二、氯氣生產(chǎn)過程中爆炸危險性分析
1、泄漏爆炸事故
電解產(chǎn)物氫氣是易燃?xì)怏w,粘度小、滲透性和擴散性強,極易泄漏,爆炸極限為4%~75%。氫氣系統(tǒng)不嚴(yán)密而逸出氫氣,與空氣形成爆炸性混合物,遇火源便會發(fā)生爆炸。
氯氣是一種劇毒氣體,本身不會燃燒,但它能夠助燃,與許多物質(zhì)混合后能發(fā)生爆炸,氯氣中含氫濃度達4%~96%(體積),則隨時有發(fā)生光化學(xué)瓜或受熱發(fā)生危險。氯氣還能與乙炔、松節(jié)油、乙醚、氨、烴類、金屬粉末等許多化學(xué)物質(zhì)劇烈反應(yīng)發(fā)生爆炸。
2、電解槽的爆炸危險
鹽水中含有比氫、氯易放電的雜質(zhì),會在電極上放電而降低電流效率,鹽水中所含雜質(zhì)SO42-在電解時能參加反應(yīng)放出氧氣。SO42-還能與石墨反應(yīng)使石墨陽極逐漸消蝕,導(dǎo)致電解不正常。
有些雜質(zhì),特別是鐵質(zhì),還會形成第二陰極,電解時逸出氫氣,使氯氣中含氫量增高。比氫、氯難放電的雜質(zhì),如Ca2+、Mg2+等,能與OH-生成Ca(OH)2和Mg(OH)2沉淀,堵塞隔膜或離子交換膜,引起陰極室壓力升高,造成氯氣中含氫量增高。水銀電解槽和鹽水中含有的鐵、鈣、鎂等雜質(zhì)時能分解鈉汞齊,產(chǎn)生氫氣,也會引起爆炸。
隔膜質(zhì)量不好,隔膜不均勻、脫落或破裂;槽內(nèi)陰陽極放電而燒毀隔膜,都有可能使陰極室和陽極室產(chǎn)生的氣體互相滲透。鹽水液面過低,隔膜露出,即當(dāng)陽極室液面降低到隔膜頂端以下,氣體有可能相互滲透。電流驟然波動,或開停團電流的升降,氯、氫氣壓隨之波動,容易破壞電化學(xué)平穩(wěn)狀態(tài),造成隔膜時緊時松,氫氣擴散到陽極室的機會增加。
隔膜法電解時,若電解槽溫度太低,會增加氯氣在陽極的溶解度,在電極上發(fā)生副反應(yīng),生成次氯酸鈉、氯酸鹽、氧等副產(chǎn)物,影響安全生產(chǎn)。水銀電解時,解汞室清水溫度太低,鈉汞齊來不及水解完全而進入電解室繼續(xù)放出氫氣,使氯氣中含氫量升高而發(fā)生危險。
隔膜法電解槽突然停電,有造成氫氣與氯氣相互混合的危險。水銀法電解中,水銀泵電動機可能斷電,若汞的循環(huán)停止或循環(huán)不完全,全使電解室底的氫離子放電,氫氣與氯氣是混合形成爆炸性混合物。如果水銀停止運轉(zhuǎn)超過7s,就會發(fā)生爆炸。
在事故情況下,當(dāng)與電解槽連接的氯氣、氫氣總管的正常壓力被嚴(yán)重破壞時,氣體易混合。氫氣進入陽極室的危險性比氯氣更大,因氯氣在陰極室內(nèi)可以很快被堿液吸收,而進入陽極室的氫氣則不能。
3、管道輸送系統(tǒng)爆炸危險
氯氣總管含氫量大于0.5%,氯氣液化后尾氣含氫量大于4%,都有發(fā)生爆炸事故的可能。氫氣管道出現(xiàn)負(fù)壓,空氣漏入,形成爆炸性混合氣體。
4、氯氣液化和灌裝的爆炸危險
氯氣在液化時,由于氫氣在氯氣液化時的壓力和溫度下仍為氣態(tài),隨著氯氣液化量的增加,氫氣在剩余中的含量隨氯氣液化量就相對增加,極易構(gòu)成爆炸性混合物。
鋼瓶中的雜質(zhì)如石蠟、黃磷等在灌裝時,當(dāng)與液氯混合,會發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)而引起爆炸。如果超量灌裝,遇到高溫等情況,液氯膨脹超壓爆炸,例如超量灌裝5%,溫度為70℃,鋼瓶就會爆炸;超量灌裝10%,溫度達50℃,即會爆炸;超量20%,16℃時即有爆炸的危險。
5、氯氣儲存的爆炸危險
氯氣儲存設(shè)備在氯氣干燥的條件下不會發(fā)生腐蝕,但是在含水量超過50ppm后,氯氣就能夠與水作用生成酸,對鋼瓶或容器進行腐蝕,使儲存設(shè)備穿孔,導(dǎo)致泄漏爆炸事故;同時產(chǎn)生氫氣,使氯氣的濃度進入爆炸極限范圍;酸性條件下,三氯化氮極為活潑,易發(fā)生爆炸。
