低压深解乙炔生产装置危险性分析与评价

低压溶解乙炔生产装置危险性分析与评价一、评价依据1.建筑设计防火规范GBJ16-87（2001年版）2.常用危险化学品贮存通则GB15603-19953.建筑灭火器配置设计规范GBJ140-1990（1997年版）4.爆炸危险场所安全规定（劳动部，劳部发199556号）5.易燃易爆性商品储藏养护技术条件GB17914-19996.毒害性商品储藏养护技术条件7.乙炔站设计规范GB50031-918.溶解乙炔GB6819-19969.溶解乙炔生产安全管理规定化工部，（89）化工字第73号10.溶解乙炔气瓶安全监察规程（劳动部锅炉压力容器安全监察局，劳锅字19934号）11.溶解乙炔充装规定GB13591-9212.溶解乙炔气瓶充装站安全技术条件GB17266-199813.爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB50058-9214.建筑物防雷设计规范GB50057-9415.工业企业设计卫生标准GBZ1-2002二、工艺流程简介溶解乙炔生产装置采用低压发生器，次氯酸钠净化及往复式压缩机压缩灌充流程，装置由发生、净化和压缩灌充流程，装置由发生、净化和压缩灌充工段组成。1. 发生工段将中间电石库的电石装入加料斗，由电动葫芦提升至二层平台，再投入到盛水至溢流的乙炔发生器中，投料量根据乙炔气柜的高低来控制。发生器产生的粗乙炔气经洗涤冷却后送入气柜，再经安全水封送至净化工段。2. 净化工段由气柜来的乙炔气先进入清净塔用次氯酸钠溶液除去乙炔气中的硫化氢、磷化氢等杂质，再进入中和罐氢氧化钠溶液除去所夹带的酸雾，净化后的乙炔进入低压干燥器用无水氯化钙除去大部分水分去压缩工段。3. 压缩灌充工段由净化工段来的乙炔气，进入乙炔压缩机压缩至2.5Mpa，再进入高压油水分离器和高压干燥器组进一步除去油、水后，进入乙炔灌充排进行充瓶，充瓶时应打开喷淋水冷却。三、危险及有害因素分析溶解乙炔生产装置的危险因素主要是燃烧和爆炸，另外，还有毒害、腐蚀及其他危险及有害因素。1.生产过程中的危险及有害因素分析（1）发生工段电石库电石库属甲类火灾危险库房。电石遇水分解产生乙炔，可与空气形成爆炸性混合物。电石库进水是主要危险因素，应严格防止，如雨天搬运电厂，大雨、山洪时电石库基础不够高进水，库房顶部漏水，相对湿度过大或库房火灾用水灭火等。电石库房和破碎间的电石粉末积累过多，可能吸潮分解产生乙炔。电石一般含有硅铁，硅铁之间或与其他金属摩擦碰撞，容易产生火花，往往成为乙炔燃烧爆炸的火源。电石桶打开时用气焊或钢凿，明火或火花容易造成桶内存留乙炔气燃爆。装卸、搬运电石桶时，用力过大，碰撞产生火花，引起爆炸。桶内有剩余电石粉末，存放时遇水产生乙炔。某些物质如氧化铁、氧化铜和氧化铝的存在，能吸附乙炔于自己多孔的表面，而促进乙炔分子的聚合和爆炸分解。盛装过乙炔的铁桶具有这种吸附作用，有形成爆炸性混合物的危险。1989年，苏联文尼察州乌克兰城西部的一座地下电石仓库发生爆炸，19人死亡，2人以上受伤。爆炸摧毁了20套住房，而使另外10套房屋受到部分损坏。此次爆炸是因为2名工人在仓库内点烟，遇到了达到爆炸浓度的乙炔而引起的。乙炔发生器乙炔发生器电石加料口起火是溶解乙炔易于发生恶性事故的部位。发生事故的主要原因大致有：在加电石时由于电石间或电石与器壁摩擦碰撞，或电石含磷量较大，或电石吊斗与金属碰撞，或电动葫芦电线打火等原因，容易引起火灾，如空间乙炔浓度达到爆炸极限，就会引起爆炸。