反應(yīng)釜和蒸餾釜(包括精餾釜)是化學(xué)工業(yè)中最常用的設(shè)備之一，也是危險(xiǎn)性較大、容易發(fā)生泄漏和火災(zāi)爆炸事故的設(shè)備。反應(yīng)釜指帶有攪拌裝置的間歇式反應(yīng)器，根據(jù)工藝要求的壓力不同，可以在敞口、密閉常壓、加壓或負(fù)壓等條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。蒸餾釜是用來(lái)分離均相液態(tài)混合物的裝置。
近年來(lái)，反應(yīng)釜、蒸餾釜的泄漏、火災(zāi)、爆炸事故屢屢發(fā)生。由于釜內(nèi)常常裝有有毒有害的危險(xiǎn)化學(xué)品，事故后果較之一般爆炸事故更為嚴(yán)重。本文對(duì)導(dǎo)致反應(yīng)釜、蒸餾釜事故發(fā)生的危險(xiǎn)因素進(jìn)行全面分析，列舉相關(guān)事故案例，并提出相應(yīng)的安全對(duì)策措施。
固有危險(xiǎn)性
反應(yīng)釜、蒸餾釜的固有危險(xiǎn)性主要有以下幾個(gè)方面：
1.物料
反應(yīng)釜、蒸餾釜中的物料大多屬于危險(xiǎn)化學(xué)品。如果物料屬于自燃點(diǎn)和閃點(diǎn)較低的物質(zhì)，一旦泄漏后，會(huì)與空氣形成爆炸性混合物，遇到點(diǎn)火源(明火、火花、靜電等)，可能引起火災(zāi)爆炸;如果物料屬于毒害品，一旦泄漏，可能造成人員中毒窒息。
1994年3月27日，紹興市某助劑總廠抗靜電劑車(chē)間發(fā)生反應(yīng)釜爆炸，造成4人死亡、8人重傷。反應(yīng)釜內(nèi)主要是爆炸極限為3%～100%的環(huán)氧乙烷，事故主要原因是釜內(nèi)的空氣沒(méi)有被氮?dú)庵脫Q完全，與環(huán)氧乙烷的混合濃度達(dá)到了爆炸極限。該廠是一家新成立不久的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，所用壓力容器從未經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)，操作工文化技術(shù)素質(zhì)低，沒(méi)有經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)，根本不了解生產(chǎn)過(guò)程的危險(xiǎn)程度及處置故障的方法。該項(xiàng)目投產(chǎn)前未經(jīng)“三同時(shí)”審查，沒(méi)有完整的安全操作規(guī)程和技術(shù)措施，對(duì)反應(yīng)釜中的空氣是否置換完全無(wú)法通過(guò)儀表顯示，也沒(méi)有制訂化驗(yàn)測(cè)定程序，工人憑經(jīng)驗(yàn)、感覺(jué)進(jìn)行操作。
2.設(shè)備裝置
反應(yīng)釜、蒸餾釜設(shè)計(jì)不合理、設(shè)備結(jié)構(gòu)形狀不連續(xù)、焊縫布置不當(dāng)?shù)?，可能引起?yīng)力集中;材質(zhì)選擇不當(dāng)，制造容器時(shí)焊接質(zhì)量達(dá)不到要求，以及熱處理不當(dāng)?shù)?，可能使材料韌性降低;容器殼體受到腐蝕性介質(zhì)的侵蝕，強(qiáng)度降低或安全附件缺失等，均有可能使容器在使用過(guò)程中發(fā)生爆炸。
