橡膠助劑反應(yīng)釜爆炸事故的技術(shù)分析

2002年4月22日22時左右，山西省原平市某化工企業(yè)發(fā)生一起反應(yīng)釜爆炸事故，事故造成1人死亡、1人重傷、1人輕傷。爆炸沖擊波將約200m2車間預(yù)制板屋頂幾乎全部掀開，南墻窗戶玻璃全部破碎，碎渣最遠(yuǎn)飛出約50m，反應(yīng)釜上封頭40條M20的螺栓全部拉斷（脫），封頭飛起約十幾米高砸向屋頂，反彈落回地面，釜體從二樓平臺坐落一層，掀開的預(yù)制板落在車間地面上，廠房南墻出現(xiàn)鼓肚。
　　一、事故前狀況
　　該企業(yè)屬私營股份制企業(yè)，3年前從某高校買下橡膠助劑的生產(chǎn)工藝技術(shù)。前2年由于市場原因，生產(chǎn)一直處于時開時停狀態(tài)，但從去年底以來，該產(chǎn)品以成本低、質(zhì)量高的優(yōu)勢，逐步擴大了市場份額，于是企業(yè)決定對原生產(chǎn)裝置技術(shù)進行改造。新裝置于2002年4月10日改造完畢，4月11日開始生產(chǎn)，每日三班運行。工藝流程為反應(yīng)、結(jié)晶、離心分離、真空脫水、包裝。工藝過程為間隙生產(chǎn)，每班2名工人。4月13日16時，2名操作工接班后，按操作要求往反應(yīng)釜中加料，然后攪拌、通氧，反應(yīng)、保溫后，于21時左右向結(jié)晶釜壓料，此時反應(yīng)釜壓力為0.2MPa（表壓），料液溫度在40℃以下。在壓料過程中，操作工發(fā)現(xiàn)物料不往結(jié)晶釜中流，卻從一層下料閥下方的法蘭處漏出，主操作工試圖堵漏，但仍不能阻止物料外泄，忙用盆接料，回收數(shù)盆物料，倒入旁邊的離心機內(nèi)。在處理泄漏過程中，主操作工派另一名工人去值班室叫廠技術(shù)負(fù)責(zé)人處理此故障，約22時左右，技術(shù)負(fù)責(zé)人來到現(xiàn)場，先到一樓泄漏處接物料往離心機中倒，另一名工人由于嫌泄漏氣味嗆，走到車間門口，此時，反應(yīng)釜突然發(fā)生爆造成事故。
　　二、事故現(xiàn)場情況
　　反應(yīng)釜下料閥呈開啟狀態(tài)，通氧閥關(guān)閉，下料管（40mm）沿焊縫處斷開，從裂口處看到下料管約四分之三的管截面被結(jié)晶物堵塞，下料閥下方的法蘭僅有相對的兩條螺栓擰著，反應(yīng)釜及其相連的管道內(nèi)沒有積炭，但離心機內(nèi)濾布被燒，據(jù)負(fù)輕傷的工人講，事故前沒有著火現(xiàn)象，主操作工負(fù)重傷，說不清事故前的情況。
　　三、反應(yīng)過程的物料
　　該產(chǎn)品用的主要原料分別是：二硫化碳、二乙胺、異丙醇、氧氣、催化劑。前三種物料都屬易燃液體，其沸點和爆炸范圍見表1。反應(yīng)過程中為了保證二乙胺充分反應(yīng)，二硫化碳和氧氣要適當(dāng)過量，以保證較高的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)釜內(nèi)物料約為450L。反應(yīng)完后，釜內(nèi)壓力為0.2MPa（表壓），溫度在40℃以下，液態(tài)物為間異丙醇、橡膠助劑、二硫化碳及少量的二乙胺混合液，氣態(tài)為該溫度、壓力下呈飽和狀態(tài)的二硫化碳、異丙醇、氧氣及微量二乙胺的混合氣體。
四、高校提供的工藝和企業(yè)實際生產(chǎn)工藝的差別
　　從有關(guān)資料中查到，高校提供的工藝要求是反應(yīng)完成后，緩慢釋放釜內(nèi)氣體至常壓，然后降溫至40℃以下，通過反應(yīng)釜、結(jié)晶釜位差將物料送入結(jié)晶釜；而企業(yè)實際的工藝情況是利用通氧反應(yīng)后升壓至0.2MPa（表壓），保溫保壓，將物料從反應(yīng)釜中壓入結(jié)晶釜中。企業(yè)實際工藝與高校提供工藝比較存在兩點明顯不足：
　　1.帶壓放料，物料流速勢必較快，容易形成靜電積聚；
　　2.反應(yīng)釜、結(jié)晶釜均位于同一高度，卸料管中總會留有殘液，而助劑的結(jié)晶溫度為28℃，生產(chǎn)又為間隙生產(chǎn)，管道又無保溫措施，這樣在卸料管中就會有結(jié)晶析出，若結(jié)晶增多，很容易使管道出現(xiàn)堵塞。
五、事故原因推斷
　　1.事故性質(zhì)的認(rèn)定
