乙炔发生器的火灾爆炸危险分析与预防

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  乙炔发生器的火灾爆炸危险分析与预防

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   作者:黄郑华 黄汉京

   乙炔具有广泛的用途。常见的乙炔-氧焰用于金属的焊接、切割，金属的表面喷镀，热处理等。乙炔是最简单的烃类化合物之一，含有碳碳三键，化学性质极为活泼，能与许多物质发生化学反应，衍生出上千种有机化合物。乙炔又是合成树脂、合成橡胶、合成纤维和有机溶剂的重要原料。乙炔发生器是生产乙炔的主要设备，属于甲类火灾危险类别，具有较大的火灾、爆炸危险性，防火防爆十分重要。

   一、乙炔发生器概述

   我国目前主要采用电石法生产乙炔。乙炔发生器按电石与水接触的方式分分湿式、干式和排水式。湿式发生器是把电石投入大量的水中进行反应，绝大部分反应热被水吸收，反应后的渣呈泥浆状。该法易操作，安全性能好，乙炔的质量也好，但用水量大，电石渣呈浆状，给电石渣的后处理带来很大不便，且乙炔溶解在水中损失量大。干式发生器是将少量水加入到电石中使电石发生分解反应，反应放出的热量利用水分的蒸发带出，反应后的渣呈干燥粉末状态。该法与湿式发生器相比，电石渣少，而且呈干粉状,装运和应用都比较方便，但是这种设备较为复杂，操作不方便，如果操作不当电石表面会局部过热，带来危险，乙炔气中杂质也较多。排水式发生器，其电石装料设备是固定的，水位随着发生器内的压力变化而改变，以水和电石断续接触的时间来调节乙炔的生产量，这种发生器需经常开启补充电石，生产状况不稳定，不安全因素多，乙炔损失量也大。

   乙炔生产以采用湿式乙炔发生器居多。发生器本体及其附件由钢板焊制而成。发生器有两个加料斗,上加料斗有严密的盖板，下加料斗的加料孔中装有锥形闸阀，加料时在一定重量的电石作用下才能开启，以防止空气从加料斗进入。电石在连续通氮的情况下，由料斗通过螺旋加料器加入发生器，经水面下的锥形分布器，均匀地分布在网状隔板上，器内有2~3层隔板，隔板向发生器壁倾斜，板上有硬胶皮齿耙，齿耙把电石从中心推向外围，电石落到下一层隔板上，下隔板向中心倾斜，使电石走S型路程。隔板的坡度和齿耙的转速要满足电石在隔板上移动的时间内完全反应。齿耙的转动使电石外层已反应的石灰层剥落，露出新的反应表面。电石与水反应，产生的乙炔气由发生器顶部逸出。反应放出的大量热由不断加入的新鲜水带出，反应后的稀电石渣浆不断从溢流管流出，浓渣浆由发生器内耙齿推至浓渣储槽，经排渣开关间歇排出。

   二、乙炔发生器的火灾爆炸危险性分析

   1.乙炔的火灾爆炸危险性

   （1）爆炸极限宽

   乙炔的爆炸极限很宽，在空气中的爆炸极限为2.5%~82%（υ/υ，下同），7%~13%时爆炸威力最强，最大爆炸压力为1.058MPa；在纯氧中的爆炸极取为2.3%~93，30%时爆炸威力最强，是各类危险品中爆炸极限最宽的一种。

   （2）点火能量低

   乙炔的点火能量低，乙炔与空气的混合气体，在常压下其浓度为7.73%时，最小点火能量是0.02mJ。乙炔与氧气的混合气体，在常压下其浓度为7.73%时，最小点火能量只有0.0003mJ，乙炔的点火能量在各级危险物品中也是最小的。乙炔的点火能源有许多种，其形式也多种多样，除常见的机械能、热能、电能、光能以外，化学反应过程中的氧化、聚合、分解产生的化学能，也会使乙炔燃烧、爆炸。

   （3）自燃温度低

   乙炔与空气混合物的自燃温度比较低，而且随着浓度和压力而变化，乙炔的浓度越高，压力越大，自燃温度越低。电石中的磷化钙杂质与水作用生成磷化氢气体，含磷化氢超过0.15%的乙炔气体，漏出遇空气或空气渗入设备时，都可能由于磷化氢的自燃而引起爆炸或燃烧。

