[关键词] 乙炔；电石；危险；安全

[摘　要] 介绍了乙炔生产过程中电石及乙炔的主要危险和有害因素,分析了发生的事故案例,并提出了预防　

江苏某医药原料有限公司是一家以生产医药中间体为主的企业,主产品1 ,4 - 丁炔二醇生产能力达3 000 t/ a。目前该公司有两台乙炔发生器,乙炔生产系统具有易燃、易爆等诸多危险、有害特性,如何实现乙炔系统的安全稳定运行,一直是该企业安全管理工作的重中之重。

1 　乙炔生产事故案例分析

案例1：发生器加料口燃烧

某厂发生器在加料时,由于第1 贮斗排氮不彻底,电石块太大,在加料吊斗内“搭桥”。操作人员采用吊斗撞击加料口,致使吊钩脱落。于是现场挂吊钩,同时启动电动葫芦开关,结果引起燃烧,操作人员脸部和手部烧伤。

原因分析：乙炔气遇到电动葫芦开关火花引起燃烧。

案例2：乙炔发生器爆炸

安徽某厂乙炔工段1# 发生器活门被电石桶盖卡住，操作人员进入贮斗内处理时突然发生爆炸,死亡3 人。

原因分析：人进入发生器内处理被卡住的活门时,致使大量空气进入贮斗内,用工具敲击电石时产生火花,乙炔气与之接触后发生爆炸。

案例3：乙炔发生器发生爆喷燃烧

广西某厂乙炔工段当班操作人员发现乙炔气柜高度降至180 m3 以下,按正常生产要求,此时发生器需要添加电石,于是操作人员到三楼添加电石，1 # 发生器贮斗的电石放完后,又去放2 # 发生器贮斗的电石,当放出约一半电石物料时,在下料斗的下料口与电磁振动加料器上部下料口连接橡胶圈的密封部位,突然发生爆喷燃烧。站在电磁振动器旁的操作人员全身被喷射出来的热电石渣浆烧伤,送医院抢救无效死亡。

原因分析：操作人员在放发生器贮斗的电石时,没注意到乙炔气柜液位的变化,致使加入粉料过多,产气量瞬间过大,压力超高,气压把中间连接的胶圈冲破,大量电石渣和乙炔气喷出,并着火。

案例4 :乙炔发生器加料口爆炸

湖南某厂乙炔站1 # 发生器加料口爆炸起火,随后2 # 发生器加料口和贮斗胶圈的密封处也发生爆炸起火,电石飞溅到一楼排渣池,产生乙炔气导致起火,为此发生器一、三、四楼都起火。操作人员紧急处理时,乙炔气又从2 # 冷却塔水封处冲出,不久便被一楼的火源引爆,冲击波将东、西、北三方围墙冲倒,周围的9 人受伤,其中1 人经抢救无效死亡,有2 人为重伤。

原因分析：①操作人员在紧急处理中,操作程序有误,造成管道内压力升高,冲破水封,气体跑出; ②电石加料口处阀泄漏,乙炔气从加料口处冲出,而电石贮斗处氮气密封不好,有空气进入,致使加料过程中爆炸起火。

案例5 ：乙炔发生器爆炸

保定市某电化厂乙炔工段乙炔发生器溢流管堵塞,停车处理。开车后下料管道又堵塞,继续停车处理,操作人员用木锤、铜锤分别敲击下料斗的法兰盘,之后发生爆炸。当场死亡1 人,重伤1 人,轻伤1 人。

原因分析：下料口堵塞时间过长,使发生器内电石吸水分解放热;又因加料斗密封橡胶圈破裂,空气进入。当下料口砸通,突然下料,形成负压,瞬间发生爆炸。

案例6 :违章抽盲板,导致乙炔发生器发生爆炸

江苏某公司树脂厂乙炔发生器停车检修(包括动火作业) 已1 个月,在开车的当天,检修人员修理完电振荡器后,自认为“做好事”,未经允许擅自拆除加料口盲板,在遭到其他人员“谁装谁拆”训斥后又将盲板安装上,在这过程中导致少量电石落入发生器内,开车时发生爆炸。致使分离器筒体1 m 长焊缝开裂,发生器顶盖严重变形,人孔32 只Φ16 螺栓全部拉断(需250 t 力) ,人孔盖飞出撞坏墙体,车间、操作室门窗玻璃炸飞,所幸未有人员伤亡。

原因分析：违反了抽堵盲板“谁装谁拆”的原则,电石掉入发生器后未报告和处理,开车时加水没有执行操作规程2/ 3 液面的规定(气相容积增大) ,导致气相充氮不足,使乙炔- 空气混合物达到爆炸极限范围,在开动搅拌时引发爆炸。

