氯硅烷事故暴露出的问题及对策措施

氯硅烷事故暴露出的问题及对策措施一、三氯硅烷事故案例事故一新疆大全能源股份有限公司“7•2”爆炸事故2020年7月2日2时28分许，新疆大全能源股份有限公司发生爆炸事故，爆炸解体的容器碎片砸坏相邻精馏装置的进料阀门及附属工艺管道，致使化学物料（三氯硅烷）大量泄漏（10-12吨），事故未造成人员伤亡，泄漏的三氯硅烷产生的氯化氢扩散造成145团19户21人疏散撤离，开发区北工业园区警戒。爆炸事故的直接经济损失为209.1174万元。事故调查认定事故发生前R10421B反应柱处于氮气置换环节，置换用变径短节焊缝未按规范焊接，存在缝隙，在文丘里效应下，氮气带空气进入反应柱，逐渐形成内部燃爆环境；焊接结构缺陷最终导致焊缝撕裂，大量氯硅烷泄漏，泄漏的氯硅烷与空气形成爆炸性混合气体，接触到自制加热套管（蒸汽温度146℃），发生燃烧，燃烧引入反应柱，发生爆炸。事故二新疆协鑫精馏装置“7•19”闪爆事故2020年7月19日20时，新疆协鑫精馏装置发生闪爆，根据初步了解信息判断是精馏除硼过滤器管路憋压导致泄漏，泄漏物料是三氯硅烷，造成闪爆，共闪爆5次；现场精馏界区管廊全部炸断，整个精馏仪表、电器工艺管路全部中断，大量氯硅烷外泄，吸附区吸附柱爆炸，具体爆炸几台还未核实清楚。具体事故原因还在组织分析中，后续跟踪事故进展。二、三氯硅烷简介三氯硅烷在常温常压下为具有刺激性恶臭、易流动、易挥发、易潮解的无色透明液体，易溶于醚、苯、氯仿和二硫化碳等有机溶剂，遇水易发生分解反应产生氯化氢气体，与氧化剂可以发生强烈反应，遇明火、高热时发生燃烧或爆炸。三、三氯硅烷事故数据分析近年来，国内外均有氯硅烷事故发生，通过收集整理近年来17起事故，从事故发生环节、事故类型、事故位置、事故原因、事故模式等多个维度进行系统分析，结论如下：（1）生产环节事故最多，共7起，占41%，其次是检维修和运输环节，各4起，各占23%，储存环节事故最少，2起，占12%。（2）换热器事故最多，5起，占32%，其次是槽罐车，3起，占19%，第三是储罐和管线，各2起，各占13%，桶、泵、过滤器等较少，1起，各占6%。（3）事故主要是泄漏事故，10起，占59%，其次是泄漏后导致的火灾事故，4起，占23%，第三是泄漏后导致的爆炸事故，3起，占18%。（4）事故原因主要是设备缺陷（管线破裂、垫片失效、安全阀失效等）、检维修作业安全措施不落实。（5）火灾爆炸事故模式主要分为两类：三氯硅烷泄漏后与空气中的水分反应，生成氢气及氯化氢，导致着火爆炸；检维护作业过程中，动火作业引起三氯硅烷火灾爆炸。四、氯硅烷事故暴露出的问题1、氯硅烷类物质本质危险性大氯硅烷泄漏后与空气中的水分迅速反应，生产氢气和氯化氢，有着火爆炸的风险，大量泄漏后迅速气化，到达爆炸范围内，有气相燃爆的风险。二氢二氯硅烷危险性极高，易燃易爆，且爆炸性极强，空气中爆炸极限(20℃，101.325kPa)为4.1%～98.8%(体积)，加热至100℃以上时会自行分解而生成氯化氢、氯、氢和不定性硅，施以强烈撞击时也会自行分解。在正常生产过程中，四氯硅烷过量，通过反歧化反应控制二氢二氯硅的浓度维持在较低的水平，但是在停车或者异常工况下，四氯化硅烷较少时，二氯二氢硅可能发生爆炸。2、企业对工艺危险性认识不清国内绝大多数企业的生产技术是从国外打包购买，虽然经过消化吸收，大部分技术已基本掌握，但对工艺过程的反应机理及反应危险性了解程度较低，无法完全认识到工艺过程的危险性。如在新疆大全事故中，企业对反歧化反应中树脂催化剂与氯硅烷的作用机理不明确，四氯化硅与二氢二氯硅反歧化反应生成三氯硅烷，正常生产期间，由于四氯化硅过量，保证二氯二氢硅处于低浓度状态，但是在设备检修和停工期间，树脂与吸附的少量氯硅烷会发生反应，不稳定的二氯二氢硅也会发生其他反应，导致爆炸事故的发生，具体反应机理尚不明确。3、监控、报警、联锁等自动安全控制措施不完善部分公司的工艺安全控制水平较低，未建立合理的保护层措施，尤其是缺少对关键参数的监测、自动调节控制、自动报警和合理的安全联锁系统，装置运行过于依赖现场人员的操作，一旦发生异常，既不能及时发现，也做不到迅速响应，最终演变为事故。4、变更风险管控不到位氯硅烷行业是高耗能行业，企业在技术引进后大多进行了节能改造，但是未进行变更危害分析，无法识别并消除改造后带来的安全风险。以新疆大全公司事故为例，其反歧化工艺实际是由企业自主设计的全新流程，但未进行充分的工艺安全可靠性论证，盲目上马，野蛮操作，最终导致事故。5、检维修风险管控不力氯硅烷行业中检维修事故多发，尤其是动火作业事故多发，主要体现在作业前安全措施不落实，未对设备进行彻底吹扫置换、未加设盲板即进行动火作业，最终导致氯硅烷发生火灾爆炸事故。6、应急救援预案准备不足部分公司消防设备不完善，自防自救能力差，没有制订全面、系统的应急救援预案，平时演练不够，致使突发事故时无法采取有效的措施并及时加以控制。7、人员培训存在不足氯硅烷从业人员安全和技能培训不足，部分企业管理层和技术人员对所负责的工艺缺乏深入了解，基层操作人员缺乏基本的化工操作知识，致使对所负责工艺的危险性缺乏认知，违章现象严重。五、氯硅烷事故对策措施针对我国氯硅烷生产中存在的问题，结合事故案例，从技术和管理两个方面提出以下对策措施：1、安全技术提升（1）加强对氯硅烷生产过程中的工艺安全、反应安全有关基础理论研究，加强对氯硅烷生产过程中的有关中间产品、副产品危险特性的认识，深入研究反应致灾机理，构建反应失控模型，为工艺控制技术手段的研发夯实基础。（2）提升氯硅烷工艺工程设计的本质安全化水平，减少或避免临时搭接的管线设计，保证涉氯化硅物料体系与含水或空气体系完全隔离；装置设计中应统筹考虑装置运行的各阶段，尤其在开停车、检维修时应避免造成二氯二氢硅滞留。（3）选择符合物料及工艺特征的设备材质，避免工艺中可能产生的氯化氢腐蚀，加强设备状态在线监测与诊断预警相关技术的开发，针对关键设备、关键材料，开发适用的监测、诊断与失效控制技术，提高监测和诊断技术的有效性。（4）全面提高氯硅烷工艺装置的安全自动化水平，基于保护层理念，确保实现对关键安全参数的实时监控、实时调节、实时报警，并在风险评估的基础上设置合理的安全联锁系统。2、安全管理提升（1）落实对新工艺的安全风险评估工作，强化风险排查，严格按照变更管理程序，开展规范的变更管理，对变更过程产生的风险进