溶解乙炔反应车间防火防爆设计

【溶解乙炔反应车间防火防爆设计】-1-溶解乙炔反应车间防火防爆设计摘要依据国家安全生产相关法律、法规以及湿法制乙炔行业相关标准、规范,并借鉴溶解乙炔厂设计标准,针对溶解电石反应车间（电石入水式低压发生器）安全设计,从反应车间的选址及规划、平面布局、建筑结构、安全技术、安全设施以及安全管理措施方案几个方面进行了论述,以期为溶解电石反应车间安全设计提供参考。简述并全面分析了溶解电石法生产乙炔的工艺过程及其火灾爆炸危险性,系统而有针对性的提出了该工艺过程中电石反应车间的防火防爆安全措施。关键词:溶解电石法；乙炔；防火防爆；安全设计。前言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。但因现今乙炔制取行业普遍使用溶解电石法，此方法生产工艺涉及诸多火灾爆炸安全隐患,不少单位在生产中缺乏对乙炔生产的安全知识,存在生产设备简陋落后，生产管理粗放混乱,导致着火、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防爆安全工作十分重要。如下图：设备简陋、管理混乱的小作坊式生产【溶解乙炔反应车间防火防爆设计】-2-广西省发生的一起乙炔反应车间爆炸事故本设计针对溶解电石反应车间（电石入水式低压发生器）安全设计,从反应车间的选址及规划、平面布局、建筑结构、安全技术、安全设施以及安全管理措施方案几个方面进行了论述,以期为溶解电石反应车间安全设计提供参考。1术语1.1溶解电石法电石与水在发生器中连续反应生产粗乙炔气，经过冷却分离贮存在贮气柜中。贮气柜内的乙炔气经入净化器，在净化器中用化学方法除硫化氢、磷化氢等杂质气体，从而等到纯乙炔气。1.2传爆能力爆炸性混合气体传播爆炸的能力1.3最小点火能能引起点火的最小点火能量1.4触媒剂也称催化剂，控制反应速度，通常是加快，也有减慢反应速度的，成为阻化剂。1.5危险品生产厂房生产、制造、加工危险品的建筑物。1.6毒性程度半数致死量(浓度)是评价毒物毒性的主要指标之一。半数致死量是指给一定数量动物投药后,引起半数动物死亡的剂量。并以半数动物死亡为标准,作为测定药物急性毒性的指标1.7爆炸极限可燃物质(可燃气体、蒸气和粉尘)与空气(或氧气)必须在一定的浓度范围内均匀混合，形成预混气，遇着火源才会发生爆炸，这个浓度范围称为爆炸极限，或爆炸浓度极限。1.8裂解法裂解是指只通过热能将一种样品（主要指高分子化合物）转变成另外几种物质（主要指低分子化合物）的化学过程。裂解也可称谓热裂解或热【溶解乙炔反应车间防火防爆设计】-3-解。1.9危险性建筑物指生产或储存危险品的建（构）筑物，包括危险品生产厂房、储存库房（仓库）等。1.10分解爆炸性分解性气体在一定压力下遇定能量的点火源发生裂解燃烧继而爆炸的性质。1.11布袋除尘器工作机理是含尘烟气通过过滤材料，尘粒被过滤下来，过滤材料捕集粗粒粉尘主要靠惯性碰撞作用，捕集细粒粉尘主要靠扩散和筛分作用，滤料的粉尘层也有一定的过滤作用。1.12防火间距防火间距是指相邻两栋建筑物之间，保持适应火灾扑救、人员安全疏散和降低火灾时热辐射的必要间距。也就是指一幢建筑物起火，其相邻建筑物在热辐射的作用下，在一定时间内没有任何保护措施情况下，也不会起火的最小安全距离。1.13回火防止器装在乙炔压力表后接管线处,对气焊气割过程中发生的回火起到防止的作用.避免火焰进入气瓶,发生爆炸.1.14外部最小允许距离指危险性建筑物与外部各类目标之间，在规定的破坏标准下所允许的最小距离。它是按建筑物的危险等级和计算药量确定的。1.15内部最小允许距离指危险品厂房、库房与相邻建筑物之间，在规定的破坏标准下所允许的最小距离。它是按建筑物的危险等级和计算药量确定的。1.16防护屏障有天然屏障和人工屏障，其形式、强度均能按规定方式限制爆炸冲击波、碎片、火焰对附近建筑物及设施的影响。