乙炔站火灾危险性分析和安全措施

乙炔站火灾危险性分析和安全措施

前言

聚氯乙烯（PVC）树脂是用途广泛的合成材料之一。进入21世纪，随着国际原油价格的不断上涨和国内对PVC树脂需求的快速增长，电石法PVC树脂凭借较乙烯法PVC树脂较强的成本优势，已成为国内PVC生产厂家的首选工艺。目前，电石法PVC产量已占国内PVC总产量的60％以上。乙炔在生产过程中存在电石、乙炔等易燃易爆化学危险品，加之生产工艺条件苛刻，装置及控制技术要求严格，使其生产过程事故具有突发性、灾害性的特点，因此有必要对乙炔生产的火灾危险性进行认真剖析并提出具体的解决方案。

1 乙炔生产工艺流程简介

目前，国内电石法PVC生产厂家的乙炔发生装置按电石与水接触方式的不同，主要分为湿式、干式两种。湿式法是把电石投入大量的水中进行反应，绝大部分反应热被水吸收，反应后的渣呈泥浆状。该法易操作，安全性能好，乙炔的质量也好，但用水量大，电石渣呈浆状，给电石渣的后处理带来很多不便，且乙炔溶解在水中损失量大。干式法是将少量水加入到电石中使电石发生分解反应，反应放出的热量通过水分的蒸发带出，反应后的渣呈干燥粉末状态。该法与湿式法相比，最大的优点是省水，适宜缺水地区；电石渣呈干粉状，装运和应用都比较方便，但是这种方法设备较为复杂，操作不方便，乙炔气中杂质也较多。由于历史沿革，国内大部分电石法PVC生产厂家采用湿式法生产乙炔。湿式法乙炔生产工艺流程如图1所示。

工业水工业水次氯酸钠

图1 湿式法乙炔生产工艺流程示意图

2 乙炔生产中的火灾危险性分析

2.1 主要危险介质分析

乙炔生产中主要危险介质为电石和乙炔。

2.1.1电石的危险特性[1]

(1)干燥时化学性质稳定，不发生燃烧。

(2)遇水或湿气能迅速产生高度易燃的乙炔气体，在空气中达到一定的浓度时，可发生爆炸。遇酸类物质能发生剧烈反应。

(3)电石粉尘能与空气中的氧起发热反应而燃烧。

2.1.2 乙炔的危险特性

(1)爆炸极限宽。乙炔在空气中的爆炸极限为2.5％～82％（体积分数），是

各类危险品中爆炸极限最宽的一种。乙炔属甲类可燃气体（按GB50160《石油化工企业设计防火规范》）。

(2)点火能量低。乙炔与空气的混合气体，在常压下其浓度为7.73％时，最小点火能量是0.02mJ。乙炔的点火源有许多种，形式也多种多样，除常见的机械能、热能、电能、光能以外，化学反应过程中的氧化、聚合、分解产生的化学能，也会引起乙炔燃烧、爆炸。

(3)发生分解爆炸。常压下乙炔一般不会分解，加压乙炔则极易分解，纯乙炔在635℃下会发生分解，但由于杂质的催化作用，乙炔开始分解爆炸的温度会明显下降。

(4)生成危险性金属炔化物。乙炔和固体银接触后，在银的表面会生成乙炔银，乙炔银具有炸药的全部特性，在金属炔化物中，它的爆炸威力最大。乙炔和固体铜长期接触也会生成极易爆炸的乙炔铜。

(5)与氧化剂接触会猛烈反应。乙炔与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应。

2.2 生产过程危险性分析

2.2.1 生产过程中可能形成爆炸性混合物

(1)乙炔流经的管道、设备在投产前没有用氮气等惰性气体置换，使其内的空气与乙炔混合，形成爆炸性混合物。

(2)乙炔流经的设备、管道形成负压时，空气渗入其中与乙炔混合，形成爆炸性混合物。

(3)乙炔从设备、管道漏出，与周围的空气混合，形成爆炸性混合物。

(4)乙炔发生器排渣时，控制不当，将未反应的电石排出，电石继续反应放出乙炔气，与周围的空气混合，形成爆炸性混合物。

(5)乙炔发生器加料速度过快、过多、粒度过细，都会造成反应过分剧烈，当热量不能及时移出、乙炔不能及时排出时，会使发生器内的温度、压力升高，出现局部过热，引起燃烧爆炸。

(6)提高反应温度，可以加快电石水解速度，提高乙炔发生器的生产能力；同时，乙炔在渣浆中的溶解度随着温度升高而减少，可以减少乙炔的损失。但是，温度过高，乙炔发生分解的可能性增加，增大了火灾危险性。