2 　危险和有害因素分析

电石及乙炔的主要危险和有害因素分别见表1 、表2 。

表1 　电石的主要危险和有害因素

序号	项目	主要危险和有害因素
1	危险性类别	第4. 3 类遇湿易燃物品(43025)
2	燃爆特性	燃烧性：遇湿易燃
		最大爆炸压力：无资料
		危险特性：干燥时不燃,遇水或湿气迅速产生高度易燃的气体,在空气中达到一定浓度时,可发生爆炸性灾害,遇酸类物质能发生剧烈反应
3	稳定性和反应活性	稳定性：稳定
		聚合危害：不聚合
		避免接触的条件：潮湿空气
		禁忌物：水、醇类、酸类
		燃烧(分解) 产物：乙炔、一氧化碳、二氧化碳
4	健康危害性	侵入途径：吸入,食入
		健康危害：损害皮肤,引起皮肤瘙痒、炎症、“乌眼”样溃疡。皮肤灼伤表现为创面长期不愈合及慢性溃疡型。接触工人出现牙釉质损害、龉齿发病率增高

表2 　乙炔的主要危险和有害因素

序号	项目	主要危险和有害因素
1	危险性类别	第2. 1 类易燃气体(21024)
2	燃爆特性	燃烧性：易燃
		爆炸下限：2. 1 %；爆炸上限：80. 0 %; 引燃温度：305 ℃；最小点火能：0. 02 mJ ;
		危险特性：极易燃烧、爆炸。与空气混合能形成爆炸性混合物,遇热或明火即会发生爆炸。与氧化剂接触会猛烈反应。与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应。能与铜、银、汞等的化合物生成爆炸性物质
3	稳定性和反应活性	稳定性：稳定
		聚合危害：聚合
		避免接触的条件：受热
		禁忌物：强氧化剂、强酸、卤素
		燃烧(分解) 产物：一氧化碳、二氧化碳
4	健康危害性	侵入途径：吸入,食入
		健康危害：暴露20 %浓度,出现明显缺氧症状;吸入高浓度,初期兴奋、多语、哭笑不安,后出现眩晕、头痛、恶心、呕吐、共剂失调、嗜 睡,严重者昏迷、紫绀、瞳孔对光反应消失、脉弱而不齐。当混有磷化氢、硫化氢时,毒性增大,应予以注意

2. 1 　固有的危险性工艺过程

1) 电石与水发生乙炔工艺的危险

电石是第4. 3 类遇湿易燃物品,遇水能迅速反应产生乙炔气,乙炔气遇明火即发生着火或爆炸。

电石中如含有磷化钙杂质,则遇水生成爆炸性磷化氢气体。但必须采用水解法工艺,才能得到需要的乙炔气。因此,这是固有的危险性工艺过程。

2) 乙炔净化工艺的危险

乙炔是第2. 1 类易燃物品,常温、常压时为气体,乙炔易燃、易爆,在空气中爆炸范围为2. 5 %～82 %(7 %～13 %时爆炸能力最强) 。乙炔(气) 在GB13690 -92《常用危险化学品的分类及标志》中危险特性描述为:与铜、汞、银能形成爆炸性混合物;遇明火、高热会引起燃烧爆炸;遇卤素会引起燃烧、爆炸。

2. 2 　操作危险性分析

电石加料是间隙式单元操作,采用危险的装置、单元操作,存在一定危险性。

1) 电石加料发生火灾和爆炸的危险性。加料前贮斗内乙炔未排净;吊斗与加料斗碰撞或电石摩擦产生火花;电动葫芦电线冒火花。

2) 加料时漏乙炔发生火灾、爆炸的危险性。加料阀橡皮圈破损;矽铁卡住;加料阀变形损坏。

3)反应温度太高的危险性。小块电石过多,反应速度快;工业水水压低或水管堵塞;溢流管不畅通。

4) 压力波动的危险性。气柜滑轮被卡住,或管道积水;正压水封液面过高;电石加料过多,反应速度快;电石质量不好,发气量迅速降低。

2. 3 　电石量的危险

重大危险源的辩识依据是物质的危险特性及其数量,分为储存区重大危险源和生产场所重大危险源两种。

1) 电石:仓库最大储量将达几百吨,特别是雨天,如果暴雨夹带暴风,雨水漫淹,一旦库房破坏,后果严重。

2) 乙炔:采用600 m3 的气柜,存在着超压泄放或低压吸入空气引起混合气体爆炸的危险性。

2. 4 　各类点火能的危险

生产区易燃物质乙炔泄漏,空气为助燃物,而点火能是不确定的。对于电气火花、检修动火、机械摩擦、静电积聚、雷击、违章或故意破坏等,均存在危险。

1) 明火源:明火源指敞开的火焰、火花等,如吸烟用火、加热用火、检修用火、机动车辆排气火花等。这些明火源是引起乙炔(引燃温度305 ℃) 泄漏火灾、爆炸事故的常见原因。