   （4）发生分解爆炸

   乙炔会发生分解爆炸，常压乙炔一般不会分解，加压乙炔则极易分解。压力越高，越容易发生分解、爆炸，且分解温度随压力的升高而迅速下降。乙炔爆炸性分解的速度可达1800~3000m/s。乙炔在生产和使用过程中混入一些杂质或金属氧化物，都有可能成为分解的催化剂。催化剂的颗粒越小，催化作用越强。纯乙炔在635℃的温度下会发生分解，但由于杂质的催化作用，乙炔开始分解爆炸的温度会明显下降。

   （5）发生聚合反应。

   乙炔容易发生聚合反应，在压力高时越易聚合。乙炔聚合时放热，温度越高，聚合速度越快。热量的积聚又会进一步加速聚合，如不加以控制，最终也会导致温度超高，而发生乙炔分解爆炸反应。

   （6）生成危险性金属炔化物

   乙炔与多种金属接触能生成危险的金属炔化物。乙炔和固体的银接触后，在银的表面会生成乙炔银，乙炔银具有炸药的全部特性，在金属炔化物中，它的爆炸威力最大。乙炔和固体的铜长期接触也会生成极易爆炸的乙炔铜。乙炔不会和金属汞直接生成乙炔汞，但和汞盐的溶液接触则生成爆炸性乙炔汞。乙炔与金属钠在液氨中反应,生成乙炔钠并放出氢气。

   （7发生氧化反应

   乙炔对于氧化剂的反应很灵敏，常见的乙炔氧化反应就是乙炔在空气或氧气中燃烧。乙炔-氧焰的温度高达3000~4000℃。

   （8）与氢、卤素、卤化物等反应

   乙炔可以和氢、卤素、卤化氢、水、醇、羧酸、氢氰酸等起加成反应。乙炔能与氟、氯反应、反应一开始就相当猛烈，甚至会引起爆炸。

   2.乙炔发生器的火灾爆炸危险性

   （1）形成爆炸性混合物

   乙炔发生器及输送管道在投产前如没有用氮气等惰性气体置换，设备内的空气与乙炔混合，形成爆炸性混合物，遇引火源有发生燃烧爆炸的危险。

   发生器、管道形成负压时，空气渗入设备与乙炔混合。

   乙炔从发生器、管道漏出，乙炔发生器的电石储料斗阀门被大块电石卡住，或关闭不严时，乙炔会从储斗逸出，与设备周围的空气混合。

   乙炔发生器排渣时，若控制不当，将未反应的电石排出，电石继续反应放出乙炔气而发生危险；排渣速度过快，渣浆带走乙炔，工使发生器内的压力迅速下降，形成负压，倒吸入空气而形成爆炸性混合物。

   （2）加料控制不当引起燃烧爆炸

   加料时，如果一次加料量过多、过快、粒度过细或过大，都容易发生危险。电石与水反应是快速而不可逆的强放热反应，1kg工业电石水解时放出的热量约1662kJ。如果加料速度过快加料量过多，会造成反应过分剧烈，当热量不能及时移出、乙炔不能及时排出时，会使发生器内的温度、压力升高或出现局部过热，引起燃烧爆炸事故，若加入的电石过细，表面积大，与水接触面亦大，反应就剧烈；同时电石粉尘将飘浮在加料管的水面上进行的反应，产生的乙炔气会沿着加料管逸出，增加了加料时的危险性。若电石的粒度过大，反应不完全，不仅造成原料的浪费，而且到渣坑后仍能继续反应放出乙炔气体。

   （3）温度控制不当发生燃烧爆炸

   为了提高乙炔发生器的生产能力，可以通过提高反应温度加快电石水解速度；同时，乙炔在石灰乳中的浓度也随着温度升高而减少，这样可以减少乙炔的损失；随着乙炔气中的水蒸汽含量增加，乙炔爆炸的危险性降低。但是，电石与水反应时，冷却水过少或搅拌机发生故障,造成温度过高,乙炔聚合的可能性增加,增大了火灾危险性.