(7)乙炔发生器压力控制过高，对设备的气密性要求也就高，易泄漏。操作压力过低，可能会造成压缩机入口负压，设备倒吸入空气而形成爆炸性混合物。

(8)乙炔发生器内的液面过高，使气相缓冲容积过小，易使排出的乙炔夹带渣浆和泡沫，使水向上浸入电磁振荡器及贮斗，引起贮斗内电石发生剧烈反应，引起燃烧或爆炸；同时，液面过高，排渣时会使发生器压力迅速下降，吸入空气，形成爆炸性混合物。液面过低，倒料管口露出液面，带水乙炔从加料口溢出，与储斗内电石反应，引起燃烧或爆炸。再者，液面过低，冷却水少，反应放出的热量得不到充分冷却，发生器温度、压力均会升高，导致乙炔发生爆炸性分解。

(9)电石仓储和破碎工段电石粉尘与空气混合，形成爆炸性粉尘混合物。2.2.2 生产过程中可能出现点火源

(1)机械摩擦碰撞。电石桶、电石料斗与乙炔发生器的储料斗相碰，产生火花；电石中的硅铁杂质和铁质工具打出火花，加料时与器壳、器壁碰撞产生火花；发生器运转部分的机件相互摩擦碰撞产生火星。

(2)电气设备和机械通风设备不符合防爆要求产生火花和高温。

(3)静电和雷电危害。

(4)违章动用明火、检修用火、吸烟等，都可能成为火灾爆炸的点火源。

3 安全措施

可燃气体发爆炸（燃烧）必须同时具备两个条件：

(1)存在可燃气体，其浓度在爆炸极限范围内；

(2)存在足以点燃爆炸气体混合物的火花、电弧和高温等点火源。

所以安全措施的基本原则就是应使产生爆炸的条件同时出现的可能性减少到最低程度。

3.1 防止形成爆炸性混合物

(1)电石库和电石破碎厂房的地势要高而干燥，地坪应高出周围的地面200mm，门窗要有防止雨水侵入的遮盖物。库房内电石桶应放置在比地坪高200mm 的垫板上[2]。厂房内应有通风和除尘设施，电石中间料仓应充氮气保护，防止形成爆炸性气体或粉尘混合物。

(2)乙炔管道和设备在开车前应用氮气或二氧化碳进行充分的置换。应设置含氧量不大于3％的氮气或二氧化碳吹扫装置，在重新充装电石或停产检修后开始生产时，用氮气或二氧化碳置换，排出气体经分析氧含量小于3％，方认为置换合格。

(3)严格控制乙炔发生器的加料量、加料速度和电石粒度，加料时应按工艺要求充氮，以驱除空气。

(4)乙炔发生器排渣速度不能过快，否则，发生器会产生负压，容易吸入空气形成爆炸性的混合物。

(5)严格巡回检查，防止乙炔设备、管道泄漏。

3.2 采取消除或控制产生火花、电弧和高温等点火源的措施

(1)电石破碎机输送带上应安装磁铁分离器，以除去硅铁杂质，防止因其撞击而产生火花。皮带应有导除静电的措施。

(2)严格控制乙炔发生器的压力、温度和液位，防止电石发生剧烈水解反应而产生高温、高压。

(3)乙炔在输送管路中最大流速：当压力为0.0688～0.147MPa时，不应超过8m/s；当压力为0.147～2.45MPa时，不应超过4m/s。由于乙炔气高速喷射会产生静电而起火，因此，乙炔设备和管路除严防泄漏外，还应有良好的避雷及静电接地装置。接地电阻不应大于10Ω。当每对法兰或螺纹接头间电阻值超过0.03Ω时，应有跨接导线[3]。

(4)为了防止爆炸性的乙炔铜、乙炔银等的生成，阀门和附件材质应采用钢、可锻铸铁或球墨铸铁材料或铜含量不超过70％的铜合金材料。

(5)采用适用于乙炔场所的dⅡCT2(B4b)级的防爆型电气设备或仪表。在区域内应采取消除或控制电气设备线路产生火花、电弧或高温的措施[4]。

4 结语

乙炔生产中的反应物及生成物易燃易爆，且为高放热反应，是一个安全生产十分重要的典型化工装置。为了保证安全生产，在设计施工阶段，要在工艺设计和设备设计上，防止形成爆炸性混合物，采取消除或控制产生火花、电弧和高温等点火源的措施；在生产过程中，要严格执行工艺操作规程，加强现场检查，在管理有序的情况下，要做到居安思危，保持生产装置安全、稳定、长周期运行。

【参考文献】

[1]崔克清.安全工程大辞典[Z].北京：化学工业出版社，1985.

[2]GB 50031-91 ，乙炔站设计规范[S].

[3]严明亮.乙炔生产过程中危害因素分析及安全控制[J].聚氯乙烯，2005，