1.17耐火等级是衡量建筑物耐火程度的分级标度，规定建筑物的耐火等级是建筑设计防火规范中规定的防火技术措施中的最基本措施之一。建筑物的耐火等级分为四级：一级耐火等级建筑是钢筋混凝土结构或砖墙与钢混凝土结构组成的混合结构；二级耐火等级建筑是钢结构屋架、钢筋混凝土柱或砖墙组成的混合结构；三级耐火等级建筑物是木屋顶和砖墙组成的砖木结构；四级耐火等级是木屋顶、难燃烧体墙壁组成的可燃结构。1.18轻型泄压屋盖泄压部分（不包括檩条、梁、屋架）由轻质材料构成，当建筑物内部发生事故时，具有泄压效能，使建筑物主体结构尽可能不受到破坏的屋盖。轻型泄压部分的单位面积重量不应大于0.8kN/m²。【溶解乙炔反应车间防火防爆设计】-4-1.19轻质易碎屋盖由轻质易碎材料构成，当建筑物内部发生事故时，不仅具有泄压效能，且破碎成小块，减轻对外部影响的屋盖。轻质易碎部分的单位面积重量不大于1.5kN/m²。1.20抗爆间室具有承受本室内因发生爆炸而产生破坏作用的间室，对间室外的人员、设备以及危险品起到保护作用。可根据间室内生产或储存的危险品性质、恢复生产的要求，可承受一次或多次爆炸破坏作用的间室。1.21抗爆屏院当抗爆间室内发生爆炸事故时，为阻止爆炸破片和减弱爆炸冲击波泄爆方向扩散而在抗爆间室轻型窗外设置的屏院。1.22全年最小频率风向全年（或夏季）各风向中频率出现最少的风向。1.23安全出口建筑物内的作业人员能直接疏散到室外安全地带的门或出口。1.24生活辅助用室指更衣室、盥洗室、浴室、洗衣房，休息室、厕所等。1.25电气危险场所爆炸或燃烧性物质出现或预期可能出现的数量达到足以要求对电气设备的结构、安装和使用采取预防措施的场所。1.26可燃性粉尘环境在大气环境条件下，粉尘或纤维状的可燃性物质与空气的混合物点燃后，燃烧传至全部未燃混合物的环境。1.27爆炸性气体环境在大气环境条件下，气体或蒸气可燃性物质与空气的混合物点燃后，燃烧传至全部未燃混合物的环境。1.28直接接地将金属设备或金属构件与接地系统直接用导体进行可靠连接。1.29间接接地将人体、金属设备等通过防静电材料或防静电制品与接地系统进行可靠连接。1.30防静电材料通过在聚合物内添加导电性物质（碳黑、金属粉等）、抗静电剂等，以降低电阻率，增加电荷泄漏能力的材料统称为防静电材料。1.31防静电制品由防静电材料制成，具有固体形状，电阻值在5×104Ω～1×108Ω范围内的物品。1.32静电非导体体电阻率值大于或等于1.0×1010Ωm的物体或表面电阻率大于或等于1.0×1011Ω的物体。1.33允许最高表面温度为了避免粉尘点燃，允许电气设备在运行中达到的最高表面温度。1.34独立变电所变电所为独立的建筑物。1.35防静电地面能有效地泄漏或消散静电荷，防止静电荷积累的地面。【溶解乙炔反应车间防火防爆设计】-5-1.36静电泄漏电阻的被测点与大地之间的总电阻。1.37防火墙指能够截断火焰及火星传播且在一定时间内能起到隔绝温度传播的不燃烧体材料制成的实心砌体，耐火极限不小于3h。该防火墙上不应开设门、窗和洞口。2.乙炔、电石性质综述2.1乙炔性质综述2.1.1乙炔的物理化学性质乙炔(C2H2)，又名电石气，是不饱和的碳氢化合物，在常温和大气压力下，它是一种无色气体，工业用乙炔中，因为混有硫化氢(H2S)及磷化氢(PH3)等杂质，故具有特殊的臭味。乙炔分子量26，熔点-80.5℃，沸点-84℃，气体密度1.1767g/L（标准状态），是一种易燃易爆有毒的气体，毒性程度Ⅲ级（中度危害），浓度约在10％时就有轻微中毒感，随着浓度增大毒性亦增大。乙炔与空气混合时爆炸范围为2.5％～82％（V/V），当乙炔气与空气混合达到爆炸范围时，只要碰到火星就会发生爆炸事故。它与氢气、甲烷、丙烷、乙烷、丁烷、乙烯、丙烯等相比，具有更大的危险性。乙炔是理想的可燃气体，与空气混合燃烧时所产生的火焰温度为2350℃，而与氧气混合燃烧时所产生的火焰温度为3100～3300℃，因此用它足以熔化金属进行焊接，乙炔完全燃烧反应式如下：2C2H2+5O2＝4CO2+2H2O+Q(放热)从上式看出：1体积的乙炔完全燃烧需要2．