   （4）压力控制不当导致燃烧爆炸

   压力升高使乙炔分子密集，自燃温度降低，分解爆炸危险增加。压力升高使乙炔在渣浆内的溶解度增加，同时以设备的气密性要求也高，否则容易发生跑冒滴漏现象，反之，操作压力过低，可能会造成压缩机入口负压，设备有倒吸入空气、形成爆炸性混合物的危险。

   （5）液位控制不当造成燃烧爆炸

   发生器内的液面过高，发生器中气相空间缩小，如果大量渣浆或反应区上移至给料机、电石储料斗时，水或含水乙炔与储料斗内大量电石发生剧烈反应，放出大量热，引起燃烧或爆炸；另一方面，液面过高，排渣时会使发生器压力迅速下降，吸入空气。如果液面过低，导料管口露出液面，带水乙炔从加料和逸出，与储料斗内电石放热，引起燃烧或爆炸；另一方面，液面过低，冷却水少，反应放出的热量得不到充分冷却，发生器温度、压力均会升高，使乙炔发生聚合反应。聚合反应放热，温度继续升高，导致乙炔发生爆炸性分解。

   3.生产中存在的引火源

   电石桶、电石料斗与乙炔发生器的储料斗相碰，产生火花；电石中的硅铁杂质和铁质工具打出火花，加料时与器壳、器壁碰撞产生火花；发生器运转部分的机件互相磨擦碰撞产生火星；电气设备和机械通风设备不符合防爆要求产生火花和高温；静电和雷电的危害；违章动用明火，检修用水，吸烟等，都可能成为火灾爆炸的着火源。

   三、乙炔发生器生产过程的防火措施

   1.建筑防火要求

   发生器间的建筑应符合《建筑设计防火规范》、《乙炔站设计规范》等有关法规的要求。乙炔发生器及辅助设备应布置在单独的房间内，并设置足够的防爆泄压面积。乙炔发生器间、乙炔发生器操作平台或楼层上均应有安全出口，安全出口应位于事故发生时能迅速疏散的地方。车间地面宜采用不发生火花的地面。发生器间与电气设备间应以无门、窗、洞的非燃烧墙体隔开；电动机传动轴的穿墙部分，应设置非燃烧材料的密封装置或用气体正压密封装置。

   2.设备的防火要求

   乙炔发生器及其重要配件，必须选用经有关部门鉴定合格的定点企业生产的产品，施工安装也必须由持有施工企业资格等级证书的施工单位承担。

   生产中使用的各种测量仪器、仪表、电气设备及自动控制联锁装置必须符合要求，技术状态良好。

   为防止形成乙炔铜、乙炔贡等爆炸性物质，乙炔发生器上的附件及与乙炔接触的计量仪表、测温管、自动控制设备和检修用的工具，其含铜量不得超过70%，并严禁使用水银温度计。

   乙炔发生器的电气设备和仪器、仪表应符合防爆要求，并应有防雷击的设施，将排放有乙炔气体的放空管置于防雷保护范围内，为防止静电和雷电感应的危害，电气设备和金属设备都应良好接地。

   3.备料的防火要求

   电石粉碎机应安装硅铁分离器，筛选出电石中的硅铁，清除电石中的杂质；应对电石进行检测，确认含硫量、含磷量、发气量等符合质量要求，方可投入生产；严防电石淋雨或受潮。在运输电石过程中，要轻拿轻放，防止摩擦、撞击而产生火星。

   4.加料的防火要求

   乙炔发生器顶部的储料斗、顶盖内壁及加料口应衬铅皮或橡皮，并在经常检查，若发现脱落应及时修复或更换，以防止电石中的硅铁杂质与金属设备碰撞产生火星。

   向乙炔发生器加料斗中装电石时，应先通氮气置换，驱净料斗中的乙炔，才能打开发生器顶盖加料，加料过程中不应中断氮气。

   要按照工艺要求严格控制加料速度和加入量，一次加料量不能过多、过快、过细，可采用螺旋加料器或电磁振动加料器控制加料。

   5.反应的防火要求

   操作温度、工作压力和液面高度是乙炔发生器安全生产的主要工艺参数。发生器的温度控制在85±5℃为宜。为了防止温度过高，冷却水应供应充足。搅拌装置必须有效，搅拌的速度以使电石块不致沉积底部为宜，不能中途停止或降速。根据发生器类型选择适宜的压力，低压发生器的工作压力小于或等于0.02MPa（表压）。中压发生器工作压力不允许超过0.15MPa（表压）。严格控制乙炔发生器内的液面高度，一般控制在发生器圆筒顶部上边缘以下50~100mm为宜，液体控制在发生器总容积的3/4。

