反应容器爆炸事故原因分析及其防范.docx

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反应容器爆炸事故原因分析及其防范

化工反应容器火灾爆炸事故原因及其防范

危化安全2009-12-3109:

25:

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       反应容器是指用来进行物质的化学反应的一类容器设备，常见的有反应器，发生器，反应釜，分解塔，合成塔，聚合釜等。

反应容器内的大多数反应是在高温、高压，甚至超高压条件下进行，参与反应的原料以及催化剂多为易嫩、易爆的物质，反应过程中稍有不慎就会引发火灾和爆炸，事故发生率高。

反应容器爆炸所产生的强大冲击波和有毒、易嫩、易爆物料泄漏而引起的火灾易导致建筑物倒塌、人员大量伤亡，有的甚至引起连锁爆炸，将整个车间、厂区夷为平地。

加强对反应容器火灾爆炸事故的研究，预防此类事故的发生十分重要。

　　1反应容器火灾爆炸事故原因分析

　　1.1反应失控引起火灾爆炸

　　许多化学反应如硝化、磺化、氧化、氯化、聚合等反应都是放热量较大的反应。

在反应容器内进行反应时，若正常的反应过程失控，反应热蓄积，反应体系的温度随之升高，反应速度加快，体系内压力增大，当内压急剧上升超过容器的耐压能力时，容器破裂，高压物料从破裂处喷出。

由于温度的升高，反应物料还可能发生分解、嫌烧，引发反应失控火灾爆炸事故。

导致反应失控的原因有:

反应热未能及时移出，反应物不能均匀分散和操作失误等。

冷却剂选择不当，换热设备不能及时导出反应器中过多的热量，因器壁结垢传热效果变差，冷却剂供给设备发生故障、换热系统堵塞等原因，都可能导致反应热未能及时移出。

停电、搅拌系统故障、桨叶损坏、转速不够、桨叶形式不当、物料粉碎度不够等则会使反应物料在器内分散不均匀，造成散热不良或局部反应过于剧烈而发生危险。

违反生产操作规程，物料超装，催化剂加入过多，原料配比，投料次序和时间不当，冷却剂阀门开关失误，升温速度过快，温度

　　压力读错，计量仪器仪表有故障等原因均可引起物料化学反应的异常。

许多化学反应，还会因物料中存在危险杂质而导致剧烈的副反应、过反应，甚至使反应异乎寻常加快导致反应失控。

　　1.2反应容器内形成爆炸性混合物

　　有些气态反应的原料混合气，其原料配比处在爆炸极限范围之内而具有爆炸性。

例如:

丙烯氨氧化反应的丙烯与空气在原料总体积中分别占6.16%和67.790，丙烯浓度已在爆炸极限之内（其爆炸极限为2%一1190）；苯醉生产中蔡与空气的重量比为1:

9左右，禁蒸气在空气中的体积浓度为2.25%（蔡蒸气爆炸极限为0.88%-5.9%）。

有的反应在接近爆炸极限的条件下进行，如氨氧化制稀硝酸，甲醇蒸气在空气中氧化，其配比接近爆炸极限；乙烯氧化生成环氧乙烷或乙醛的反应中循环气的氧含量在爆炸极限附近。

如果控制不当易形成爆炸浓度。

反应容器内可燃气体或易嫩液体蒸气未置换或置换不彻底，也是形成爆炸性混合物的重要原因。

　　1.3反应容器密封不严，物料泄漏引起燃烧爆炸

　　反应容器密封不严，物料冲出，遇明火燃烧爆炸。

如吉林某农药厂六车间西草净合成岗位发生爆炸事故，是因为二楼合成釜超温超压，将盖冲开，大量异丙醇可嫩气体溢出，并迅速扩散到一、二、三层楼内空间，与空气混合达到爆炸极限浓度，遇点火源引爆，造成1人伤死亡，2人受伤，总损失8.59万元。

　　1.4反应容器因设计制造缺陷引起爆炸

　　反应容器设计不合理，结构形状不连续，焊缝布置不当等引起应力集中；设备材质选择不当，制造容器时焊接质量不合要求及热处理不当等使材料韧性降低；容器壳体受到腐蚀介质的腐蚀，强度降低等可能使容器在生产过程中发生爆炸。

