电石法制取乙炔的工艺防火措施.doc

电石法制取乙炔的工艺防火措施崔凤霞1, 郑端文2(1. 南京市消防支队, 江苏南京210008; 2. 张家口市消防支队, 河北张家口075000)摘要: 简述并全面分析了电石法生产乙炔的工艺过程及其火灾危险性, 系统而有针对性的提出了该工艺过程的防火安全措施。关键词: 电石法; 乙炔; 火灾危险性; 工艺防火中图分类号: TQ 221, X924文献标识码:B文章编号: 1009- 0029(2005) 04- 0460- 03乙炔是用于氧炔焰焊接或切割金属材料和制取氯乙烯、聚氯乙烯、氯丁橡胶、乙醇、醋酸乙烯等产品的重要原料, 在经济建设中占有重要地位。同时, 由于瓶装溶解乙炔具有使用方便、卫生、不污染环境, 节约能源和相对的安全性, 故被广泛应用于工业、交通等企业的割焊作业中。但因乙炔极易着火爆炸, 不少单位在使用时不了解瓶装乙炔的安全知识, 缺乏管理措施, 发生了着火、爆炸事故, 造成了不应有的人员伤亡和财产损失。所以, 加强乙炔生产的防火安全工作十分重要。1电石法生产乙炔的工艺过程由电石制取乙炔是目前国内生产乙炔的主要方法。其机理是利用电石与水反应生成乙炔的性质而制取。其主要流程有: 备料(合格电石) 上料料斗(N 2 ) 吹扫加料乙炔发生安全水封储气冷却清净中和气、水分离压缩油、水分离高压干燥灌装等几个过程。2乙炔生产的工艺防火措施2. 1保证设备和原料的质量乙炔发生器及其附属设备应选用专门定型生产的产品, 不得擅自加工制造乙炔发生设备。乙炔发生器上应设置必要的温度计、流量计、压力计、液面计以及自动控制仪表等安全附件, 并保证灵敏有效。爆破片、止回阀等装置应定期进行检验, 保证完好。乙炔发生器及其输送管道, 在使用前应仔细检查系统的气密性。为确保质量, 电石使用前应经过严格化验, 当含磷量超过0. 08% , 含硫量超过0. 15%时不可使用。电石的粒度不可过大或过小, 因为电石的粒度与水解速度有关。电石粒度越小, 与水的接触面越大, 水解速度也就越快。如使用电石粒度小于4mm , 特别是1mm 2mm 的微粒及粉末, 在3 s 内即能水解完毕, 就会因反应过快, 局部过热而产生猛烈的爆炸。若电石的粒度过大, 又会使水解速度缓慢, 故易造成电石水解不完全。为了防止事故和保证电石水解完全, 电石的粒度最细不得小于4 mm。同时, 为了除去电石中的硅铁, 电石粉碎机应安装磁铁分离器, 以防止撞击而产生火花。2. 2严格遵守操作规程, 防止操作错误(1) 投料用氮气保护, 操作防止火星。即通过加料斗将电石加入乙炔发生器顶部的电石贮料斗中, 嗣经振动加料器陆续投入发生器内。由于加料斗会经常有空气和乙炔存在, 故要严防任何火种, 并用惰性气体驱净空气和乙炔气。从多次发生的乙炔气与空气混合的爆炸事故分析看, 大部分事故都发生于气体的爆炸下限或略高于爆炸下限范围内。所以, 控制乙炔与空气混合的爆炸下限更为重要。一般在向自动加料斗中加装电石时, 应先通氮气或二氧化碳2m in 3m in, 在测定贮料斗中乙炔的体积分数小于爆炸下限的25% 后, 才能打开发生器的顶盖进行投料。否则, 当电石块与盖口金属碰撞出火星时可引起爆炸。贮料斗的顶盖应衬以铝皮或橡皮, 以防铁与铁碰击打火。当贮料斗堵塞时,只能使用木锤轻轻敲击, 使贮料斗震动, 以消除堵塞。(2) 控制反应速度, 保证有效冷却。电石与水的反应是放热反应。