开停车氮气置换不彻底，或因氮气低，或氮气管不畅，使氮气进气量不足，都会形成乙炔的爆炸性混合物。电石局部过热引起乙炔分解和爆炸：乙炔发生器的水量不足，或未按规定及时换水，致使反应区温度迅速上升；小粒度电石过多，水解速度过快，引起局部过热；电石粒度过大，水解时生成的氢氧化钙将电石包住，形成密实的外皮，造成电石剧烈过热，还有可能影响电石水解，造成在渣池内水解产生乙炔形成爆炸性混合气体。发生器操作失误，造成液面过低，加料水封失去作用，会使发生器乙炔气逸出，或外部空气进入，形成爆炸性混合气体。气柜气柜过低，发生器气量来不及补充，在往复式压缩机或吸气作用下，形成负压，进入空气，易形成爆炸性混合气体。气柜浮筒水封缺水，乙炔气可能发生外逸，形成爆炸性混合气体。（2）净化工段乙炔中有PH3存在会降低自燃点，与空气接触有可能自燃，从而引起乙炔的爆炸。次氯酸钠溶液的有效氯在0.15以上（特别在pH较低时）容易生成氯乙炔发生爆炸危险；有效氯在0.25以上时，无论气相还是液相，均易发生氯与乙炔剧烈反应而爆炸，遇光能促使这一爆炸过程。乙炔气如倒流进入次氯酸钠配制系统，或在配制次氯酸钠时使用溶解有乙炔的水（比如发生器循环水），会造成乙炔与氯气混合的机会，引发爆炸事故。氯气为高度危害的介质，一旦泄漏到作业空间超过最高容许浓度，便会对人体造成危害，浓度过高还会造成人身伤亡事故。液氯同样具有液化气体的性质，氯气钢瓶保管不善，使用时受日光曝晒、明火、热辐射等作用，致使瓶温过高，瓶内温度升高会显著地提高罐内压力，引发爆炸。液氯钢瓶泄漏，有毒氯气扩散，会造成人身中毒伤害。液氯自气瓶通往缓冲罐的管路，会因液氯气急剧降温结霜，人体接触有冻伤危险。次氯酸钠溶液、碱液强腐蚀性物品，如果发生迸溅溢出，接触到操作人员，对人体有灼伤危险。会造成人体黏膜，特别是眼睛等部位的伤害。（3）压缩灌充工段高压部分乙炔放空，如无阻火器，易因气体摩擦产生静电引发火灾爆炸。乙炔在高压下，冷却不好、遇到高温物体或开动阀门时气体摩擦出现火花，容易产生分解爆炸。乙炔气瓶爆炸危险因素：1）气瓶充装压力过大、速度过快，可能造成乙炔气瓶超压，或温度过高使易熔塞熔化。2）气瓶的材质、结构和制造质量不符合安全要求，比如材料脆性、瓶壁厚薄不均，有夹层等。3）搬运装卸时，气瓶从高处坠落、倾倒或滚动，发生剧烈碰撞冲击。4）保管不善，使用时受日光曝晒、明火、热辐射等作用，致使瓶温过高，压力剧增。5）气瓶的瓶阀泄漏，高压气流冲出，引发爆炸。6）乙炔气瓶卧放状态排放，丙酮、乙炔流出，引发爆炸。7）瓶内丙酮量过少，气态乙炔量增大，或形成压缩乙炔，其稳定性差，遇外来能量易产生爆炸。（4）乙炔生产中其他危险及有害因素设备、管线、阀门等，因质量不好或安装不当或受到撞击而泄漏，使用压力达不到设计压力的管件而造成超压破裂、泄漏，垫片撕裂造成泄漏，流量计、仪表连接处泄漏，操作压力不稳造成水封泄漏。如乙炔泄漏易形成火灾或爆炸环境，氯气泄漏则易引起中毒伤害。开停车时氮气排空不彻底，含氧超标，易引起系统爆炸。氮气置换不彻底，检修时进入空气，与残余乙炔可形成爆炸性混合物。粉尘危害：电石破碎、分拣、加料过程中产生电石粉尘，如防护不当，皮肤接触或呼吸道吸收均可造成化学灼伤。设备、管线没有静电接地装置或不规范，在储存、输送乙炔的过程中产生静电积累放电，产生电火花而可能引发火灾或爆炸。现场检修时，如使用铁制工具，有可能发生铁器碰撞产生火花引发火灾爆炸。生产系统中使用了铜制、含银器具或水银温度计破碎，乙炔与铜、银、汞极易生成乙炔铜、乙炔银或乙炔汞等金属化合物，他们在干态受到微小振动即自行爆炸。