　　1.5反应容器中高压物料窜入低压系统

　　与反应容器相连的常压或佃玉容器、储柜，由于反应容器中高压物料的窜入，发生爆炸。

如河南某树脂厂发生重大火灾事故就是由于聚合工段反应釜超压，当班职工紧急处理时未彻底关闭通往常压下的泡沫捕集器的阀门，引起泡沫捕集器爆炸，随后又引起整个工段的可燎性混合气体爆炸。

　　1.6水蒸气或水漏入反应容器发生危险

　　采用水蒸汽加热或水冷却的反应容器，若水蒸汽或冷却水漏入容器内，容器内物料遇水分解放热，温度、压力急剧上升，造成冲料，发生火灾。

如硝化反应，当硝化剂中进有水会促使其大量分解和蒸发，强烈腐蚀设备，还会造成爆炸。

水通过设备蛇管和壳体不严密处渗进硝化物料时，会引起液态物料温度和气压上升。

　　1.7反应容器泄放系统不合理引起事故

　　在物料泄放时，泄放口位置、高度未按要求设置，排出的物料飘散流入室内，遇明火燃烧爆炸。

如日本川崎某化工厂环氧氯丙烯装置内部压力上升，导致安全阀启动，由于排放管设置不合理，丙烯直接喷向一楼，遇明火发生爆炸起火，造成很大损失。

　　18反应容器进出物料不当引起事故

　　大多数烃类物料属绝缘物质，其导电性较差，进出反应容器时，物料高速流动，静电积累放电引起燃烧爆炸。

反应容器采用加压卸料，易使容器内气体或蒸气逸出泄入厂房，形成爆炸性混合气体。

　　1.9反应容器受热引起爆炸

　　由于外部可燃物起火，辐射热引起反应容器内温度急剧上升，蒸气压增大，发生冲料或爆炸。

　　火灾爆炸事故连续发生

　　反应容器由于反应失控，外部火焰作用或设备缺陷发生泄漏破坏时，因其内部压力往往高于大气压，有的可达3.0MPa～10.0MPa或更高，器内液体呈过热状态，容器爆裂导致物料蒸气压的平衡状态被破坏，发生不稳定的过热液体而引起的二次爆炸（称为蒸气爆炸）；喷出来的反应物料迅速扩散，容器周围空间则被可燃液体的雾滴或蒸气所笼罩，如遇火源，会发生第三次爆炸（混合气体爆炸）。

这三次爆炸往往在瞬间即可完成，但却是性质有所不同的相继出现的三种爆炸。

2预防反应容器火灾爆炸事故的措施

　　2.1严格按照安全规程生产

　　反应容器的工艺规程需经专门的科研和设计单位审定，没有这些部门的相W鉴定，不允许改变生产工艺。

生产操作人员必须熟悉生产工艺规程，操作条件，原材料、产品、中间产物的反应放热性和火灾爆炸危险性质，杜绝操作失误。

　　2.2维护容器的耐压强度

　　反应容器作为一种承压设备，应严格按照压力容器的设计、制造工艺进行，消除焊接等质量上的缺陷。

容器在使用过程中要防止由于腐蚀等原因造成器壁变薄.耐压强度降低。

因此，容器要定期进行探检、维修、进行耐压试验，确保容器的耐压强度。

　　2.3防止反应失控发生

　　按规定严格监测和控制反应容器内的温度、压力、物料组成和投料顺序等，以使反应保持正常。

　　列管式固定床氧化反应器防止失控的措施有:

在原料气中加入微量抑制剂，使催化剂部分毒化；在原料气入口处附近的反应管上层，放置些被惰性载体稀释的催化剂或已部分老化的催化剂；采用分段冷却法，提高换热速率。

流化床反应器内设置的冷却管要有足够的冷却面积，确保连续供给具有稳定参数的冷却剂，同时可通过原料气的预热温度来微调节反应温度。

　　硝化反应进程的控制要注意如下几个方面:

控制好加料速度，采用双重阀门控制硝化剂的加料，禁止固体物料大块投入；硝化过程中出现红棕色氧化氮气体，是温度升高可能导致发生危险的征兆，要立即停止加料；硝化反应器应配有冷却水源备用系统；物料混合均匀，反应器搅拌应有自动启动的备用电源，有保护性气体搅拌或人工搅拌的辅助设施。

　　聚合反应在开始阶段或进行过程中都有发生暴聚的可能性。

反应时应按投料顺序和投料配比准确投料，总物料不应超量。

反应前期要防止升温过快，当反应加速后，放热量逐渐增加，要及时冷却降温；在反应过程中要十分注意温度和压力变化。

聚合反应热较大，单靠增大反应器尺寸以获取较多夹套和舌管冷却面积是不够的，也不是最好方法。

目前工艺上多利用单休或溶剂气化回流带出反应热，经冷凝或压缩液化后，再返回聚合釜吸热。

当温度大幅度上升，或发生其他危险情况时，可加阻聚剂以降低引发剂的活性。

同时，对于生产原料、中间产品以及成品应有严格的质量检验制度，保证其纯度和含量，清除有害性杂质。

　　2.4抑制物料泥合气的爆炸危险性

　　在爆炸极限范围之内进行的反应，空气或氧气与反应原料的混合器宜放置在反应器进口附近，确保原料气混合后立即进入反应器反应，减少可能发生煌炸的空间。

还可采取原料气和氧气或空气分别进料方式，以避免爆炸性混合物的形成。

在接近爆炸极限条件下进行的反应，应严格控制原料气与空气或氧气的混合比例。

生产装里要有自动化控制仪表、组分分析仪和安全连锁警报装置。

如乙烯氧化的反应系统中，氧含量控制在8%左右，乙烯控制在65%左右，若氧含量达到9%或乙烯含量降至60%就需要立即停车处理。

通常采用三个磁氧分析仪分析氧的含量，如果有两个指标达到这个限量，会立即报警停车；采用两个红外分析仪分析乙烯的含量，如果一个指标达到这个限量时即报警停车。

对于具有可燃气体或易嫩液体蒸气的反应容器，进料前必须用惰性气体置换。

反应完毕后同样需要用惰性气体置换掉容器内的可嫩气体或蒸气，才能放入空气，置换必须彻底。

　　2.5及时清理设备管路内结焦

　　要定期清除设备内的污垢、焦状物、聚合物，以保证设备传热良好，并防止其堵塞设备管道和发生自嫩。

清除方法可用水冲刷器壁表面和管道，用氮气或水蒸气吹扫。

清理时不得使用铁质工具或金属条，清理出来的污物必须送至安全地点处理掉。

　　2.6防止水漏入反应容器

　　反应容器的夹套和蛇管冷却系统的水位和水压应略低于器内的液位和液压。

为了能及时发现反应容器的裂纹或于娜词，在排水管可安装自动电导报警器，当管中漏入极少物料时，水的导电率会发生变化，利用这种变化进行检测并发出声响警报。

　　2.7保证反应容器进出物料安全

　　为了防止进出物料因静电火花发生嫩烧爆炸，反应容器、管道、器具应采用导体联成一体，再进行接地，接地线必须连接牢靠，有足够机械强度，并定期检查。

液体物料的输送，还应通过控制流速限制静电的产生。

从反应容器中卸料时，宜采用真空卸料。

　　装卸料口开启时，应尽量采用密闭措施，如果做不到，应安装移动式的排气罩进行通风。

　　2.8配置防事故安全系统

　　反应容器应设防事故自动联锁系统，如设物料温度与催化剂加入量的联锁装置；压力或温度极限调节报警装置。

当参数越出安全规定范围，能立即进行自动调节。

若调节无效能发出报警信号，通告操作人员采取紧急措施排除故障，如故障排除不当或不及时，自动控制系统能发出切换、放空、灭火等指令。

危险性较大者还可采用二重、三重保护。

为了保证反应容器内压力上升时能自动进行泄压，必须在设备上安装安全阀。

对于不宜安装安全阀或危险性较大的设备，可安装爆破片。

t玉系统与高压反应器的连接处应设单向阀，以防止高压反应器内的物料窜入低压系统发生爆炸。

反应容器应备有事故刹滋峨，或供排出反应物料的备用容器和放空管，在设备发生失控的紧急状态下，可将器内液体物料及时排入事故排放罐；气态物料通过放空管排出容器，防止事故扩大。