1 kg 工业电石通过水解产生的热量为1 662. 16 kJ。所以, 如果一次加入的电石数量过多或在电石中带有大量的电石粉末时, 会造成反应过分剧烈, 使发生器内压力过高或局部温度过高发生危险。因此必须严格控制反应速度, 加料不可过多、过快, 而且必须保证有效搅拌和冷却, 将反应热排出, 以防局部过热引起爆炸。冷却水要保证有效而适量, 不可过多或过少。如果冷却水过少, 反应器内液面过低, 电石分解产生的热量得不到充足的冷却, 易造成温度升高, 使乙炔发生聚合作用而引起爆炸; 如果冷却水过多, 会使反应器内液面过高, 气相空间缩小, 使水进入加料斗内, 水或含水乙炔遇到料斗内的电石发生剧烈反应, 在料斗内产生大量乙炔气而引起爆炸。(3) 控制反应温度、压力, 保证电石反应完全。乙炔发生器的温度、液面压力均应恒定。要根据温升情况, 调节冷却用水量, 补充被乙炔带走的水分, 在电石加入发生器的同时连续地添加新鲜水。为使电石反应460 Fire Sc ience and Technology, July 2005,Vo l 24,No. 4完全, 保证电石和水有充分接触的时间, 可在发生器内设2 层 3 层隔板, 使电石走“S”形路程。隔板应是耙齿形, 使电石表面不断更新, 促使水解反应完全。当乙炔发生器发生漏气, 内部压力下降时, 应立即停止加料, 找出漏气的原因及时修理。当乙炔发生器停止使用或乙炔管道内温度低于16 时, 乙炔能与水生成一种冰雪状的水合晶体。这种水合晶体容易堵塞管道或与乙炔发生器摩擦产生静电, 或在检验发生器时因碰击而发生危险, 故应用加热水冲洗。在检验时不得将任何照明灯具拉进发生器内部。(4) 控制排渣速度, 渣坑严禁烟火。乙炔发生器排渣时, 易将乙炔带出。如排渣过快, 发生器还易形成负压, 吸入空气, 形成爆炸性混合物。因此, 可在排渣管路上安设两个控制阀门, 以有效地控制排渣速度。排渣管如堵塞, 可用水冲洗, 严禁使用金属工具凿通, 以免碰击产生火花发生爆炸事故。电石渣坑应设置在室外通风良好的地方, 加水要充分, 以使残留电石得到充分水解, 电石渣坑四周应禁止烟火。电石渣在清理时, 也应注意防火。2. 3防止新的爆炸物的生成为防止乙炔与铜、银、汞等重金属生成乙炔铜、乙炔银、乙炔汞等新的爆炸物, 乙炔发生器上的计量仪器、测温筒、自动控制设备和检修用的工具, 乙炔压缩机上的附件等所有与乙炔接触的附件、仪器, 其材质的含铜量都不应超过70%。考虑到温度计插入乙炔器中有破裂的可能, 水银温度计若有汞液流出与乙炔接触会生成乙炔汞, 因此, 禁止使用水银温度计。2. 4设置必要的安全设施在乙炔发生系统应装设正水封、逆水封和安全水封。在乙炔发生器通往乙炔气柜或使用车间的管道上应设正水封; 为防止乙炔发生器内出现负压时吸入空气, 在乙炔气柜返回发生器的管道上应设逆水封; 为防止乙炔发生器内压力过高时造成爆炸事故, 在乙炔发生器上应设安全水封, 使反应器内的乙炔气克服安全水封的液体静压力, 通过放空管道放空, 不致发生超压爆炸危险, 但放空管应高出乙炔生产厂房3 m 以上,并安装阻火器, 以防回火引起事故。水封的性能必须可靠, 并要垂直安装。发生回火后要重新灌水, 调换爆破膜、片, 调整正常后才能重新使用。2. 5严格检查气瓶, 控制工作温度和充装速度乙炔的灌装是将贮存在气柜内的乙炔气体先经水封安全装置, 再经充填无水氯化钙的低压干燥器除去水分, 使用专门的乙炔压缩机, 以2. 