有机废气管道系统爆炸事故分析及预防措施

吴 飞

(山东滨华新材料有限公司，山东 滨州 256600)

随着化工行业的发展，化工企业废气成分越来越复杂。化工废气通常是不同组份混合气体，存在臭味、毒害性、易燃易爆等特点，处理不当，很容易给周围生态环境带来严重污染，甚至会引发社会动荡[1]。为了有效解决这一问题，政府部门在近年来提出了零排放的概念，明确要求企业要有效治理化工废气。本文分析了有机废气管道系统爆炸事故的具体情况，研究废气处理系统爆炸原因，并针对爆炸事故提出了解决策略，从而及时解决化工企业废气处理系统的安全隐患。

1 有机废气管道系统爆炸事故概述

某化工企业出现有机废气管道爆炸故事，在调查事故原因时，由于意见过于分散，无法进行深层次调查。为了能够深入认知到事故发生原因，该企业安全部经理带领相关人员到某科技有限公司深入分析事故原因，该公司曾对企业进行过安全评价，对企业的设备、原辅材料、工艺等进行对比，经过研究后，双方深入了解了废气处理系统爆炸事件的原因。

1.1 事故简介

在正常运行过程当中，车间废气管道突然发出沉闷响声，过了几分钟后，又接连发出响动。检查发现，废气管道出现一些烟雾，而响声则位于第7/8车间的废气管内。在两次响声后继续出现了响声，8车间甲苯回收装置上面的废气管道一侧泄爆板被冲开，出现大量火焰。在事故发生后，企业安全部门人员赶到现场进行查看，发现因为爆炸，导致废气管道与车间连接的塑料管道焊接处被炸裂开。

1.2 事故发生时企业生产状况

八车间某反应釜通常要用硫酸、三氯化铝、甲苯等化学试剂，而三氯化铝多数利用敞开式人工投料，可在正常压力下发生反应。但如果在反应过程中，反应釜密闭性不足，很容易引发各种问题。调查发现，以往八车间是利用塑料袋来堵塞投料口，再经过甲苯回收装置吸附后，排入到废气总管道内。但在事故当天，甲苯回收装置处于停用检修状态，废气未经过甲苯吸附回收系统就直接进入到废气总管道内。

1.3 事故原因分析

研究事故发生原因时，首先要弄清楚引发废气管道爆炸的物质，来源及爆炸所具备的条件；再按照爆炸四要素来检查事故发生的原因。第一，空气作为氧化剂。各废气吸入口在吸入废气时，会同时吸入大量空气，这时废气管道内存在大量空气，很容易发生氧化反应，给废气管道带来严重影响。第二，点火源为静电。正常情况下，废气管道一般为塑料材质。废气总管与支管连接处设置为插入式三通，当废气管中气体流速较大时，很容易在直角三通位置引发静电。第三，可燃物为甲苯。通过排除法，能确定可燃物是来自于第八车间某产品反应釜的原料：甲苯蒸汽。第四，可燃物浓度。工作人员怀疑管道中甲苯废气浓度超标。某位车间工艺员在爆炸发生之前对反应釜甲苯废气排放浓度进行过专业检测，发现第八车间反应釜管道内甲苯含量已达到6%，而甲苯爆炸上限通常在7%～8%。通过检测数据可知，第八车间反应釜废气管道内所含甲苯废气的含量已逼近爆炸极限。

1.4 爆炸发生时间分析

在正常情况下，反应釜废气最先经过冷凝器冷凝和活性炭吸附两个环节，然后再流入到废气总管道内。由于甲苯吸附回收装置和管道都是金属材料，再加上两点连接处使用了防静电接地，在周围并未产生点火源，因此不会发生爆炸事故。当废气经过甲苯吸附回收装置后，废气浓度会逐渐减少，不会引起废气总管发生爆炸事故。但在事故发生时，恰好废气甲苯吸附回收装置在进行检修。废气原本是要经过甲苯吸附回收系统，但由于系统需要检修，导致废气未进入回收系统，就流入废气总管内，且废气管道属于塑料材质，与总管连接，形状呈直角三通，而第八车间反应釜废气出口管道内甲苯质量分数在5%～6%,因此导致事故发生。

2 化工管道火灾爆炸的主要原因

2.1 管道泄漏

化学危险品泄漏和爆炸事故，给我国造成严重的经济损失，不仅给环境造成严重污染，还会造成资源浪费等。化工危险品泄漏问题，甚至企业会面临停车。由于这些情况的出现，人们逐渐意识到预防化学危险品泄漏事故的重要性，并展开积极行动。近年来，造成管道泄漏的原因是多样化的，如管道设计规范不合理、受到外力冲击、管道焊接质量较低、管道磨损严重、长时间受腐蚀性介质腐蚀等。