在进入反应容器之前的管道上，应安装液封或砂封等阻火设备，以防止粥烧爆炸的蔓延扩展。

反应生产岗位应配备氮气和水蒸汽半固定灭火装置。

2.9注意反应容器的安全泄放

　　反应容器的放空管一般应安设在顶部，室内容器安设的放空管应引出室外。

放空管应有足够高度，高于附近有人操作的最高设备2m以上，并保证排出的可嫌气体浓度在安全范围内。

排放后，可能立即姗烧的可嫌气体，应经冷却装置冷却后接至放空设施。

放空管上应安装阻火器或其他限制火焰的设备，以防止气体在管道出口处着火，并使火焰扩散到工艺装置中去。

放空管应有良好的接地，管口应处在防雷保护范围内。

事故储槽应设置在安全区域，厂房里的反应容器，其内液体应放流到设在厂房外的地下或半地下专用事故贮槽或排放罐中。

排放方式可采用氮气、水蒸气、二氧化碳等惰性气体压放，可以加快排放速度，又可消除在设备中发生爆炸的可能性。

事故储槽要具有较大容量。

　　2.10掌握事故处置方法

　　将消防知识宣传和教育作为岗位培训的一项重要内容。

尤其注意对生产操作人员进行处置生产中紧急情况的培训工作，掌握事故情况下的应急措施、灭火与疏散方法。

根据已往的事故教训和操作经验以及理论上的反应放热特性，提出事故的可能原因，以便于事故时能做出准确的判断和正确地采取处理办法。

危险化学品建设项目安全设施设计专篇编制导则

（试行）

1　适用范围

本导则适用于中华人民共和国境内新建、改建、扩建危险化学品生产、储存装置和设施，以及伴有危险化学品产生的化学品生产装置和设施的建设项目（以下简称建设项目）安全设施设计专篇的编制。

2　术语和定义

2.1　化学品

指各种化学元素、由元素组成的化合物及其混合物，包括天然的或者人造的。

2.2　危险化学品

指具有爆炸、燃烧、助燃、毒害、腐蚀等性质且对接触的人员、设施、环境可能造成伤害或者损害的化学品。

2.3　新建项目

指拟依法设立的企业建设伴有危险化学品产生的化学品或者危险化学品生产、储存装置（设施）和现有企业（单位）拟建与现有生产、储存活动不同的伴有危险化学品产生的化学品或者危险化学品生产、储存装置（设施）的建设项目。

2.4　改建项目

指企业对在役伴有危险化学品产生的化学品或者危险化学品生产、储存装置（设施），在原址或者易地更新技术、工艺和改变原设计的生产、储存危险化学品种类及主要装置（设施、设备）、危险化学品作业场所的建设项目。