5M Pa 的压强将乙炔灌充到内部装有活性炭加丙酮的专用钢瓶内。由于灌装时火灾危险性较大, 故应严格以下要求:(1) 严格检查要充装的气瓶。灌充前, 必须对要充装的气瓶进行严格的鉴别和称重, 并做好详细记录。凡进厂的新瓶应先鉴别是否属于乙炔瓶, 并校验乙炔气剩余压力, 凡压强低于50 kPa 或瓶内无剩余乙炔气的, 必须用乙炔气进行置换, 待纯度合格后才能灌充;还应检查钢瓶是否在检验有效期限内, 如果气瓶不在有效期内, 或带有机械性损伤(裂纹凹陷等) , 及火焰烧烤痕迹或气瓶阀已损坏等, 均应检出, 严禁充气。还应当检查生产厂家必须向用户提交的产品质量说明书。产品说明书应有乙炔气的特性指标, 如爆炸极限、分解温度、自燃点及消防安全要求等。乙炔的纯度不应低于98% , 产品中的有害杂质必须低于国家限定的指标。(2) 乙炔气瓶的填料要保证质量。乙炔气瓶在使用或搬运过程中会遭受震动或撞击造成填料下沉, 以至形成净空间, 导致乙炔分解爆炸。故多孔填料必须严格按照以下质量要求: 填料的材质不得与乙炔、溶剂及气瓶金属有化学作用; 填料必须有足够的强度, 其耐压强度应大于1M Pa, 使气瓶在使用中填料不会损耗、下沉、形成空洞; 填料内应有较大的孔隙度(多孔率不少于85% ) , 并应有良好的毛细管作用, 以保证气瓶内有充足的容积使丙酮均匀分布在其中; 填料必须轻松, 其密度应小于280 gL , 但填料内部不得产生孔洞, 表面不得有密集孔洞, 个别出现的单个孔洞直径在任何情况下都不得大于10 mm; 填料在气瓶内与瓶壁的间隙在任何情况下都不得大于1. 5 mm。(3) 应称重检查气瓶内的丙酮是否有流失。乙炔瓶内填充丙酮的目的是由于乙炔在丙酮中的溶解度较大, 从而增加了乙炔容量; 同时, 当乙炔溶解于丙酮时,由于其分子被溶剂所分离, 亦降低了乙炔的爆炸能力,故丙酮对乙炔气瓶的安全非常重要。因此, 丙酮的纯度不应低于99%。因为丙酮为易燃液体, 所以做补充用的丙酮不应存放在乙炔压缩机间及灌充气瓶间内。(4) 严格控制压缩充装设备的氧含量和工作温度。乙炔压缩机是高温高压设备, 开机前应对整个系统采用氮气吹扫, 使系统内的氧含量小于3%; 开机后应经常注意乙炔压缩机的冷却水量和工作温度, 保持乙炔出口温度不超过90 。由于乙炔灌装危险性很大, 所以灌装用的乙炔压缩机应布置在单独的房间内。(5) 控制乙炔气瓶的许用最高压力。根据德国和日本的有关报道, 溶解乙炔气瓶在起始压强为2. 2M Pa 以上进行回火试验时, 几乎都会发生分解爆炸。这说明, 尽管溶解乙炔的化学稳定性比压缩乙炔或液化乙炔均有很大提高, 分解爆炸的性质也有所改善, 但消防科学与技术2005 年7 月第24 卷第4 期461其火灾危险性仍没有改变, 尤其是在激发能源存在的情况下, 分解爆炸的危险性依然存在。如温度在15 时, 气瓶的压强为1. 55M Pa, 当溶解乙炔气瓶的压强为2. 2M Pa 时, 其对应温度大约为31 。按此推论,如没有激发能源, 乙炔气瓶置于40 的环境气温下使用是安全的, 但当有激发能源存在时, 在环境气温30以上使用时仍有发生爆炸的危险。这就不难看出, 乙炔气瓶在许用温度和许用压力下使用尚且如此, 如若有超温、超压存在, 其火灾危险性就会更大。因此, 为防止充装时温升过高, 灌充容积流速按乙炔气瓶的容量(水容量) 40 L 计算, 不宜超过0. 