2007年12月1日，河北省保定市某建材有限公司粉煤灰加氣混凝土砌塊生產(chǎn)車(chē)間壓力容器(蒸氧釜)發(fā)生爆炸，造成5人死亡、1人輕傷。據(jù)調(diào)查，該企業(yè)管理人員擅自改變工藝參數(shù)，將蒸氧釜的釜體與釜蓋連接螺栓的總數(shù)從60條減至不足30條，且更換不及時(shí)，對(duì)蒸氧釜的安全閥未及時(shí)進(jìn)行校驗(yàn)，長(zhǎng)期超壓、超溫運(yùn)行，導(dǎo)致事故發(fā)生。
2000年9月4日，湖南省益陽(yáng)市某生化試劑廠一臺(tái)夾套式搪玻璃反應(yīng)釜在運(yùn)行過(guò)程中，釜蓋突然沖脫，大量丙酮介質(zhì)噴出，與空氣混合形成爆炸性氣體，發(fā)生大爆炸，造成2人死亡、6人受傷。事故主要原因是反應(yīng)釜密封面墊圈老化，運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生泄漏，工人帶壓緊固，致使釜蓋脫出，引起爆炸。這臺(tái)反應(yīng)釜為舊壓力容器，使用前未經(jīng)檢驗(yàn)，且違法安裝，操作人員也未經(jīng)培訓(xùn)。
操作過(guò)程危險(xiǎn)性
反應(yīng)釜、蒸餾釜在生產(chǎn)操作過(guò)程中主要存在以下風(fēng)險(xiǎn)：
1.反應(yīng)失控引起火災(zāi)爆炸
許多化學(xué)反應(yīng)，如氧化、氯化、硝化、聚合等均為強(qiáng)放熱反應(yīng)，若反應(yīng)失控或突遇停電、停水，造成反應(yīng)熱蓄積，反應(yīng)釜內(nèi)溫度急劇升高、壓力增大，超過(guò)其耐壓能力，會(huì)導(dǎo)致容器破裂。物料從破裂處噴出，可能引起火災(zāi)爆炸事故;反應(yīng)釜爆裂導(dǎo)致物料蒸氣壓的平衡狀態(tài)被破壞，不穩(wěn)定的過(guò)熱液體會(huì)引起2次爆炸(蒸汽爆炸);噴出的物料再迅速擴(kuò)散，反應(yīng)釜周?chē)臻g被可燃液體的霧滴或蒸汽籠罩，遇點(diǎn)火源還會(huì)發(fā)生3次爆炸(混合氣體爆炸)。
導(dǎo)致反應(yīng)失控的主要原因有：反應(yīng)熱未能及時(shí)移出，反應(yīng)物料沒(méi)有均勻分散和操作失誤等。
2007年3月16日，江蘇省東臺(tái)市某化工企業(yè)在利用原生產(chǎn)裝置非法試制新產(chǎn)品乙氧基甲叉基丙二腈過(guò)程中，蒸餾塔突然爆炸，造成4人死亡、1人受傷。事故現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖1～圖3。導(dǎo)致這起事故的直接原因是，乙氧基甲叉基丙二腈粗產(chǎn)品過(guò)度蒸餾，導(dǎo)致高沸物堵塞填料層，蒸餾釜內(nèi)壓力增大，發(fā)生物理爆炸，將填料塔下面的塔節(jié)炸飛，繼而引起物料發(fā)生燃燒和化學(xué)爆炸。
2.反應(yīng)容器中高壓物料竄入低壓系統(tǒng)引起爆炸
與反應(yīng)容器相連的常壓或低壓設(shè)備，由于高壓物料竄入，超過(guò)反應(yīng)容器承壓極限，從而發(fā)生物理性容器爆炸。
1991年8月22日，河南省平頂山市樹(shù)脂廠發(fā)生的重大火災(zāi)事故，就是由于聚合工段反應(yīng)釜超壓，當(dāng)班職工緊急處理時(shí)，未徹底關(guān)閉通往泡沫捕集器(常壓設(shè)備)的閥門(mén)，引起爆炸，隨后又引起整個(gè)工段的可燃性混合氣體爆炸。
3.水蒸氣或水漏入反應(yīng)容器發(fā)生事故