2.2 管道超压

管道出现爆炸事故，与反应容器异常、操作失误之间存在一定联系。如果冷却介质输送管道内存在问题，很可能会直接导致冷却介质供应严重不足，同时会让其他部分的生产系统出现各种不良情况，最终可能造成管道内部和基础设施产生爆炸事故；而连续排放流体管道，很容易出现输送速度降低等问题，造成管道内物料无法及时排除，从而引发设备出现超压爆炸事故[2]。

2.3 管道堵塞

一旦管道存在堵塞现象，会在短时间内提升系统压力，导致废气管道出现爆炸、破裂等事故。输送含水介质和低温液体管道，如果环境温度过低，很容易发生结冰堵塞现象。尤其在间歇性使用管道时，会降低变径处流速，引起低位处和滞留部位出现堵塞问题。输送具有较强温度和黏性颗粒状物料的管道，物料很容易黏附在转弯处和供料处，最终引起管道堵塞；当管道设计不合理时，管道内部会造成各种问题。例如，在利用管道进行长距离输送时，管道上会连接各种部件，一旦部件上具有大量附着物，很容易出现管道堵塞的情况，这时，如果专业人员不及时解决这一问题，很容易出现附着物沉积现象，最终会引起管道出现严重堵塞的问题。

3 化工管道爆炸事故的预防措施

3.1 遵循安全布置原则

由于化学品是一种较为危害的产品，在处理过程中一旦出现泄漏、爆炸等问题，会给环境带来巨大的污染和破坏。因此，在建设具有腐蚀性管道时，要禁止管道横穿建筑物。集中设置在管架上的管道必须按照行业规定安装。要将热料管道安装在最上层，腐蚀性介质管道安装于最下层；易燃液体和液化石油汽体管道要与热料管道、蒸汽管道隔开；可燃和助燃介质管道间安装不燃物料管道隔开，或确保之间间距大于 250 mm。

3.2 合理选用和设计管材

要根据输送介质的流量、温度、性质等要素来选择最适合的管道材质，不能采用具有缺陷的管道材料。例如，从高温强度方面来看，在低于 350 ℃ 下，一般使用半镇静钢和沸腾钢；在大于 350 ℃ 时，按照不同温度可分为不锈钢、镇静钢、Cr-Mo 钢，严禁使用普通碳钢；为了防止其产生低温脆性，要利用奥氏体不锈钢和铝合金管道材料。可燃液体架空管道的支架，通常会使用不燃材料来进行建设，并且严格按照工艺设计要求。在管道直径设计过程当中，设计值要取最大值，变径和弯曲两个位置不宜过于陡峭，同时要减少变径管和弯管数量，尤其是水平向垂直过滤弯管数量。在屋面、管道穿墙、楼板等建设时，要安装防水帽、套管、防火肩等设备。

3.3 采用防腐措施

按照输送物料腐蚀性来选择相应规格的耐腐蚀材料。例如，面对硫化氢腐蚀，可使用不锈钢、渗铝钢等材料；对于不同程度的硫腐蚀，则利用 9 Cr 钢管、5 Cr 钢管、7 Cr 钢管；对高温条件下的氢脆可利用Cr-Mo合金钢；为了避免出现高温养护腐蚀，可使用 9 Cr 钢管、5 Cr 钢管、奥氏体不锈钢管[3]。除此之外，还要使用有效的防腐措施，如电化学防腐、涂层防腐、缓蚀剂防腐等。目前效果最好的是涂层防腐，而涂层防腐中涂料防腐使用数量占比最多。除此之外，每个月定期检查管道系统受腐蚀情况，尤其是安装在地下的管道系统，一旦发现存在腐蚀问题，要及时修复腐蚀严重位置。

3.4 严格安全操作

在生产过程当中，要严格按照工艺要求来控制物料输送数据；在输送可燃液体和气体管道内，输送速度要低于工艺值。在重要机组时，应提高对高温机泵、加热炉口、塔底部、反应器底部等管道的重视程度。同时，冷却介质的输送管道，应提高冷却介质的供应量。为了避免出现中断现象，在特殊时期要安装电源控制和双路水源控制，避免系统出现超压、超温等问题，并及时清理管道内沉淀的污垢，禁止使用会产生火星的工具和铁质工具来疏通易燃易爆的不稳定沉淀物。

4 总结

在正常情况下，管道系统产生爆炸事故是由于管道内废气浓度超过爆炸下限，并且出现静电、明火等因素。因此，企业不仅要提高对废气处理设备安全自动化功能的重视程度，同时，要做好有机废气浓度的预处理工作，进一步研究在爆炸事故状态下紧急处理和排放情况，保证整个废气处理系统内有机废气浓度要低于安全浓度，才能真正减少废气处理系统发生火灾爆炸的概率。