8 m 3(h瓶)。通常装瓶应分两次进行, 第一次充装至2. 2M Pa, 然后静置6 h 12 h, 第二次按环境温度充装, 且不应超过表3所规定的压力。在寒冷地区, 若采取一次充装, 其充装容积流速不应超过0. 6m 3(h瓶)。灌充完毕的乙炔钢瓶须静置6 h 后才可出厂。乙炔气瓶在不同温度下充分静置后的压强对照, 如表3 所示。表3乙炔气瓶在不同温度下的压强温度 - 10 - 5 0 5 10 15 20 25 30 35 40极限压强M Pa 0. 7 0. 8 0. 9 1. 05 1. 2 1. 4 1. 6 1. 8 2. 0 2. 25 2. 5为了保证乙炔瓶的使用安全, 在措施上除了严格执行允许最大充装量, 以及许用最高温度、压力外, 在使用过程中, 绝对禁止一切激发能源存在。由于回火常常是导致乙炔气瓶分解爆炸的原因, 所以应特别严加防范。在炎热地区, 为了防止气瓶在充装时温度过高,宜在灌瓶台上设置喷淋水管。2. 6乙炔管道输送严格控制流速和流量不同流量下乙炔管道内径的选择, 应符合表4 的要求。表4不同流量下的乙炔管道内径选择管道长度m乙炔管道内径mm乙炔流量m 3h1 2 4 6 8 10102030501001602001919252532323825323238384545323838455050(65)38454550(65)(65)(76)454550(65)(65)(76)(76)4550(65)(65)(76)(76)(76)注: 括号内数值慎用当乙炔用量较大时, 通常都采用乙炔的管道输送。乙炔的管道输送除了必须按照乙炔站设计规范GB50031- 91 进行设计外, 在防火要求上应保证各个连接部位不漏气, 管道本身应保证一定的耐压强度, 管科技信息美观的应急照明设备目前, 应急照明产品新增加了一种作为主照明体的“Style”系列。利用白色聚碳酸酯底座和乳白色聚碳酸光散射体制造, 达到了IP254 安全等级。这种照明灯具配备了灯光散射体启动的操纵杆, 便于进入传动装置和16W 的2D2照明灯。新型“Style”应急照明灯具产品包括仅有电源主干导线的、免维护或开关维护的版本, 适合于正方形或者圆形的外壳设计。马宝珠供_稿道的直径应根据其工作压力来确定, 以防止和避免爆炸波的传递。一般要求, 当乙炔管道的工作压力在0.01 kPa 0. 15 kPa 时, 管道直径不得大于50 mm; 管道工作压力大于0. 15 kPa 时, 其管径不得大于20mm。如果流量大, 可同时平行敷设几根管道。乙炔在管道中的流速: 厂区和车间的乙炔管道中的工作压力在0. 007 kPa 0. 15 kPa 时, 其最大流速不应超过8 m s; 乙炔站内的乙炔管中的工作压力为2. 5 kPa及其以下时, 其最大流速不应超过4 m s。参考文献: 1 郑端文. 生产工艺防火M . 北京: 化学工业出版社, 1998. 2 GB 50031- 91, 乙炔站设计规范S .Technolog ical f ire preven tion measures toproduction of ethine from calc ium carbideCU I Feng2x ia1, ZHEN G Duan2w en2(1. 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