2共性伤害（1）触电伤害装置中有物料泵、风机、压缩机、电动葫芦等电气设备，若电气设备发生事故或电气安装不规范，缺少接地或接零，或接地接零损坏失效，会发生触电伤害事故。沿墙壁敷设或沿地面铺设的临时线路无保护套管或绝缘损坏，接触人体会发生触电事故。因装置用电为低压电源，触电均表现为低压触电。配电室、发生系统、净化工程、压缩工段、消防泵房等为危险较大的场所。（2）静电、雷电危险在物料输送过程中，或含雾滴、粉尘的压缩气体泄漏喷出均易产生静电，如无静电跨接接地装置或失效，存在静电集聚、放电引发系统发生火灾、爆炸的危险。尤其空气和乙炔的混合物最小点火能只有0.019mJ，极易被静电火花引燃。缺少避雷设施或避雷设施接地不良，接地电阻过大，都可能遭到雷击或雷电感应放电。因此，对生产厂房、仓库等要设避雷设施，并按时进行检查测试，保证避雷设施完好，设备管道接地电阻应在规定要求的范围内，避免雷电感应造成的损失。（3）高空坠落及高空落物打击危险装置中有平台、爬梯、高位电动葫芦或者检修脚手架等，职工在操作及检修交叉作业中，有高空坠落及高空落物打击的危险。（4）机构伤害生产装置中有多种液体泵、压缩机等转动设备，存在机械伤害危险。如靠背轮质量不好、安装不牢或操作失误，可能发生靠背轮破碎飞出伤人事故；当转动部分缺少护栏、护置时，在操作、擦洗过程中职工触及可能发生撞击，衣物或长发被缠绕而造成伤害。（5）噪音伤害生产装置中有乙炔压缩机、泵等转动设备，如出现故障或润滑不好，以及长时间在附近操作，会产生噪音伤害；另外气体灌充及检测、维修时泄放气、装卸钢瓶发生碰撞也产生噪声源。在噪声较大的岗位，操作工人须带耳套以降低噪声危险。四、道氏火灾爆炸危险指数评价1工艺单元的划分根据300t/a溶解乙炔生产的工艺流程及设备的布置情况，将装置划分为以下三个单元：制气单元，灌瓶单元，电石库。对其分别进行火灾爆炸指数及补偿火灾、爆炸危险指数的计算，并确定其是否具备安全生产的条件。2单元固有危险指数的计算（1）物质系数的确定从道氏物质系数和特性表中，查得乙炔和电石的参数见表1。表1 物质系数和特性表化合物物质系数MF燃烧热（kJ/kg）NFPA分级健康危害NH易燃性NF化学活性NR乙炔电石292448.8521.48034332（2）计算结果根据道氏选取工艺单元危险系数的原则，分别对一般工艺危险性和特殊工艺危险性进行计算，结果见表2。表2 生产装置火灾、爆炸危险指数计算表单元制气装置灌瓶装置电石库1. 一般工艺危险基本系数危险系数范围1.00采用危险系数1.00采用危险系数1.00采用危险系数1.00A. 放热化学反应0.31.250.30B. 吸热反应0.200.40C. 物料处理与输送0.251.050.850.850.65D. 密闭式或室内工艺单元0.250.900.600.60E. 通道0.250.35F. 排放和泄漏控制0.200.50一般工艺危险系数（F1）2.752.451.652. 特殊工艺危险基本系数1.001.001.001.00A. 毒性物质0.200.800.60B. 负压（500mmHg，66.661kPa）0.50C. 易燃范围或接近易燃范围的操作惰性化未惰性化1) 罐装易燃液体0.502) 过程失常或吹扫故障0.303) 一直在燃烧范围内0.80D. 粉尘爆炸0.252.00E. 压力操作压力（绝）/kPa释放压力（绝）/kPa0.240.75F. 低温0.200.30G. 