大型搪瓷反應釜存在的靜電爆炸問題

大型搪瓷反應釜（容積≥20m³）廣泛應用于化工生產裝置中，其主要功能是根據化工工藝要求，向釜內投放一定量固體（或液體）物料、催化劑、化工溶劑等，通過對釜內物料進行升溫、加壓、攪拌，經歷一定時間在釜內進行充分的化學反應，較終生成所需的成品（或半成品）。我單位現有20m³搪瓷反應釜共4臺，其直徑為Φ2600、釜深為5200mm。反應過程為：1，6已二酸+甲醇在加熱、催化劑作用下進行酯化反應。單釜投料量清單如表1所示。

 

投料時，先向釜內泵入7000L甲醇，此時甲醇液位距釜口約3.7m，再用電動葫蘆吊運1t重已二酸的包裝袋，至反應釜口的進料斗（PP材質）正上方1m處，后由專人解開已二酸包裝袋底部放料口，已二酸粉末在自由落體的狀態下通過進料斗進入釜內，投料量10t（共10袋）。投料完畢后，隨著酯化反應進行再連續補加甲醇參加反應，如圖1所示。2010年4月上旬，1臺正在投料已二酸的搪瓷釜突然發生劇烈爆炸。當時爆炸威力十分巨大，將PP材質的卸料斗連同斗內已二酸物料在沖擊波的作用下，朝屋頂飛沖并穿透25m高的彩鋼板保溫棉屋面，碎片較后落入距釜50m以外，幸未造成人員傷亡。然而事故造成的直接經濟損失達65萬元。后經分析事故原因并確認：當時釜內有7000L甲醇液體，甲醇在釜內揮發形成的易燃、易爆的甲醇蒸氣積聚在釜內，當遇到釜內產生的靜電火花，瞬時發生爆炸。

在本案例中，已二酸粉末向反應釜投料是自由落體運動，在重力加速度作用下物料下落速度越來越大，根據自由落體運動計算式：vt=（2gh）1/2=（2×9.8×4.7）1/2=9.6m/s。根據靜電學理論：靜電是由原子外層的電子受到各種外力的影響發生轉移，分別形成正負離子造成的。任何兩種不同材質的物體接觸后都會發生電荷的轉移和積累，形成靜電。物料顆粒在下降過程中發生摩擦、碰撞，不斷地產生靜電，電荷越積越多，形成很高的電位，當帶電體與不帶電或靜電位很低的物體相互接觸時，如果電位差達到300V以上，就會發生放電現象，并產生火花。

應對措施

我們知道，靜電成為引起爆炸或火災的點火源，必須具備以下條件：1）有能夠產生靜電的條件；2）積聚足夠的電荷，達到火花放電的條件；3）有能引起火花放電的放電空間；4）發生火花要有足夠的能量；5）在間隙和周圍的環境中有可能被引爆的可燃氣體或蒸汽，或可燃粉塵與空氣形成的爆炸性混合物，而且具備足夠的濃度。只有以上5個條件同時滿足，才能引起爆炸或火災。為此，我們采取以下應對措施，防范靜電火花爆炸事故。如圖2所示。

1）將卸料斗材質由原來的聚丙稀（PP）改成不銹鋼304，其導電能與PP材質相比，有了質的變化，可以使料斗內積聚的電荷轉移到料斗上，為靜電泄漏接地創造條件。
2）改進了卸料斗下部的落料管的結構：由原來的直管改成折彎管。使得物料進釜的路徑發生變向，由于折彎管與釜壁之間的夾角，粉料在下落的過程中，先與釜壁碰撞，下降的速度由此減慢，落至甲醇液面時速度遠小于自由落體的末速度（9.6m/s），從而減少了物料發生火花時所需的能量。同時也減少了絕緣體之間的摩擦、翻滾和撞擊，抑制了靜電的產生。

3）在卸料斗外殼焊接接地支耳，并用導線接入地線。接地可將物料產生的靜電通過料斗和導線導入大地，消除靜電荷和大量積聚，抑制了靜電火花產生。設備接地是消除靜電較重要的措施。

4）在搪瓷的上部接管設置抽真空裝置。抽真空目的是用釜外的空氣置換釜內的高濃度甲醇蒸汽，既稀釋了釜內甲醇蒸汽的濃度，又增加了釜內空間的濕度，較終破壞了火花+甲醇蒸汽爆炸的必要條件。當然，真空系統中也設置了冷井（冷凝器），甲醇蒸汽被冷凝液體回收，避免環境污染和降低后產成本。

5）為了阻止粉末物料被吸入真空系統，在釜頂真空管口設置了袋式過濾器，只要及時清理濾袋，就可以確保真空系統的暢通，同時也能減少物料消耗。

結語

在人們生活的任何時間、任何地點都有可能產生靜電。要完全消除靜電幾乎不可能。而化工裝置的有機溶劑都是易燃、易爆物品，由靜電火花引發爆炸、火災的隱患，嚴重地威脅著化工裝置和操作人員的生命安全。

但是，只要我們認真分析靜電產生的原因，采取必要的防范措施，我們完全能夠杜絕或減少靜電帶來的危害。措施包括：合理選用起電較少的設備、工具、材料；采用減少絕緣體之間的摩擦、翻滾、撞擊裝置；降低摩擦速度或流速，設法減少或抑制靜電的產生；設備接地，將電荷引入大地，避免靜電積累等。

實踐證明，采取了上述防靜電火花技術措施之后，至今沒有發生類似粉末投料爆炸的安全事故。