2) 摩擦和撞击:当两个表面粗糙的坚硬物体互相猛烈撞击或剧烈摩擦时,有时会产生火花, 0. 1mm 和1 mm 直径的火花所带的热能分别为1. 76mJ 和176 mJ ,超过可燃物质的最小点火能(乙炔最小点火能为0. 02 mJ ) ,足以点燃可燃气体。

3) 电气火花:电气线路、设备开关接触不良,短路、漏电产生火花,静电积聚放电火花,雷击火花等也是引起火灾爆炸事故的常见原因。

4) 高温物体:高速运动(旋转) 机械———乙炔压缩机,由于失去润滑或冷却水,摩擦引起的高温物体也有可能导致可燃气体燃烧或爆炸。

2. 5 　违章操作的危险

人的不安全行为是发生事故的主要原因,根据国内统计“, 三违”(违章指挥、违章操作和违反劳动纪律) 引起的事故占统计数据的70 %左右。

2. 6 　电石车辆的危险

运输电石的车辆最易发生由于防雨蓬布缺损而引起的雨水与电石反应发生自燃事故。近几年,使用电石的其他企业每年都会发生此类事故,虽然往往是运输单位的责任,但车辆在厂区停靠时,存在着“殃及”的危险。

2. 7 　废弃物(包装袋) 的火灾危险废弃电石袋所含电石(粉、碎块) 如果达一定量,

由于纸质袋极易吸湿,因而会引起自燃或火灾,因此,废弃电石袋也是危险源。清理仓库的电石粉料,如处理不当,也会引起自燃。

2. 8 　粉尘爆炸

GB15577 - 1995《粉尘防爆安全规程》第3. 2 粉尘爆炸危险场所指的是存在可燃粉尘和气态氧化剂(或空气) 的场所。电石破碎(鄂式破碎机) 空间及周围存在可燃粉尘(电石粉) ,也是一个危险源。

3 　乙炔系统爆炸事故模型

1) 爆炸TNT 当量

乙炔发生器和气柜如瞬态泄漏后立即遇到火源,则可能发生燃烧;而如泄漏后遇到延迟点火,则可能发生乙炔分解爆炸。前者属于火灾型,后者属于爆炸型。在事故过程中,一种事故形态还可能向另一种形态转化,如燃烧可能引起爆炸,爆炸也可能引起燃烧。为了估计爆炸的后果,必须找出定量计算爆炸量的一些方法。

爆炸TNT 当量计算如下：

W TNT =η×ΔHf ÷Q TNT ×Wf,

式中：W TNT为爆炸TNT 当量，kg ；

ΔHf 为燃料燃烧热,kJ / kg (乙炔燃烧热为44. 19MJ / kg)

Q TNT为TNT 的爆炸热,4 187kJ / kg

Wf 为燃料总量,约300 kg ;

η为有效系数,0. 03～0. 05 。

如果乙炔系统爆炸: 则W TNT = 0. 03 ×300 ×44. 19 ×103 ÷4 187 = 95 (kg)

2) 爆炸过压

爆炸过压曲线见图1 。

图1 　爆炸过压曲线图

根据乙炔的W TNT及爆炸过压曲线图可计算距离不同爆炸源处的爆炸过压值：

①距离爆炸源10 m 处爆炸过压:

10 ÷951/ 3 = 10 ÷4. 56 = 2. 19 (m/ kg1/ 3) ,查图爆炸过压约为0. 07 MPa ;

②距离爆炸源20 m 处爆炸过压:

20 ÷(95) 1/ 3 = 20 ÷4. 56 = 4. 38 (m/ kg1/ 3) ;查图爆炸过压约为0. 015 MPa。

③距离爆炸源30 m 处爆炸过压:

30 ÷(95) 1/ 3 = 30 ÷4. 56 = 6. 57 (m/ kg1/ 3) ;查图爆炸过压约为0. 001 MPa。

爆炸过压造成的影响见表3 、表4 。

表3 　爆炸损坏的影响

损坏程度 过压/ MPa	损坏程度 过压/ MPa
房屋几乎损坏(75 %损坏) 0. 040 房屋严重损坏(50 %损坏) 0. 025 房屋修缮暂时无法居住 0. 010 门窗破碎 0. 007	荡平地面 0. 200 树的主干或大的支干断裂 0. 080 支撑突然断裂 0. 070 50 %的窗户破碎 0. 002 5

　　　　 表4 　过压对人身安全的影响

过压/ MPa	伤亡的概率%	过压/ MPa	伤亡的概率%
< 0. 007	0	0. 034～0. 048	70
0. 007～0. 021	10	048	95
0. 021～0. 034	25

3) 事故模型危险分析结果

如果乙炔系统爆炸:距离爆炸源10 m 处伤亡的概率约为95 %;距离爆炸源20 m 处伤亡的概率约为10 %;距离爆炸源30 m 处伤亡的概率约为0 。按国家标准GB - 3836. 1 - 2000《爆炸性环境用防爆电器设备》规定,根据所选定物质的危险性分级分组,乙炔场所应当选择d ⅡCT2 隔爆型电气。

4) 乙炔发生器爆炸事故教训和预防措施

①发生器活门被卡住时,必须将贮斗内电石加完后进行处理。

②进入发生器内作业,必须办理申请,落实安全措施;用氮气排气置换,取样分析贮斗内炔和氮气含量,待达标后方可进入作业。

③清理发生器必须先进行氮气置换,取样分析乙炔含量< 0. 23 %后方可作业。

④加强现场检查,检修时要有具体安全措施,严禁擅自拆除盲板,落实专人负责。

4 　乙炔火灾危险生产区域电气设备选择

1) 电机:生产装置中安装的电机应选用防爆型。

2) 照明:生产反应区、储存区照明用的配电箱、照明灯具、开关、接线盒等应选用隔爆型。反应区域、仓库储放区不得有其他任何非防爆电气装置,也不得在其区域内使用如手枪电钻、电吹风等易产生电火花的工具、电器,如有低压型灯也应选用隔爆型。

3) 电缆、导线:爆炸危险区域内的电缆可选铠装电缆或非铠装电缆。电缆导线的额定电压不应低于线路的额定电压,且不高于400 V。

4) 仪表、检测、报警自控系统:生产区域内的自控仪表应选用隔爆型,设置在该区域外或防爆区域内的正压室内的仪表和自控仪表也可选普通型。

5) 爆炸危险区域内电气线路的安装:爆炸危险区域内的电缆应尽量沿厂房外墙处铺设。当易燃物质比空气密度大时,电缆应在较高处铺设或直接埋地(非铠装电缆外需用钢管保护) ;架空铺设时易采用电缆桥架;电缆沟铺设时沟内应充砂,并有排水设施。当易燃物质比空气密度小时,电缆宜在较低处铺设或电缆沟铺设。电缆所穿越过的空洞,应采用非易燃材料堵塞严密。

6) 防雷:按GB - 50057 - 94 ,凡建筑物、构筑物属第2 类防雷等级的,需采取防直接雷、感应雷和雷电波入侵的措施。防雷接地可与电气保护接地装置共用,但其接地电阻应≤4 Ω。

5 　预防措施

1)电石破碎应采用敞开式粉碎设备且不宜露天设置,屋顶应防漏。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。

2) 发生器加料时不宜过多、过快,电石粒度不宜过小,以免造成反应剧烈而使发生器超压发生危险。加料时应按工艺要求充氮,以驱除乙炔气,否则容器内乙炔含量可能超标达到爆炸极限,在电石与器壁碰撞时产生火花而燃烧、爆炸。当贮斗堵塞时,只能用木锤将料振落。

3)发生器供水不足、反应温度和压力增高或搅拌发生故障导致局部温度过高均能使乙炔发生聚合而引起爆炸,所以应保证发生器内水的供应量及搅拌器有效。

4)若乙炔发生器和管路发生泄漏,由于乙炔气高速喷射会产生静电而起火。因此,乙炔发生器和管路除严防泄漏外,应有良好的避雷及静电接地装置。

5)为了防止爆炸性的乙炔铜、乙炔银、乙炔汞等生成,发生器上的附件及与发生器接触的计量仪表、自动控制设备和检修工具等含铜量不得超过70 %。

6) 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。

7) 乙炔在输送管路中最大流速: 当压力为0. 006 88～0. 147 MPa 时,不应超过8 m/ s ;当压力为0. 147～2. 45 MPa 时,不应超过4 m/ s。