化工生產(chǎn)靜電安全防護(hù)

陸 瑛

（廣西工聯(lián)工業(yè)工程咨詢設(shè)計(jì)有限公司，廣西 南寧 530003）

在化工生產(chǎn)中，靜電是導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸事故最常見、危害最大的原因之一。

靜電的產(chǎn)生是一個起因復(fù)雜、方式多樣的過程，感應(yīng)、介質(zhì)極化、溫差、壓力、吸附、電解、接觸等均可導(dǎo)致靜電的產(chǎn)生。其中，接觸起電是化工生產(chǎn)過程產(chǎn)生靜電的主要方式。粉體物料在研磨、攪拌、碾壓、篩分或高速運(yùn)動時會產(chǎn)生靜電；液體在流動、過濾、攪拌、噴射、飛濺、沖刷、灌注、滴下、沉降、劇烈晃動等過程中，因與管道、容器互相摩擦，或與液面發(fā)生沖擊會產(chǎn)生靜電；可燃蒸氣和氣體在高速運(yùn)動、噴射等過程中，因與管道、容器互相摩擦也會產(chǎn)生靜電。

化工生產(chǎn)過程普遍存在著磨擦、輸送、裝卸、噴射、攪拌、沖刷等極易產(chǎn)生靜電聚積的操作工序，同時介質(zhì)有易燃、易爆的生產(chǎn)特點(diǎn)，因此，由靜電導(dǎo)致的火災(zāi)、爆炸事故時有發(fā)生。

1 典型案例分析

近幾年，廣西地區(qū)先后發(fā)生多起因靜電火花造成的火災(zāi)、爆炸事故。

（1）2008年1月，某溶解乙炔廠3#高壓干燥器發(fā)生劇烈爆炸，高壓干燥器50mm厚的平板封頭和35mm厚的筒體爆裂解體，排污管被震斷，與其串聯(lián)的2#高壓干燥器筒體發(fā)生鼓脹變形，生產(chǎn)廠房屋面被掀翻。直接經(jīng)濟(jì)損失約100多萬元，輕傷1人。

事故的直接原因：3#高壓干燥器排污閥法蘭墊片損壞，高壓干燥器內(nèi)約1.5MPa的乙炔氣體高速噴出產(chǎn)生靜電火花發(fā)生爆燃，在高溫高壓作用下，僅幾秒鐘時間，法蘭面的火焰突然消失，繼而高壓干燥器內(nèi)的乙炔氣發(fā)生劇烈的分解爆炸。

（2）2008年8月26日，某化工公司有機(jī)化工廠在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，物料罐場發(fā)生重大化學(xué)爆炸及火災(zāi)，進(jìn)而導(dǎo)致全廠發(fā)生重大爆炸、火災(zāi)事故，造成21人死亡，59人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失7580萬元。

該廠于20個世紀(jì)70年代初建設(shè)，采用電石乙炔法生產(chǎn)醋酸乙烯。工廠物料罐場共有32臺常壓固定頂罐，總?cè)莘e4600m3。其中，鋁制和碳鋼制儲罐各14臺，不銹鋼儲罐4臺。儲存物料主要有醋酸、醋酸乙烯、甲醇、乙醇、醋酸乙烯反應(yīng)液、回收液等易燃易爆化學(xué)品。

事故發(fā)生前，合成工序生產(chǎn)工藝不穩(wěn)定，5臺100m3并聯(lián)使用的鋁制反應(yīng)液中間儲罐液面大幅下降，罐內(nèi)形成負(fù)壓，從放空管口和液位計(jì)孔吸入大量空氣，進(jìn)入罐內(nèi)的空氣與罐內(nèi)的以乙炔氣為主的易燃?xì)怏w（由反應(yīng)液解析出的乙炔氣約占90%）形成爆炸性混合氣體，遇靜電火花發(fā)生爆燃，造成3號鋁制儲罐破裂，5臺反應(yīng)液儲罐共約230m3反應(yīng)液全部流出，其蒸發(fā)的易燃?xì)怏w與空氣混合形成爆炸性蒸氣云團(tuán)向生產(chǎn)區(qū)擴(kuò)散，遇明火發(fā)生空間化學(xué)爆炸并燃起大火，引發(fā)罐場發(fā)生連鎖爆炸，爆炸沖擊波還震斷合成工序的PVC乙炔氣管道和其他生產(chǎn)裝置，導(dǎo)至大量乙炔氣體和易燃液體泄漏出，引發(fā)生產(chǎn)區(qū)更激烈的連鎖爆炸和火災(zāi)。爆炸將全廠數(shù)萬平方米建（構(gòu)）筑物和生產(chǎn)裝置摧毀。暴露半徑2000 m范圍內(nèi)的建筑物不同程度受損。據(jù)測算，最大一次爆炸能量約10t TNT當(dāng)量。

