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是(shi)自(zi)由(you)落(luo)體(ti)運動，在重力加(jia)速(su)度作用下物料下落(luo)速(su)度越(yue)(yue)來越(yue)(yue)大，根據自(zi)由(you)落(luo)體(ti)運動計(ji)算式：vt=（2gh）1/2=（2×9.8×4.7）1/2=9.6m/s。根據靜(jing)電(dian)(dian)學理論：靜(jing)電(dian)(dian)是(shi)由(you)原子(zi)外(wai)(wai)層的電(dian)(dian)子(zi)受到各(ge)種外(wai)(wai)力的影(ying)響(xiang)發生(sheng)轉移(yi)，分別形(xing)成(cheng)正(zheng)負離(li)子(zi)造成(cheng)的。任何(he)兩種不同材質的物體(ti)接觸后都會發生(sheng)電(dian)(dian)荷的轉移(yi)和(he)積(ji)累，形(xing)成(cheng)靜(jing)電(dian)(dian)。物料顆粒在下降過程中發生(sheng)摩擦、碰撞(zhuang)，不斷地產生(sheng)靜(jing)電(dian)(dian)，電(dian)(dian)荷越(yue)(yue)積(ji)越(yue)(yue)多，形(xing)成(cheng)很高的電(dian)(dian)位，當帶電(dian)(dian)體(ti)與不帶電(dian)(dian)或靜(jing)電(dian)(dian)位很低的物體(ti)相互接觸時，如果電(dian)(dian)位差達到300V以上(shang)，就會發生(sheng)放(fang)電(dian)(dian)現象，并(bing)產生(sheng)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）改進了(le)卸料(liao)斗下部的(de)(de)(de)落(luo)(luo)(luo)料(liao)管(guan)的(de)(de)(de)結構：由(you)原來的(de)(de)(de)直管(guan)改成折彎(wan)(wan)管(guan)。使得(de)物料(liao)進釜的(de)(de)(de)路徑發(fa)生(sheng)(sheng)變向(xiang)，由(you)于折彎(wan)(wan)管(guan)與(yu)釜壁之間的(de)(de)(de)夾角(jiao)，粉料(liao)在(zai)下落(luo)(luo)(luo)的(de)(de)(de)過程中，先與(yu)釜壁碰撞，下降(jiang)的(de)(de)(de)速度(du)由(you)此減(jian)慢，落(luo)(luo)(luo)至甲醇液面時速度(du)遠小于自由(you)落(luo)(luo)(luo)體的(de)(de)(de)末(mo)速度(du)（9.6m/s），從(cong)而減(jian)少了(le)物料(liao)發(fa)生(sheng)(sheng)火花時所需的(de)(de)(de)能(neng)量。同時也減(jian)少了(le)絕緣體之間的(de)(de)(de)摩擦、翻滾和撞擊(ji)，抑制了(le)靜電的(de)(de)(de)產生(sheng)(sheng)。

3）在卸料斗外殼焊接接地(di)(di)支(zhi)耳，并(bing)用導(dao)線(xian)接入(ru)地(di)(di)線(xian)。接地(di)(di)可將物(wu)料產生的(de)靜(jing)電(dian)通過料斗和導(dao)線(xian)導(dao)入(ru)大地(di)(di)，消(xiao)除靜(jing)電(dian)荷和大量(liang)積聚，抑制了靜(jing)電(dian)火花產生。設備接地(di)(di)是消(xiao)除靜(jing)電(dian)較重(zhong)要的(de)措施。

4）在搪瓷的(de)上部接管設置抽真(zhen)空(kong)(kong)裝(zhuang)置。抽真(zhen)空(kong)(kong)目的(de)是用釜外的(de)空(kong)(kong)氣置換釜內的(de)高(gao)濃度甲(jia)(jia)醇(chun)蒸汽(qi)，既稀釋了(le)(le)釜內甲(jia)(jia)醇(chun)蒸汽(qi)的(de)濃度，又增加了(le)(le)釜內空(kong)(kong)間的(de)濕度，較終破壞了(le)(le)火花+甲(jia)(jia)醇(chun)蒸汽(qi)爆炸的(de)必要(yao)條件。當然，真(zhen)空(kong)(kong)系統中也設置了(le)(le)冷井（冷凝器），甲(jia)(jia)醇(chun)蒸汽(qi)被冷凝液體(ti)回收，避免環境污(wu)染和降低后(hou)產成(cheng)本。

5）為了阻(zu)止粉末物料被吸(xi)入真(zhen)(zhen)空系(xi)統，在釜頂真(zhen)(zhen)空管口設置了袋式過濾器，只(zhi)要及(ji)時清(qing)理濾袋，就可以確保真(zhen)(zhen)空系(xi)統的暢(chang)通，同時也能減少物料消耗。

結語

在(zai)人們(men)生活的(de)(de)任何時間、任何地點(dian)都有可(ke)能(neng)產(chan)生靜(jing)電(dian)。要(yao)完全(quan)消除靜(jing)電(dian)幾(ji)乎不可(ke)能(neng)。而化(hua)工裝置(zhi)的(de)(de)有機溶劑(ji)都是易燃、易爆物品，由靜(jing)電(dian)火(huo)花(hua)引發爆炸、火(huo)災的(de)(de)隱患，嚴重地威脅著化(hua)工裝置(zhi)和(he)操(cao)作(zuo)人員的(de)(de)生命安全(quan)。

但是，只要我們(men)認真分析靜(jing)電產生的(de)(de)(de)原因，采取必(bi)要的(de)(de)(de)防范措施(shi)，我們(men)完全能(neng)夠(gou)杜絕或(huo)減(jian)少(shao)靜(jing)電帶(dai)來(lai)的(de)(de)(de)危害。措施(shi)包括：合理選(xuan)用起電較少(shao)的(de)(de)(de)設備(bei)、工具、材料；采用減(jian)少(shao)絕緣體之間的(de)(de)(de)摩擦、翻滾(gun)、撞(zhuang)擊(ji)裝置(zhi)；降低摩擦速度或(huo)流速，設法減(jian)少(shao)或(huo)抑(yi)制靜(jing)電的(de)(de)(de)產生；設備(bei)接地，將電荷引入(ru)大地，避免靜(jing)電積(ji)累(lei)等。

實踐證明，采取了上述防靜(jing)電火花技術措(cuo)施之后，至今(jin)沒(mei)有發(fa)生(sheng)類(lei)似粉末(mo)投料(liao)爆炸的安全事故。