   乙炔发生器内的温度是通过排渣、注水来控制的，底部排渣是排出不能溢流的浓渣及大块的硅铁、焦炭等固体杂质。排渣时注意不要有未反应的电石排出，这可以通过观察排出浓渣是否产生鼓泡现象来判定。排渣时速度不应过快，排渣管上设两个阀门，以便有效的控制排渣速度。若排渣管路堵塞，可用水冲洗，严禁用金属工具通凿。电石渣坑应设在通风良好的地方，加水要充足，以及使少量残留的电石充分反应。电石坑附近10m内不得有明火。

   6.安全装置的设置

   （1）水封装置

   设置正水封、逆水封、安全水封等水封装置对于乙炔发生器的安全生产起着重要的作用。

   正水封通常设在发生器通往储罐或生产车间的管道上。它除了稳定发生器的压力外，还起到阻火的作用。当储罐或生产车间发生火灾事故时，阻止火势向发生器蔓延；当乙炔发生器着火时，防止蔓延到储罐或产生使用车间。

   逆水封设在乙炔储罐或气柜返回到乙炔发生器的管道，即与正水封的方向相反。当乙炔发生器因排渣或其它原因导致压力降低时，可使乙炔气从储罐或气柜通过逆水封返回到发生器，防止发生器出现负压而倒吸入空气。

   安全水封有两种：一种是设在乙炔发生器处。当乙炔发生器超过规定的压力时，乙炔气便通过安全水封排到室外，起到安全泄放的作用；同时，当乙炔发生器内水位过高时，水便经过溢流管进入水封，并由水封的溢流管排入渣坑，另一种是设在进压缩机之前的低压乙炔管道间，除了起到安全排放作用外，还起到阻火的作用，为此又称为是湿式阻火器。乙炔的排入应引至室外，引出管道口应高出屋脊，且不得小于1m.

   多台乙炔发生器的汇气总管与每台发生器之间、接至厂区的乙炔管道上应设置水封或阻火器。

   各种水封必须具备可靠的性能，并且垂直安装，随时检查，以保证一定的水位。发生回火后要重新灌水，更换防爆膜片，检查止回阀，调整正常后方可重新使用。

   （2）可燃气体报警装置

   乙炔发生器间宜安装可燃气体检测报警装置，并定期维护保养，保证完好有效。

   （3）惰性气体吹扫装置

   湿式乙炔发生器应设置含氧量不大于3%的氮气或二氧化碳吹扫装置。在重新充装电石或停产检修后开始生产时，用氮气或二氧化碳置换，排出气体经分析含氧量小于3%，方认为置换合格。

   7.检修的防火要求

   乙炔发生器需动火检修时， 必须办理动火审批手续，制定防火措施，指定专人监护，做好灭火准备。需动火的设备、管道必须与生产系统切断，用水清洗后再用氮气置换至符合动火标准，即乙炔浓度应小于0.2%。动火取样分析时，较大设备应多点取样，较长管道应伸入管道内2m以上取样。取样时间应不早于动火前半小时，超过半小时则应重新取样。如动火时间过长则应定时取样分析。乙炔发生器检修时不得将任何照明灯具带入发生器。

   8.防火安全管理要求

   （1）乙炔生产岗位的操作人员应经过专门的安全培训，考试合格后方准上岗；操作时应坚守岗位，严格执行防火安全制度和操作规程。

   （2）操作人员宜选用防静电服及导电鞋，严禁穿戴化纤织物及带钉子鞋进入作业岗位。设置易于导除人体静电的设施，如安装接地的门把手、栏杆等。

   （3）当乙炔发生器停止使用或乙炔管道内温度低于16℃时，乙炔与水能生成冰雪状的水全晶体，容易堵塞管道，也可能由于乙炔与水合晶体摩擦产生静电带来危险。若出现上述情况，应用热水冲洗，严禁用明火烘烤。

   （4）在生产车间内不得用水化解电石粉末，应选择在空旷露天场地用水化解。

   （5）乙炔厂（站）发生火灾时，应迅速切断动力电源，关闭工艺管路及乙炔气瓶上的所有阀门，阻止气体从设备系统中逸出，正确选用灭火器材扑救。宜用氮气工二氧化碳灭火，而不能用四氯化碳灭火。

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谢谢楼主提供资料