破氰釜爆炸事故分析及对策
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摘 要:以2008年5月我市某公司杀螟丹分厂含氰废水处理设备破氰釜发生爆炸事故为例,分析了破氰釜爆炸事故原因,并提出了相关建议。
关键词:破氰釜;爆炸;事故;分析;对策
中图分类号:TQ
文献标识码:A
文章编号:1672-3198(2010)07-0250-01
2008年5月我市某公司杀螟丹分厂含氰废水处理设备破氰釜发生爆炸事故,造成严重的人员伤亡和财产经济损失。该分厂采用的破氰工艺为加压水解法,此工艺广泛应用于电镀、焦化、冶金、选矿、化纤、制药、有机玻璃、塑料、煤气等多个行业,从事故中查找原因并吸取教训,才能有效防止同类型的事故再次发生,保障人民的生命财产安全。
1 爆炸设备及其相关工艺
爆炸设备(4#破氰釜)性能参数:
破氰釜是Ⅲ类压力容器。该设备设计压力1.3MPa,设计温度180℃,规格为Φ1500×6000×δ10,容积10m3,介质为含氰废水、水蒸汽,主体材料为16MnR,设备本体有两块压力表、两个安全阀、一个进料口、一个出料口、两个蒸汽入口、一个人孔、一个排污口、一个排空管。
工艺过程:
破氰釜与预热罐(预加热含氰废水)和蒸汽锅炉(产生约1.0Mpa,180℃的蒸汽)连接,后与总废水处理系统相通。经过预热的含氰废水从预热罐进入破氰釜,每次进含氰废水约5000L,待进料完毕后,再将1.0Mpa,180℃的蒸汽直接通入破氰釜内进行加温,当破氰釜内温度升至100℃时,关闭排空阀,继续通入蒸汽加温,直到釜内温度升至170℃,关闭蒸汽阀门,停止加温,保温8个小时,含氰废水中的氰化物水解生成无毒的甲酸根化合物和氨,最后进入总废水处理系统。化学反应方程式如下:CN-+2H2ONH3+HCOO-。
氰化物和铁的反应:氰根离子(CN-)易与铁反应生成络合物:六氰合铁(Ⅱ)酸根[Fe(CN)6]4-络离子和六氰合铁(Ⅲ)酸根[Fe(CN)6]3-络离子,它们是由CN-离子分别跟Fe2+和Fe3+结合而成的。6CN-+Fe2+[Fe(CN)6]4-6CN-+Fe3+[Fe(CN)6]3-。
2 事故原因分析
对1、3#含氰废水储罐的水相取样化验,1#罐中氰根离子浓度为2240ppm,3#罐氰根离子浓度为3676ppm。氰根离子能与铁反应生成六氰合铁络合物,对釜体内壁产生腐蚀。另外高温水蒸汽通过蒸汽管直通釜内,对釜体内壁形成冲刷,使腐蚀进一步加剧。对和4#釜材质、工艺、操作工况相同的1、2、5#釜进行壁厚测定,三个釜的靠近蒸汽管口附近区域减薄明显,其中1#釜蒸汽冲刷区可测得壁厚4.8mm。
事故发生当日,查看锅炉操作记录,蒸汽出口压力最高达到了1.1Mpa,发生爆炸时候,蒸汽出口压力为0.92MPa。现场检测4#釜残片,其破裂处附近非塑性变形区域壁厚只有4.1mm,通过强度计算,只能承受压力0.92MPa。
现场查看破氰工艺的流程发现,1、3#含氰废水储罐中油相面和出料口接管位置基本持平,2#含氰废水储罐中的油相面明显超过出料口接管位置,因此在从含氰废水储罐抽料时,大量的二氯乙烷被输送到了破氰釜中。二氯乙烷在170℃时为气态,属易爆物质,在空气中的爆炸限为6.2-15.9。
现场调查发现,破氰釜安装在水泥平台上,基座没有用螺栓进行紧固,也没有做静电接地。
综上所述,该设备在运行期间,由于长期的腐蚀,造成釜体内壁严重减薄,强度下降,在釜内压力作用下,在最薄弱处产生塑性变形,并最终破裂,釜内含有氨气和二氯乙烷的混合体泄漏与空气接触,在喷射出的液体与釜体急速摩擦产生静电火花作用下,在破裂处产生爆炸,同时引发釜内混合气体的爆炸,在加上釜体完全破裂后过热液体的急速暴胀,最终产生巨大的破坏力。
3 建议与对策
3.1 在这起事故中,特种设备的设计、制造、使用等环节均有漏洞
(1)使用单位作为特种设备的第一责任人,对设备的安全使用负有重大责任,但是该厂没有专职特种设备管理人员,操作人员没有特种设备操作员资格,设备管理人员对特种设备管理的相关法律法规完全没有认识,更没有任何管理制度,该设备从安装到发生事故,从未进行过任何检验。在使用过程中,使用单位其实已经发现釜体腐蚀严重,但并未引起重视,而是违规自私在釜体进行贴补。所以管理混乱、职责不清、制度缺失是造成此次事故的主要原因。
(2)设计单位对采用经验数据时没有考虑适用条件。氰根离子能铁反应生成六氰合铁络合物,对釜体内壁产生腐蚀,在设计时会根据腐蚀速率手册,对设备留有足够的腐蚀裕量。现在破氰工艺中氰根离子的浓度最高3676PPM,但是现行的《腐蚀手册》中,氰根离子浓度小于10%时,没有对应的腐蚀速率参数。在没有经验数据可查的情况下,会进行挂片实验,但是挂片实验实在静态条件下进行的,而且此工艺的操作条件是间歇式波动,并伴有蒸汽冲刷,所以腐蚀速率比实验数据要快很多,设计图纸上腐蚀裕量只有2mm,说明在设计时没有对实际工况进行充分考虑。
(3)制造单位在设计图纸没有认真审核,没有查出设计上的缺陷,并且没有按照规定表明特种设备的使用年限,说明质量体系运转存在漏洞。
3.2 对于强腐蚀、恶劣工况的特种设备的管理要求
(1)在设备设计制作过程,必须充分了解工艺的实际情况,选择参数必须考虑适用条件,并确保质保体系的运转正常;
(2)使用单位从采购、使用、维护、检修必须制度完善、管理明确、责任到位、持证上岗。