2.5　扩建项目

指企业（单位）拟建与现有伴有危险化学品产生的化学品或者危险化学品品种相同且生产、储存装置（设施）相对独立的建设项目。

2.6　安全设施

指企业（单位）在生产经营活动中将危险因素、有害因素控制在安全范围内以及预防、减少、消除危害所配备的装置（设备、装备）和采取的措施。

2.7　作业场所

指可能使从业人员接触危险化学品的任何作业活动场所，包括从事危险化学品的生产、操作、处置、储存、搬运、运输、废弃危险化学品的处置或者处理等场所。

3　主要内容

3.1　建设项目概况

3.1.1　建设项目内部基本情况

3.1.1.1　建设项目的主要技术、工艺（方式）和国内、外同类建设项目水平对比情况。

3.1.1.2　建设项目所在的地理位置、用地面积和生产（储存）规模。

3.1.1.3　建设项目涉及的主要原辅材料和品种（包括产品、中间产品，下同）名称、数量。

3.1.1.4　建设项目的工艺流程和主要装置（设备）和设施的布局及其上下游生产装置的关系。

3.1.1.5　建设项目配套和辅助工程名称、能力（或者负荷）、介质（或者物料）来源。

3.1.1.6　建设项目的主要装置（设备）和设施名称、型号（或者规格）、材质、数量和主要特种设备。

3.1.2　建设项目外部基本情况

3.1.2.1　建设项目所在地的气象、水文、地质、地震等自然情况。

3.1.2.2　建设项目投入生产或者使用后可能出现的最严重事故波及的范围，以及在此范围内的24小时生产、经营活动和居民生活的情况。

3.1.2.3　建设项目中危险化学品生产装置和储存数量构成重大危险源的储存设施与下列场所、区域的距离：

⒈居民区、商业中心、公园等人口密集区域；

⒉学校、医院、影剧院、体育场（馆）等公共设施；

⒊供水水源、水厂及水源保护区；

⒋车站、码头（按照国家规定，经批准，专门从事危险化学品装卸作业的除外）、机场以及公路、铁路、水路交通干线、地铁风亭及出入口；

⒌基本农田保护区、畜牧区、渔业水域和种子、种畜、水产苗种生产基地；

⒍河流、湖泊、风景名胜区和自然保护区；

⒎军事禁区、军事管理区；

⒏法律、行政法规规定予以保护的其他区域。

　　3.2　建设项目涉及的危险、有害因素和危险、有害程度

3.2.1　危险、有害因素

3.2.1.1　建设项目涉及具有爆炸性、可燃性、毒性、腐蚀性的化学品危险类别及数据来源。

3.2.1.2　建设项目可能出现爆炸、火灾、中毒、灼烫事故的危险、有害因素。

3.2.1.3　建设项目可能出现作业人员伤亡的其它危险、有害因素。

3.2.2　危险、有害程度

3.2.2.1　固有危险程度

⒈定量分析建设项目工艺流程中涉及具有爆炸性、可燃性、毒性、腐蚀性的化学品数量、浓度（含量）、状态和所在的作业场所（部位）及其状况（温度、压力）。

⒉定性分析建设项目涉及具有爆炸性、可燃性、毒性、腐蚀性的化学品的固有危险程度。

⒊宜通过下列计算，定量分析建设项目涉及具有爆炸性、可燃性、毒性、腐蚀性的化学品的各个作业场所的固有危险程度：

⑴具有爆炸性的化学品的质量及相当于梯恩梯（TNT）的摩尔量;

⑵具有可燃性的化学品的质量及燃烧后放出的热量;

⑶具有毒性的化学品的浓度及质量;

⑷具有腐蚀性的化学品的浓度及质量。

3.2.2.2　风险程度

⒈通过国内外同类生产或者储存装置、设施发生的事故情况，定性、定量分析和预测建设项目的以下几方面内容：

⑴作业场所出现具有爆炸性、可燃性、毒性、腐蚀性的化学品泄漏的可能性；

⑵涉及具有爆炸性、可燃性的化学品的作业场所出现泄漏后，具备造成爆炸、火灾事故的条件和需要的时间；

⑶涉及具有毒性的化学品的作业场所出现具有毒性的化学品泄漏后扩散速率及达到人的接触最高限值的时间；

⑷涉及具有爆炸性、可燃性、毒性、腐蚀性的化学品的作业场所出现爆炸、火灾、中毒、灼烫事故造成人员伤亡的范围。

⒉预测建设项目涉及具有爆炸性、可燃性的化学品的作业场所出现最大爆炸、火灾事故产生的污水数量和最严重爆炸、火灾事故产生的污水数量。

3.3　建设项目设立安全评价报告中的安全对策和建议采纳情况说明

3.3.1　列出落实建设项目设立安全评价报告中每项安全对策与建议，所采取的全部安全设施及所在作业场所（部位）。

3.3.2　说明未落实或者部分落实的建设项目设立安全评价报告中每项安全对策与建议的论证情况或者理由。

3.4　采用的安全设施和措施

详细列出建设项目设计中所采用（取）的全部安全设施，并对每个安全设施说明符合或者高于国家现行有关安全生产法律、法规和部门规章及标准的具体条款，或者借鉴国内外同类建设项目所采取（用）的安全设施。