　　事故發(fā)生在介質(zhì)反應(yīng)完畢保壓卸料之后，此時進物料閥、氧氣閥都已關(guān)閉，不再存在物理升壓的因素，基本應(yīng)排除物理爆炸的可能。事實上，從事故現(xiàn)場破壞的情況和工藝過程中實際存在的介質(zhì)看，可以基本推斷為化學(xué)爆炸。爆炸的主要介質(zhì)是反應(yīng)釜內(nèi)二硫化碳、異丙醇、氧氣的混合物。由于反應(yīng)釜及相連管道內(nèi)沒有積炭現(xiàn)象，可以初步推斷釜內(nèi)物料已基本排盡。
　　2.激發(fā)能量
　　本起事故激發(fā)能量的來源不外乎兩方面，一方面是明火，從現(xiàn)場操作工了解，排除了明火的可能；另一方面就是撞擊、靜電，尤其是靜電的可能性最大。本起事故靜電的產(chǎn)生亦有兩種可能，一種是人體靜電，一種是管道靜電。從爆炸原點發(fā)生在反應(yīng)釜內(nèi)這一點看，管道靜電的可能性更大，因為反應(yīng)釜卸料是在0.2MPa（表壓）的壓力狀態(tài)壓放卸料，當(dāng)物料從法蘭處泄漏時，內(nèi)外存在壓差，泄漏料以一定速度流出，在此過程中形成靜電積聚，當(dāng)釜內(nèi)液態(tài)的物料基本泄盡時，在法蘭邊緣的靜電積聚到一定的能量并形成放電間隙產(chǎn)生靜電火花，靜電火花引燃附近的二硫化碳、異丙醇、氧氣的混合氣體，迅速向反應(yīng)釜內(nèi)回燃發(fā)生化學(xué)爆炸。因此，可以初步認(rèn)為管道泄漏點邊緣釋放靜電為本次事故發(fā)生提供了激發(fā)能量。
　　靜電放電有兩個條件：一是靜電積聚到一定的量；二是要有放電間隙。如果在液體較多時發(fā)生放電，首先應(yīng)該在氣液邊界引起燃燒，再引爆爆炸性混合物，但事實是在反應(yīng)釜和其相連的管內(nèi)并無積炭，且操作工也說在爆炸前沒有發(fā)生著火現(xiàn)象；而且盛有泄漏料的離心機內(nèi)濾布被燒毀，有積炭，驗證了爆炸后有著火發(fā)生的說法。故可以推斷說爆炸發(fā)生在反應(yīng)釜內(nèi)液體物料基本泄漏完的時候。
　　3.物料泄漏原因
　　事故現(xiàn)場在沿環(huán)焊縫斷開的下料橫管管口處，其截面的四分之三以上被結(jié)晶物堵塞。而前面分析中企業(yè)實際生產(chǎn)工藝中存在反應(yīng)液排不盡的缺陷，殘液在溫度等條件適宜時就會有結(jié)晶物析出堵塞管道，現(xiàn)場下料橫管的被堵證明了這一點。當(dāng)操作工帶壓往結(jié)晶釜卸料時，由于憋壓，將會在連接最薄弱的部位發(fā)生泄漏。而卸料管法蘭僅擰相對的兩條螺栓，另外兩條卻沒有擰上，顯然密封比較薄弱，這樣就使得物料從法蘭處泄漏出來了。
　　4.磚混結(jié)構(gòu)廠房擴大了事故的損失
　　事發(fā)當(dāng)時被炸死的是二層平臺上的技術(shù)負(fù)責(zé)人，炸毀的設(shè)備主要是反應(yīng)釜。而負(fù)重傷和輕傷的另二人和損壞的其它管道、設(shè)備主要是預(yù)制板塌落所致。
　　六、事故后的反思
　　本起事故教訓(xùn)，至少有以下五點工作需要從事化工生產(chǎn)、管理的人員努力做好：
　　1.科研院所、大專學(xué)校與企業(yè)聯(lián)合開發(fā)新產(chǎn)品時，必須對其原料、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品進行科學(xué)的安全評價，制定完善可行的安全操作規(guī)程，抓好各項安全措施的落實，把提高職工的安全素質(zhì)作為關(guān)鍵始終抓實抓好。
　　2.化工裝置在正式投運前必須制定科學(xué)的試車方案，按照規(guī)定進行氣密性試驗，確保各密封部位可靠；應(yīng)使職工學(xué)會安全處理泄漏，防止更大事故發(fā)生。
　　3.靜電給化工企業(yè)的安全帶來了很大的危害，因此，在易燃易爆場所的生產(chǎn)裝置、職工必須有可行的預(yù)防、消除靜電的措施。
　　4.易燃易爆廠房必須按照國家規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，要保證足夠的卸壓面積，應(yīng)采用輕質(zhì)屋頂框架結(jié)構(gòu)，不應(yīng)采用磚混結(jié)構(gòu)。
　　5.政府部門、工會必須加強對中、小化工企業(yè)，特別是私營化工企業(yè)的安全監(jiān)督管理，督促企業(yè)搞好安全生產(chǎn)，防止災(zāi)害性事故發(fā)生。