措施

3.1 遵循安全布置原則

由于化學(xué)品是一種較為危害的產(chǎn)品，在處理過程中一旦出現(xiàn)泄漏、爆炸等問題，會給環(huán)境帶來巨大的污染和破壞。因此，在建設(shè)具有腐蝕性管道時(shí)，要禁止管道橫穿建筑物。集中設(shè)置在管架上的管道必須按照行業(yè)規(guī)定安裝。要將熱料管道安裝在最上層，腐蝕性介質(zhì)管道安裝于最下層；易燃液體和液化石油汽體管道要與熱料管道、蒸汽管道隔開；可燃和助燃介質(zhì)管道間安裝不燃物料管道隔開，或確保之間間距大于 250 mm。

3.2 合理選用和設(shè)計(jì)管材

要根據(jù)輸送介質(zhì)的流量、溫度、性質(zhì)等要素來選擇最適合的管道材質(zhì)，不能采用具有缺陷的管道材料。例如，從高溫強(qiáng)度方面來看，在低于 350 ℃ 下，一般使用半鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼；在大于 350 ℃ 時(shí)，按照不同溫度可分為不銹鋼、鎮(zhèn)靜鋼、Cr-Mo 鋼，嚴(yán)禁使用普通碳鋼；為了防止其產(chǎn)生低溫脆性，要利用奧氏體不銹鋼和鋁合金管道材料?？扇家后w架空管道的支架，通常會使用不燃材料來進(jìn)行建設(shè)，并且嚴(yán)格按照工藝設(shè)計(jì)要求。在管道直徑設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，設(shè)計(jì)值要取最大值，變徑和彎曲兩個(gè)位置不宜過于陡峭，同時(shí)要減少變徑管和彎管數(shù)量，尤其是水平向垂直過濾彎管數(shù)量。在屋面、管道穿墻、樓板等建設(shè)時(shí)，要安裝防水帽、套管、防火肩等設(shè)備。

3.3 采用防腐措施

按照輸送物料腐蝕性來選擇相應(yīng)規(guī)格的耐腐蝕材料。例如，面對硫化氫腐蝕，可使用不銹鋼、滲鋁鋼等材料；對于不同程度的硫腐蝕，則利用 9 Cr 鋼管、5 Cr 鋼管、7 Cr 鋼管；對高溫條件下的氫脆可利用Cr-Mo合金鋼；為了避免出現(xiàn)高溫養(yǎng)護(hù)腐蝕，可使用 9 Cr 鋼管、5 Cr 鋼管、奧氏體不銹鋼管[3]。除此之外，還要使用有效的防腐措施，如電化學(xué)防腐、涂層防腐、緩蝕劑防腐等。目前效果最好的是涂層防腐，而涂層防腐中涂料防腐使用數(shù)量占比最多。除此之外，每個(gè)月定期檢查管道系統(tǒng)受腐蝕情況，尤其是安裝在地下的管道系統(tǒng)，一旦發(fā)現(xiàn)存在腐蝕問題，要及時(shí)修復(fù)腐蝕嚴(yán)重位置。

3.4 嚴(yán)格安全操作

在生產(chǎn)過程當(dāng)中，要嚴(yán)格按照工藝要求來控制物料輸送數(shù)據(jù)；在輸送可燃液體和氣體管道內(nèi)，輸送速度要低于工藝值。在重要機(jī)組時(shí)，應(yīng)提高對高溫機(jī)泵、加熱爐口、塔底部、反應(yīng)器底部等管道的重視程度。同時(shí)，冷卻介質(zhì)的輸送管道，應(yīng)提高冷卻介質(zhì)的供應(yīng)量。為了避免出現(xiàn)中斷現(xiàn)象，在特殊時(shí)期要安裝電源控制和雙路水源控制，避免系統(tǒng)出現(xiàn)超壓、超溫等問題，并及時(shí)清理管道內(nèi)沉淀的污垢，禁止使用會產(chǎn)生火星的工具和鐵質(zhì)工具來疏通易燃易爆的不穩(wěn)定沉淀物。

4 總結(jié)

在正常情況下，管道系統(tǒng)產(chǎn)生爆炸事故是由于管道內(nèi)廢氣濃度超過爆炸下限，并且出現(xiàn)靜電、明火等因素。因此，企業(yè)不僅要提高對廢氣處理設(shè)備安全自動(dòng)化功能的重視程度，同時(shí)，要做好有機(jī)廢氣濃度的預(yù)處理工作，進(jìn)一步研究在爆炸事故狀態(tài)下緊急處理和排放情況，保證整個(gè)廢氣處理系統(tǒng)內(nèi)有機(jī)廢氣濃度要低于安全濃度，才能真正減少廢氣處理系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)爆炸的概率。