易燃及不稳定物质的质量物质质量/1b11000物质燃烧热He/(Btu/1b)9.11) 工艺中的液体及气体0.100.202) 贮存中的液体及气体0.063) 贮存中的可燃固体及工艺中的粉尘0.10H. 腐蚀及磨蚀0.100.750.10.1I. 泄漏接头及填料0.101.500.30.3J. 使用明火设备0.151.15K. 热油热交换系统0.151.15L. 转动设备0.50特殊工艺危险系数（F2）1.742.351.70工艺单元危险系数（F3=F1F2）4.795.762.81火灾爆炸指数（F&EI=F3MF）138.8167.081暴露半径（m）35.542.720.7危险度很大()非常大()较轻()3单元补偿后危险指数计算根据补偿系数的取值原则和实际情况，从工艺控制、物质隔离和防火措施三个方面分别进行计算，结果如表3。表3 补偿火灾、爆炸危险指数计算表项目制气装置灌瓶装置电石库1. 工艺控制安全补偿系数C1(1) 应急电源(0.98)(2) 冷却装置(0.970.99)0.990.99(3) 抑爆装置(0.840.98)0.980.98(4) 紧急切断装置(0.960.99)(5) 计算机控制(0.930.99)(6) 惰性气体保护(0.940.96)(7) 操作规程/程序(0.910.99)0.930.930.99(8) 化学活泼性物质检查(0.910.98)(9) 其他工艺危险分析(0.910.98)C1=(1) (9)各系数的乘积0.92170.921512. 物质隔离安全补偿系数C2(1) 遥控阀(0.960.98)(2) 卸料/排空装置(0.960.98)(3) 排放系统(0.910.97)(4) 连锁装置(0.98)0.98C2= (1) (4)各系数的乘积1113. 防火设施安全补偿系数C3(1) 泄漏检测装置(0.940.98)0.980.980.98(2) 结构钢(0.950.98)0.980.98(3) 消防水供应系统(0.940.97)0.970.97(4) 特殊灭火系统(0.91)(5) 洒水灭火系统(0.740.97)0.970.97(6) 水幕(0.970.98)(7) 泡沫灭火装置(0.920.97)(8) 手提式灭火器材/喷水枪(0.930.98)0.980.980.98(9) 电缆防护(0.940.98)0.94C3= (1) (9)各系数的乘积0.88560.83240.9604安全措施补偿系数C=C1C2C30.8160.7520.951补偿后火灾、爆炸危险指数（F&EI）=F&EIC11312677补偿后火灾、爆炸危险等级中等（）中等（）较轻（）4小结通过单元固有危险指数的计算，制气、灌瓶、电石库单元危险度分别为“很大”、“非常大”和“较轻”。而按现有的安全措施经过补偿后，均降至“中等”或“较轻”，达到可以接受的程序。五、安全对策与措施1生产储存设施的主要安全措施(1) 乙炔发生器加料口兼作安全泄爆口，进一步保证设备安全性。(2) 在压缩机和发生器之间设置湿式气柜，以调节平衡使整个系统稳定操作；气柜后设置安全水封，保证系统的安全性；气柜设有喷淋装置，有利于夏季降温。(3) 设置专门的湿法乙炔净化装置，以彻底消除乙炔的磷化氢（磷化氢的存在可降低乙炔自燃点）；次氯酸钠配制和贮槽分开设置，防止乙炔或含乙炔液体倒流入配制槽。(4) 乙炔压缩机前后均设置低、高压乙炔干燥器，以清除水分。(5) 压缩机后高压系统在出口管、干燥器后和灌充排分管设置三级高压阻火器，在每个高压放空管或放空汇总管上均设置阻火器，在灌充排至气柜的回气管线上设置阻火器。灌充排上设置止回阀。