如果加熱用的水蒸氣、導(dǎo)熱油，或冷卻用的水漏入反應(yīng)釜、蒸餾釜，可能與釜內(nèi)的物料發(fā)生反應(yīng)，分解放熱，造成溫度壓力急劇上升，物料沖出，發(fā)生火災(zāi)事故。
4.蒸餾冷凝系統(tǒng)缺少冷卻水發(fā)生爆炸
物料在蒸餾過(guò)程中，如果塔頂冷凝器冷卻水中斷，而釜內(nèi)的物料仍在繼續(xù)蒸餾循環(huán)，會(huì)造成系統(tǒng)由原來(lái)的常壓或負(fù)壓狀態(tài)變成正壓，超過(guò)設(shè)備的承受能力發(fā)生爆炸。
2006年7月28日，江蘇省鹽城射陽(yáng)縣鹽城氟源化工有限公司的爆炸事故，就是由于在氯化反應(yīng)塔冷凝器無(wú)冷卻水、塔頂沒(méi)有產(chǎn)品流出的情況下，沒(méi)有立即停車(chē)，錯(cuò)誤地繼續(xù)加熱升溫，使2,4-二硝基氟苯長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)，最終導(dǎo)致其分解爆炸。
5.容器受熱引起爆炸事故
反應(yīng)容器由于外部可燃物起火，或受到高溫?zé)嵩礋彷椛?，引起容器?nèi)溫度急劇上升，壓力增大發(fā)生沖料或爆炸事故。
6.物料進(jìn)出容器操作不當(dāng)引發(fā)事故
很多低閃點(diǎn)的甲類(lèi)易燃液體通過(guò)液泵或抽真空的辦法從管道進(jìn)入反應(yīng)釜、蒸餾釜，這些物料大多數(shù)屬絕緣物質(zhì)，導(dǎo)電性較差，如果物料流速過(guò)快，會(huì)造成積聚的靜電不能及時(shí)導(dǎo)除，發(fā)生燃燒爆炸事故。
1999年3月30日，荊州市石化總廠發(fā)生反應(yīng)釜重大爆炸事故，4人死亡。引發(fā)爆炸的直接原因是環(huán)氧乙烷進(jìn)料速度過(guò)快。在不到2h內(nèi)，釜內(nèi)進(jìn)料已達(dá)500kg，造成環(huán)氧乙烷來(lái)不及與丙炔醇反應(yīng)而在釜內(nèi)積聚，釜內(nèi)壓力迅速上升，高壓氣體急劇噴出，遇靜電發(fā)生爆炸。進(jìn)料過(guò)快的原因是反應(yīng)釜僅靠操作人員用閥門(mén)手動(dòng)控制進(jìn)料速度，沒(méi)有安裝流量計(jì)。工人不知道投入反應(yīng)釜的主料是什么，應(yīng)該按什么標(biāo)準(zhǔn)投放。而技術(shù)轉(zhuǎn)讓方竟以“技術(shù)保密”為由，拒不向石化總廠透露有關(guān)原料的名稱(chēng)及用量。
2002年4月22日，山西省原平市某化工企業(yè)發(fā)生一起反應(yīng)釜爆炸事故，造成1人死亡、1人重傷。爆炸沖擊波將約200m2車(chē)間預(yù)制板屋頂幾乎全部掀開(kāi)，所有南墻窗戶玻璃破碎，碎渣最遠(yuǎn)飛出約50m，反應(yīng)釜上封頭40條M20螺栓全部拉斷或拉脫。事故原因是反應(yīng)釜卸料過(guò)程中，釜內(nèi)的二硫化碳、異丙醇、氧氣的混合物在0.2MPa的表壓下壓放卸料，當(dāng)物料從法蘭處泄漏時(shí)，內(nèi)外存在壓差，泄漏料以一定速度流出，在此過(guò)程中形成靜電。當(dāng)釜內(nèi)液態(tài)物料基本泄盡時(shí)，法蘭邊緣的靜電積聚到一定能量并形成放電間隙產(chǎn)生靜電火花，引燃二硫化碳、異丙醇、氧氣的混合氣體，迅速向反應(yīng)釜內(nèi)回燃發(fā)生化學(xué)爆炸。
7.作業(yè)人員思想放松，沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故苗頭