5体积的氧。2.1.2乙炔的爆炸性及溶解性乙炔是一种危险的易燃易爆气体。它的自燃点低(305℃)，点火能量小(0．019毫焦)。在一定条件下，很容易因分子的聚合，分解而发生着火、爆炸。2.1.2.1自燃点乙炔自燃点比较低，在空气中305℃，在氧气中为296℃，它比一般易燃气体的自燃点低100～200℃。当乙炔中含有PH3，其自燃点还会更低，当PH3量达200ppm时，它在空气中的自燃点可降低至200℃以下。根据《爆炸和危险环境电力装置设计规范》（GB50058-92），易燃气体按引燃温度【溶解乙炔反应车间防火防爆设计】-6-高低分为6组，乙炔属于第2组。2.1.2.2最小点火能可燃气体在空气中，给一定的能量，即可点火燃烧，能引起点火的最小点火能量称为最小点火能。乙炔的最小点火能只有0.019mJ，与氢气相同，约为一般易燃气体的1/10，按最小点燃电流大小（MIR）分缴，可分为3级，乙炔为3级。2.1.2.3爆炸范围乙炔的爆炸范围：在空气中为2.5％～82％（V/V），在氧气中为2.8％～100％，在一般的易燃易爆气体中，乙炔的爆炸范围最大，爆炸下限也是最低。纯乙炔也能够爆炸，是一种分解爆炸。纯乙炔在压力0.15MPa、温度达到580℃就开始分解爆炸。乙炔加压后更容易引起分解爆炸。乙炔分解爆炸的最小点火能随压力增高而下降，所以高压乙炔的爆炸危险性更大。当压力为0.981MPa，乙炔的最小分解点火能为2.9mJ，如当压力增加到2.45MPa，则最小分解点火能量降低，仅为0.2mJ。这个能量相当于一般易燃气体在空气中的最小点火能量，所以高压乙炔气是非常危险的。常用下式作为易燃易爆气体的危险度：式中，H为危险度，爆上为爆炸上限，爆下为爆炸下限、乙炔危险度2.1.2.4传爆能力传爆能力是指爆炸性混合气体传播爆炸的能力。传爆能力按最大试验安全间隙（MESG）来衡量。传爆间隙是通过长25mm的间隙连通爆炸性混合气体，当一侧燃爆时能引起另一侧燃爆的最大间隙。爆炸性混合气体的传爆能力分为3级，乙炔为3级。所以，乙炔的传播能力和传爆能力是很强的。2.1.3纯乙炔的分解爆炸性【溶解乙炔反应车间防火防爆设计】-7-纯乙炔的分解爆炸性，首先决定于它的压力和温度，同时与接触介质、乙炔中的杂质、容器形状等有关。2.1.3.1当温度超过200～300℃时，乙炔分子就开始聚合，而形成其它更复杂的化合物，如苯(C6H6)、苯乙烯(C8H8)、萘(C10H8)、甲苯(C7H8)等。聚合作用是放热的，气体温度越高，聚合作用速度越快，因而放出的热量就会促成更进一步的聚合。当温度高于500℃时，未聚合的乙炔就会发生爆炸分解。如果在聚合过程中将热量急速排除，则反应只限于一部分乙炔的聚合作用，而分解爆炸则可避免。乙炔是吸热化合物，即由元素组成乙炔时需要消耗大量的热，当乙炔分解时即放出它在生成时所吸收的全部热量：C2H2→2C+H2+226kJ／mol。分解时生成物是细粒固体碳及氢气。如果这种分解是在密闭容器(如乙炔发生器、乙炔瓶)内进行的，则由于温度的升高，压力急剧增大10～13倍而引起爆炸。增加压力也能促使和加速乙炔的聚合和分解。温度和压力对乙炔的聚合作用与爆炸分解的关系可用图1的曲线表示。从图中可以看出，在温度等于或低于540℃，压力小于0．3MPa时，乙炔主要是聚合过程。当压力为150kPa。而温度超过580℃时，就能形成乙炔分解爆炸。压力越高，聚合作用能促进乙炔分解爆炸所需要的温度就越低。根据这一特点，现用的乙炔发生器工作压力极限不超过150kPa。一般在乙炔发生器的电石分解区或集气室中，是不可能达到这一温度和发生爆炸的。一旦由于某种原因(如电石的局部过热)而温度过高时，就应该及时地采取冷却降温措施，把能量导出，那么乙炔就只是聚合而不会引起爆炸分解。图1乙炔的