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      大型搪瓷反應釜存在的靜電爆炸問題及應對措施

      發布日期:[ 2014年5月9日 ] 共閱[ 3524 ]次

      大型搪瓷反應釜存在的靜電爆炸問題

      大型搪瓷反應釜(容積≥20m3)廣泛應用于化工生產裝置中,其主要功能是根據化工工藝要求,向釜內投放一定量固體(或液體)物料、催化劑、化工溶劑等,通過對釜內物料進行升溫、加壓、攪拌,經歷一定時間在釜內進行充分的化學反應,最終生成所需的成品(或半成品)。我單位現有20m3搪瓷反應釜共4臺,其直徑為Φ2600、釜深為5200mm。反應過程為:1,6已二酸+甲醇在加熱、催化劑作用下進行酯化反應。單釜投料量清單如表1所示。

       

      表1 單釜投料量清單
      序號 名稱 規格 投放數量 物態 特性
      1 1,6-已二酸 >99% 10 t 結晶或白色粉末 酸性
      2 甲醇 >99% 7 000~25 000 L 液體 易揮發、易燃、易爆
      3 催化劑 工業級 500 kg 顆粒(固)  

      投料時,先向釜內泵入7000L甲醇,此時甲醇液位距釜口約3.7m,再用電動葫蘆吊運1t重已二酸的包裝袋,至反應釜口的進料斗(PP材質)正上方1m處,后由專人解開已二酸包裝袋底部放料口,已二酸粉末在自由落體的狀態下通過進料斗進入釜內,投料量10t(共10袋)。投料完畢后,隨著酯化反應進行再連續補加甲醇參加反應,如圖1所示。2010年4月上旬,1臺正在投料已二酸的搪瓷釜突然發生劇烈爆炸。當時爆炸威力十分巨大,將PP材質的卸料斗連同斗內已二酸物料在沖擊波的作用下,朝屋頂飛沖并穿透25m高的彩鋼板保溫棉屋面,碎片最后落入距釜50m以外,幸未造成人員傷亡。然而事故造成的直接經濟損失達65萬元。后經分析事故原因并確認:當時釜內有7000L甲醇液體,甲醇在釜內揮發形成的易燃、易爆的甲醇蒸氣積聚在釜內,當遇到釜內產生的靜電火花,瞬時發生爆炸。

      圖1 20 m3 反應釜投料產生靜電爆炸示意圖

      在本案例中,已二酸粉末向反應釜投料是自由落體運動,在重力加速度作用下物料下落速度越來越大,根據自由落體運動計算式:vt=(2gh)1/2=(2×9.8×4.7)1/2=9.6m/s。根據靜電學理論:靜電是由原子外層的電子受到各種外力的影響發生轉移,分別形成正負離子造成的。任何兩種不同材質的物體接觸后都會發生電荷的轉移和積累,形成靜電。物料顆粒在下降過程中發生摩擦、碰撞,不斷地產生靜電,電荷越積越多,形成很高的電位,當帶電體與不帶電或靜電位很低的物體相互接觸時,如果電位差達到300V以上,就會發生放電現象,并產生火花。

      應對措施

      我們知道,靜電成為引起爆炸或火災的點火源,必須具備以下條件:1)有能夠產生靜電的條件;2)積聚足夠的電荷,達到火花放電的條件;3)有能引起火花放電的放電空間;4)發生火花要有足夠的能量;5)在間隙和周圍的環境中有可能被引爆的可燃氣體或蒸汽,或可燃粉塵與空氣形成的爆炸性混合物,而且具備足夠的濃度。只有以上5個條件同時滿足,才能引起爆炸或火災。為此,我們采取以下應對措施,防范靜電火花爆炸事故。如圖2所示。

      圖2 技改后20 m3 反應釜安全投料示意圖

      1)將卸料斗材質由原來的聚丙?。≒P)改成不銹鋼304,其導電能與PP材質相比,有了質的變化,可以使料斗內積聚的電荷轉移到料斗上,為靜電泄漏接地創造條件。
      2)改進了卸料斗下部的落料管的結構:由原來的直管改成折彎管。使得物料進釜的路徑發生變向,由于折彎管與釜壁之間的夾角,粉料在下落的過程中,先與釜壁碰撞,下降的速度由此減慢,落至甲醇液面時速度遠小于自由落體的末速度(9.6m/s),從而減少了物料發生火花時所需的能量。同時也減少了絕緣體之間的摩擦、翻滾和撞擊,抑制了靜電的產生。

      3)在卸料斗外殼焊接接地支耳,并用導線接入地線。接地可將物料產生的靜電通過料斗和導線導入大地,消除靜電荷和大量積聚,抑制了靜電火花產生。設備接地是消除靜電最重要的措施。

      4)在搪瓷的上部接管設置抽真空裝置。抽真空目的是用釜外的空氣置換釜內的高濃度甲醇蒸汽,既稀釋了釜內甲醇蒸汽的濃度,又增加了釜內空間的濕度,最終破壞了火花+甲醇蒸汽爆炸的必要條件。當然,真空系統中也設置了冷井(冷凝器),甲醇蒸汽被冷凝液體回收,避免環境污染和降低后產成本。

      5)為了阻止粉末物料被吸入真空系統,在釜頂真空管口設置了袋式過濾器,只要及時清理濾袋,就可以確保真空系統的暢通,同時也能減少物料消耗。

      結語

      在人們生活的任何時間、任何地點都有可能產生靜電。要完全消除靜電幾乎不可能。而化工裝置的有機溶劑都是易燃、易爆物品,由靜電火花引發爆炸、火災的隱患,嚴重地威脅著化工裝置和操作人員的生命安全。

      但是,只要我們認真分析靜電產生的原因,采取必要的防范措施,我們完全能夠杜絕或減少靜電帶來的危害。措施包括:合理選用起電較少的設備、工具、材料;采用減少絕緣體之間的摩擦、翻滾、撞擊裝置;降低摩擦速度或流速,設法減少或抑制靜電的產生;設備接地,將電荷引入大地,避免靜電積累等。

      實踐證明,采取了上述防靜電火花技術措施之后,至今沒有發生類似粉末投料爆炸的安全事故。

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