(6) 灌充排设置兼具冷却和导除静电作用的乙炔气瓶冷却水装置，并设置紧急喷淋装置。(7) 设置氮气吹扫系统和氮气灭火系统。(8) 车间和库房采用轻质屋面，外开门窗，设置地梁和圈梁，地面为不发火材质，屋脊处设置风帽。(9) 有爆炸危险的车间设置可靠的可燃气体泄漏报警装置。2生产过程中主要操作及管理安全措施(1) 完善各项规章制度、操作规程、设备管理、安全教育台账，提高企业管理水平。(2) 生产岗位要根据其危险特性设置醒目、规范的安全标志、安全警句、安全警示设施，时时提醒职工安全操作；储存间应有专人管理，在醒目的地方设置安全标志。(3) 易燃易爆岗位应严格按规定配发劳动保护用品，职工上班应严格按规定配戴劳动保护用品。(4) 从事生产、经营、储存、运输、使用危险化学品或处置废弃危险化学品的人员，必须接受相关法律、法规、规章和安全知识、专业技术、职业卫生防护和应急救援知识的培训，并经考试合格，方可上岗作业。从事特种作业的人员，必须经国家认定的特种作业培训部门的专业培训考试，合格后诗证上岗。(5) 加强对电工及电气设备的管理，并对职工进行各种电气事故案例的教育，防止类似电气事故的发生。(6) 应发对在用特种设备进行经常性日常维护保养，并定期自行检查。对在用特种设备应当至少每月一次自行检查，并作出记录。特种设备使用单位在对在用特种设备进行自检查和日常维护保养时发现异常情况的，应当及时处理。(7) 易燃易爆场所的作业人员不应使用铁制工具，不准带火柴、打火机等火种，不能穿易产生静电的化纤衣服和带钉鞋。电石土料的钢丝绳及滑轮应保持油润滑，防止摩擦火花。(8) 装卸搬运电石桶时，应当特别注意轻装轻卸，防止碰撞产生火花，引起爆炸。电石桶不允许用气焊或钢凿开桶，应使用不产生火花的工具。电石桶内电石应当倒净电石粉末，不得随意乱倒。电石破碎不能用铁锤，应使用不发火的合金材料，电石不应用钢罐作储存库。(9) 每次开车前必须严格遵守开车程序、工艺技术指标。(10) 管道通乙炔气前应用氮气吹扫，以排出氮气中的氧气含量小于3%时为合格。(11) 发生器加料时，应间断、均匀地将电石加入投料口。电石粒度应符合发生器的工艺要求，加入发生器的电石温度应低于50，并及时拣出电石中的硅铁及其他机械杂质。(12) 发生器的水温不应超过80，发气室的乙炔气体温度不应超过90，严禁发生器出现负压。(13) 清净装置的操作温度应低于35。按工艺要求定时分析装置中的清净剂，并及时补充或更换。清净装置各设备的工作状况、温度、压力、液面、流量等应符合工艺要求，并定期检查。发现异常，应及时找出原因予以清除。(14) 压缩机的操作应严格按溶解乙炔安全管理规定化工部、劳动部、公安部，（89）化工字第0073号及工艺操作规程。(15) 乙炔气瓶的充装操作应认真执行溶解乙炔气瓶安全监察规程及溶解乙炔充装规定的有关标准。(16) 经常检查泄漏情况，对跑、冒、滴、漏及时消除，氮气保护灭火等设施应保养完好；应定期对设备和管道等的腐蚀状况进行检查和鉴定。管道组成件的更换，应按照原图纸设计压力及型式选用。(17) 充分注意对烧碱、次氯酸钠等苛性物料防护措施的监督检查，防止烧伤。(18) 盛装乙炔的容器或管道，特别是乙炔发生器，即便是停用多时的空桶，也不能随便进行焊补或加热。而且要谨防火星掉进这类容器内。(19) 乙炔着火时，严禁使用四氯化碳灭火器扑救。(20) 中间电石库的电石储量，不应超过3昼夜的设计消耗量，且不应超过5t。(21) 保持防雷、防静电设施的完好。(22) 企业应制定完善的应急救援预案，并定期组织全体职工进行演练。