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，較終生成所需的成品（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。

 

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，碎片較后落入距釜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。

在本案例中，已二酸粉末向反應釜投料(liao)是(shi)自(zi)(zi)由落(luo)體(ti)運動(dong)，在重力加速度作用(yong)下(xia)(xia)物(wu)(wu)料(liao)下(xia)(xia)落(luo)速度越(yue)來越(yue)大，根據自(zi)(zi)由落(luo)體(ti)運動(dong)計算式：vt=（2gh）1/2=（2×9.8×4.7）1/2=9.6m/s。根據靜(jing)電(dian)(dian)(dian)(dian)學理論：靜(jing)電(dian)(dian)(dian)(dian)是(shi)由原子(zi)外(wai)層(ceng)的電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)受到各種(zhong)外(wai)力的影(ying)響(xiang)發(fa)生轉(zhuan)移(yi)，分別(bie)形(xing)(xing)成正負離(li)子(zi)造成的。任何兩(liang)種(zhong)不(bu)(bu)同材(cai)質的物(wu)(wu)體(ti)接觸(chu)后都會發(fa)生電(dian)(dian)(dian)(dian)荷的轉(zhuan)移(yi)和積累，形(xing)(xing)成靜(jing)電(dian)(dian)(dian)(dian)。物(wu)(wu)料(liao)顆粒在下(xia)(xia)降過程(cheng)中發(fa)生摩擦、碰撞(zhuang)，不(bu)(bu)斷地產生靜(jing)電(dian)(dian)(dian)(dian)，電(dian)(dian)(dian)(dian)荷越(yue)積越(yue)多，形(xing)(xing)成很高的電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)，當(dang)帶(dai)電(dian)(dian)(dian)(dian)體(ti)與不(bu)(bu)帶(dai)電(dian)(dian)(dian)(dian)或靜(jing)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)很低(di)的物(wu)(wu)體(ti)相(xiang)互(hu)接觸(chu)時(shi)，如果電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)差達到300V以上，就會發(fa)生放電(dian)(dian)(dian)(dian)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。

1）將卸料斗材質由原來的聚丙稀（PP）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(jin)了(le)卸料斗下(xia)(xia)部(bu)的(de)(de)落(luo)料管(guan)的(de)(de)結構：由原來(lai)的(de)(de)直(zhi)管(guan)改成折彎管(guan)。使得(de)物(wu)料進(jin)釜的(de)(de)路徑發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)變向，由于折彎管(guan)與(yu)(yu)釜壁之間的(de)(de)夾(jia)角，粉料在(zai)下(xia)(xia)落(luo)的(de)(de)過程中，先與(yu)(yu)釜壁碰撞，下(xia)(xia)降的(de)(de)速度由此減慢，落(luo)至甲醇液面時速度遠小于自由落(luo)體(ti)的(de)(de)末速度（9.6m/s），從而(er)減少了(le)物(wu)料發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)火花時所(suo)需的(de)(de)能(neng)量。同時也減少了(le)絕(jue)緣體(ti)之間的(de)(de)摩(mo)擦、翻(fan)滾和撞擊，抑制了(le)靜電的(de)(de)產生(sheng)(sheng)(sheng)。

3）在卸料斗外殼焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)地支耳(er)，并用導(dao)線接(jie)(jie)入地線。接(jie)(jie)地可(ke)將物料產生(sheng)的靜(jing)電(dian)(dian)通過料斗和導(dao)線導(dao)入大(da)地，消(xiao)除靜(jing)電(dian)(dian)荷和大(da)量積聚，抑(yi)制了靜(jing)電(dian)(dian)火花產生(sheng)。設備接(jie)(jie)地是消(xiao)除靜(jing)電(dian)(dian)較重(zhong)要(yao)的措施。

4）在搪瓷(ci)的(de)(de)(de)上部接管設置抽(chou)真空(kong)(kong)(kong)裝置。抽(chou)真空(kong)(kong)(kong)目(mu)的(de)(de)(de)是用(yong)釜(fu)外(wai)的(de)(de)(de)空(kong)(kong)(kong)氣置換釜(fu)內(nei)的(de)(de)(de)高濃度甲醇蒸(zheng)汽(qi)，既(ji)稀釋了(le)(le)(le)釜(fu)內(nei)甲醇蒸(zheng)汽(qi)的(de)(de)(de)濃度，又增加了(le)(le)(le)釜(fu)內(nei)空(kong)(kong)(kong)間的(de)(de)(de)濕(shi)度，較終破壞了(le)(le)(le)火花+甲醇蒸(zheng)汽(qi)爆炸的(de)(de)(de)必要條件(jian)。當然，真空(kong)(kong)(kong)系統中(zhong)也(ye)設置了(le)(le)(le)冷(leng)井（冷(leng)凝器），甲醇蒸(zheng)汽(qi)被冷(leng)凝液(ye)體回(hui)收，避免環境(jing)污染(ran)和降低后產成本。

5）為了阻止粉(fen)末物料(liao)被吸入真(zhen)空系統(tong)，在釜頂真(zhen)空管口(kou)設置(zhi)了袋式過濾器(qi)，只要及(ji)時清理濾袋，就可以(yi)確(que)保真(zhen)空系統(tong)的暢(chang)通，同時也能減少物料(liao)消耗(hao)。

結語

在人們生(sheng)活的(de)任(ren)何時間、任(ren)何地(di)點都有(you)可能(neng)產生(sheng)靜(jing)(jing)電(dian)。要(yao)完全(quan)(quan)消除靜(jing)(jing)電(dian)幾乎不可能(neng)。而化工(gong)(gong)裝置的(de)有(you)機溶劑都是易燃、易爆物品，由(you)靜(jing)(jing)電(dian)火(huo)花引發爆炸、火(huo)災的(de)隱患(huan)，嚴重地(di)威脅著化工(gong)(gong)裝置和操作人員的(de)生(sheng)命安全(quan)(quan)。

但(dan)是，只要(yao)我們認真分析靜(jing)電(dian)產生的(de)(de)原因，采取必要(yao)的(de)(de)防范措施，我們完全能夠杜絕(jue)(jue)或減少靜(jing)電(dian)帶來的(de)(de)危害(hai)。措施包(bao)括(kuo)：合(he)理(li)選用(yong)起電(dian)較(jiao)少的(de)(de)設(she)備、工具、材料；采用(yong)減少絕(jue)(jue)緣體之間(jian)的(de)(de)摩(mo)擦、翻(fan)滾、撞擊裝置；降低摩(mo)擦速度或流速，設(she)法減少或抑制靜(jing)電(dian)的(de)(de)產生；設(she)備接(jie)地(di)，將電(dian)荷引入(ru)大(da)地(di)，避免靜(jing)電(dian)積累等。

實踐證明，采取了上述防靜電火花技術(shu)措施之后，至今沒有發生類似粉末(mo)投料爆炸的安(an)全(quan)事故(gu)。