反應(yīng)釜一般在常壓或敞口下進(jìn)行反應(yīng)，蒸餾釜一般在常壓或負(fù)壓下進(jìn)行操作。有人認(rèn)為，在常壓、敞口或負(fù)壓下操作危險(xiǎn)性不大，往往在思想上麻痹松懈，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處置突發(fā)性事故的苗頭，最終釀成事故。實(shí)際上常壓或敞口的反應(yīng)釜，其釜壁承受的壓力要大于釜內(nèi)承壓的反應(yīng)釜，危險(xiǎn)性也更大一些。
對(duì)于蒸餾釜，如果作業(yè)人員操作失誤，反應(yīng)失控造成管道閥門(mén)系統(tǒng)堵塞，正常情況下的常壓、真空狀態(tài)變成正壓，若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)處置，本身又無(wú)緊急泄壓裝置，很容易發(fā)生火災(zāi)爆炸事故。2007年11月27日江蘇鹽城市聯(lián)化科技有限公司重氮化反應(yīng)釜爆炸事故，就是因?yàn)橹氐磻?yīng)釜蒸汽閥門(mén)未關(guān)死，在保溫階段仍有大量蒸汽進(jìn)入反應(yīng)釜夾套，導(dǎo)致反應(yīng)釜內(nèi)溫度快速上升，重氮化鹽劇烈分解，繼而爆炸。當(dāng)班操作工人對(duì)釜溫的監(jiān)控不到位，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)釜內(nèi)溫度異常，延誤了處置異常情況的最佳時(shí)機(jī)。
安全對(duì)策措施
避免反應(yīng)釜、蒸餾釜發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，除了要加強(qiáng)安全教育培訓(xùn)和現(xiàn)場(chǎng)安全管理、加強(qiáng)設(shè)備的維修保養(yǎng)、防止形成爆炸性混合物、及時(shí)清理設(shè)備管路內(nèi)的結(jié)垢、控制好進(jìn)出料流速、使用防爆電氣設(shè)備并良好接地外，還要嚴(yán)格按安全操作規(guī)程和崗位操作安全規(guī)程操作。蒸餾操作中要嚴(yán)格控制溫度、壓力、進(jìn)料量、回流比等工藝參數(shù)，通蒸汽加熱時(shí)閥門(mén)開(kāi)啟度要適宜，防止過(guò)大過(guò)猛使物料急劇蒸發(fā)，系統(tǒng)內(nèi)壓劇升。要時(shí)刻注意保持蒸餾系統(tǒng)的設(shè)備管道暢通，防止進(jìn)出管道，閥門(mén)堵塞引起壓力升高造成危險(xiǎn)。要避免低沸物和水進(jìn)入高溫蒸餾系統(tǒng)，高溫蒸餾系統(tǒng)開(kāi)車(chē)前必須將釜、塔及附屬設(shè)備內(nèi)的冷凝水放盡，以防其突然接觸高溫物料發(fā)生瞬間汽化增壓而導(dǎo)致噴料或爆炸。
反應(yīng)釜、蒸餾釜應(yīng)具有完備的溫度、壓力、流量等儀器儀表裝置，減壓蒸餾的真空泵應(yīng)裝有單向止逆閥、防止突然停車(chē)時(shí)空氣進(jìn)入系統(tǒng)。低壓系統(tǒng)與高壓系統(tǒng)連接處也應(yīng)設(shè)單向止逆閥，以防高壓容器的物料竄入低壓系統(tǒng)發(fā)生爆炸。對(duì)有可能超壓的反應(yīng)釜、蒸餾釜，必須加裝緊急泄壓裝置，一般在設(shè)備上安裝安全閥，對(duì)于不宜安裝安全閥或危險(xiǎn)性較大工藝的設(shè)備可安裝爆破片。