正常工作情況下,氯氣生產(chǎn)過程中設(shè)備、管線和附件不會發(fā)生超壓爆炸,但是有些部位管路堵塞或附件失靈,導(dǎo)致局部高溫高壓,就很容易發(fā)生超壓爆炸。液氯儲罐、計量槽、汽化器中液氯充裝量超過總?cè)莘e的80%;溫度超過40℃,或者出現(xiàn)明火、蒸汽或超過45℃的熱水直接對其加熱,均易發(fā)生超壓爆炸。
6、三氯化氮爆炸危險
由于化鹽用水中常常含有少量NH4+,隨鹽水進入電解槽,會與陽極室的氯氣發(fā)生反應(yīng),生成NCl3,并隨氯氣帶入后面的生產(chǎn)工序。
NCl3是一種比氯有更強氧化性的氧化劑,在空氣中易揮發(fā),不穩(wěn)定,在氣體中體積濃度達到5%~6%時,有潛在爆炸危險。60℃時受震動或在超聲波條件下亦可分解爆炸;在陽光或鎂光直接照射下,則瞬間爆炸,同時放出大量熱。與臭氧、氧化氮、油脂或有機物接觸,易促使爆炸發(fā)生。
氯堿廠的液氯充裝和氣氯使用大多數(shù)采用液氯蒸發(fā)器加溫加壓輸送工藝。液氯殘液中的NCl3易在汽化器或排污罐的底部沉積并富集起來。啟、閉閥門、敲擊、撞擊、液體沖擊(泵抽)、水蒸氣加熱汽化、明火高溫等操作,都能夠引爆NCl3。2004年4月15日,重慶天原化工總廠發(fā)生重大氯氣爆炸事故,9人死亡和失蹤,3人受傷,15萬人緊急疏散,引起國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。據(jù)專家分析,爆炸發(fā)生的原因是由于從泄漏的氯罐向外抽氯氣,引發(fā)了NCl3的爆炸。
7、工藝中存在的引爆源
電解使用大電流,如果電路接觸不好,絕緣不良,極易產(chǎn)生電火花成為引火源。例如,電解槽槽體接地處產(chǎn)生的電火花;排放堿液管道的對地絕緣不好產(chǎn)生的放電火花;斷電器因結(jié)鹽、結(jié)堿漏電產(chǎn)生的電火花及氫氣管道系統(tǒng)漏電產(chǎn)生電位差而發(fā)生的電火花;電解槽內(nèi)部構(gòu)件間由于較大電位差或兩極之間的距離縮小而發(fā)生放電火花。此外,存在雷擊放空管引起氫氣燃燒等其他一般引火源等。
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三、防爆技術(shù)措施
1、建筑防爆要求
電解工段建筑應(yīng)符合防爆要求。廠房應(yīng)為一、二級耐火等級建筑,泄壓面積應(yīng)超過0.2m2/m3;廠房必須有良好的通風(fēng);不得采取折板式屋蓋和槽形屋蓋,以免積聚氫氣。氫氣處理間、壓縮間、氯氣處理間與電解間宜用防火墻分隔,墻上開洞應(yīng)采取封堵措施。有些工藝設(shè)備如氫氣冷卻、鹽水精制、氯氣液化、液氯貯槽等,可采取半露天布置,以減小火災(zāi)爆炸的危險性。
2、 防止泄漏引起爆炸
設(shè)備和管道應(yīng)保持嚴(yán)密。由于氯氣有腐蝕性,管道、設(shè)備要經(jīng)常維修,發(fā)現(xiàn)故障及時修理或調(diào)換。出現(xiàn)泄漏情況時,要有堵漏和切斷氣源的措施。
定期分析車間的空氣中氫濃度,其值應(yīng)低于0.5%,室內(nèi)應(yīng)通風(fēng)良好。任何情況下不得向室內(nèi)排放氫氣。氫氣放空應(yīng)伸出屋頂,并在氫氣管上安裝阻火器。
嚴(yán)格開閉閥門的程序,嚴(yán)防誤開、誤關(guān)造成泄漏。
3、防止電解槽爆炸
鹽水中鐵、鈣、鎂和硫酸根離子等有害雜質(zhì)要進行脫除。生產(chǎn)中應(yīng)盡可能采用鹽水純度自動分析裝置,觀察鹽水成分變化。
陰極網(wǎng)上的隔膜應(yīng)定期檢修。隔膜應(yīng)無脫落和附著不均勻的現(xiàn)象,電解槽中鹽水液位應(yīng)高出隔膜頂端。液位的觀察和控制可用轉(zhuǎn)子流量計或液位計。
電解槽和解汞室的溫度需加以控制。電解槽的溫度宜控制在
85~95℃,減少氯氣在陽極液的溶解度,減少副反應(yīng)。解汞室的水溫應(yīng)保持接近95℃,解汞后汞的含量鈉量宜低于0.01%,一般每班應(yīng)對含鈉量作一次分析。