3.5　事故预防及应急救援措施

3.5.1　应急救援组织或应急救援人员的设置或配备情况。

3.5.2　消防队伍的依托或者建设情况。

3.5.3　应急救援器材的配备情况。

3.5.4　消防器材的配备情况。

3.5.5　应急救援措施。

3.6　安全管理机构的设置及人员配备

3.6.1　对建设项目投入生产或者使用后设置安全管理机构及其职责的建议。

3.6.2　对建设项目投入生产或者使用后配备安全管理人员的条件和数量的建议。

3.7　安全设施投资概算

3.7.1　建设项目总投资概算。

3.7.2　建设项目中安全设施投资概算和分类投资概算。

3.7.3　建设项目中安全设施投资概算占总投资概算的比例，建设项目中安全设施分类投资概算占安全设施投资概算的比例。

3.8　结论和建议

3.8.1　结论

根据国、内外同类装置（设施）设计发展情况和国家现行有关安全生产法律、法规和部门规章及标准的规定和要求，从下列几方面作出结论：

⒈建设项目所在地的安全条件和与周边的安全防护距离；

⒉建设项目选用的技术、工艺安全性；

⒊建设项目选用的主要装置、设施安全性；

⒋建设项目采用（取）的安全设施水平；

⒌建设项目所达到的安全水平。

3.8.2　建议

根据国、内外建设项目特别是同类装置（设施）建设项目的管理情况和趋势，从下列几方面提出建议：

⒈主要装置、设施和安全设施及特种设备的订购；

⒉施工单位的选择；

⒊主要原辅材料的选择；

⒋投入试生产（使用）后的安全管理；

⒌其它方面。

4　附件

4.1　建设项目区域位置图、工艺流程简图、爆炸危险区域划分图。

4.2　建设项目平面布置图，生产和储存装置（设施）、防雷防静电接地、消防设施及消防器材、气体检测平面布置图。

4.3　建设项目涉及的特种设备及主要安全附件一览表。

4.4　建设项目所在地安全条件的分析情况。

4.5　建设项目风险程度的定性、定量分析情况。

4.6　建设项目选用的技术、工艺安全性的分析过程。

4.7　建设项目安全设施设计依据的国家现行有关安全生产法律、法规和部门规章及标准的目录。

5　格式

5.1　格式

5.1.1　封面（参见附件1）

5.1.2　封二（参见附件2）

5.1.3　安全设施设计工作人员组成

5.1.4　目录

5.1.5　非常用的术语、符号和代号说明

5.1.6　主要内容

5.1.7　附件

5.2　字号和字体

主要内容的章、节标题分别采用3号黑体、楷体字，项目标题采用4号黑体字；内容的文字表述部分采用4号宋体字，表格表述部分可选择采用5号或者6号宋体字；附件的图表可选用复印件，附件的标题和项目标题分别采用3号和4号黑体字，内容的文字和表格表述采用的字体同“主要内容”。

　　5.3　纸张、排版

采用A4白色胶版纸（70g以上）；纵向排版，左边距28mm、右边距20mm、上边距25mm、下边距20mm；章、节标题居中，项目标题空两格。

5.4制作

除附图、复印件等外，双面打印文本。

5.5封装

建设项目安全设施设计专篇正式文本装订后，用设计单位的公章对进行建设项目安全设施设计专篇封页。

附件1

（建设项目名称）

安全设施设计专篇

建设单位：

建设单位法定代表人：

建设项目单位：

建设项目单位主要负责人：

建设项目单位联系人：

建设项目单位联系电话：

（建设项目单位公章）

年　　月　　日

附件2

（建设项目名称）

安全设施设计专篇

设计单位：

设计单位法定代表人：

设计单位联系人：

设计单位联系电话：

（设计单位公章）

年　　月　　日