事故的直接原因主要有：

（a）儲罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。所有儲罐都是固定頂罐，并在罐頂上開了浮子液位計(jì)鋼絲繩孔和放空管孔，放空管沒有安裝阻火器。當(dāng)生產(chǎn)工藝不穩(wěn)定，罐內(nèi)液位下降時產(chǎn)生負(fù)壓吸入空氣。

（b）安裝缺陷。所有儲罐均未按設(shè)計(jì)要求安裝靜電接地。

（c）設(shè)備維護(hù)管理不當(dāng)。擅自將儲罐原有的事故氮保護(hù)系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)和溫度測量裝置拆除。

（d）更換加大反應(yīng)液出料泵時，沒有同時更換進(jìn)、出料管，增加了物料的流速和流量，導(dǎo)致流體靜電電位大幅升高。

（e）儲罐區(qū)沒有按設(shè)計(jì)安裝使用溫度測量裝置和可燃?xì)怏w報警。

（3）2011年4月，某農(nóng)藥廠用真空泵從200L塑料桶抽吸二甲苯進(jìn)入攪拌釜，當(dāng)桶內(nèi)物料降到約1/4桶液位時，桶口突然著火，因處置不當(dāng)，導(dǎo)致火災(zāi)蔓延，將廠房、倉庫、農(nóng)藥原料和成品、生產(chǎn)設(shè)備等全部燒毀，直接經(jīng)濟(jì)損失約170萬元。

事故的直接原因：抽料用的是普通硬塑料管，二甲苯包裝桶又是塑料桶，均是絕緣材料，由于流速快，抽料時間長，二甲苯與塑料管磨擦產(chǎn)生的靜電不能導(dǎo)出，工人手扶的塑料管與塑料桶發(fā)生相碰產(chǎn)生靜電火花引燃二甲苯蒸氣。

2 靜電火災(zāi)爆炸危險性分析

介質(zhì)的流動性與易燃易爆性是化工生產(chǎn)的基本特征，因此，靜電導(dǎo)致的火災(zāi)、爆炸事故是化工生產(chǎn)過程中固有的危險。

2.1 靜電放電形式

靜電可產(chǎn)生高電壓及靜電場。如果靜電電位高，電場強(qiáng)度超過附近電介質(zhì)的絕緣擊穿電場時，就要開始放電。一般來說，靜電放電可分為空中放電和表面放電?？罩蟹烹娪须姇灧烹姟⑺⑿畏烹姾突鸹ǚ烹?。其中火花放電多發(fā)生在金屬物體之間，放電時電極間的空氣被擊穿，形成了很集中的放電通路，其能量較其他形式放電能量大，引燃的危險性最大。因此，防止火花放電是化工生產(chǎn)過程中需要特別控制的靜電危害。

2.2 火花放電的危險性

靜電電位高低主要與材料性質(zhì)、接觸時間長短、流速、沖擊強(qiáng)度等因素有關(guān)。如果物體產(chǎn)生的靜電不能及時導(dǎo)出，靜電能量得以積聚，靜電電位不斷上升，當(dāng)靜電電場強(qiáng)度超過周圍介質(zhì)的擊穿場強(qiáng)時，就會發(fā)生靜電火花放電。如果靜電火花的能量大于其周圍易燃或爆炸性混合物所需的最小點(diǎn)火能量時，就會發(fā)生燃燒或爆炸。

靜電引起火災(zāi)、爆炸事故必須同時具備以下條件：

（1）具有產(chǎn)生靜電的條件，即兩種不同物質(zhì)的相互接觸；

（2）靜電能量得以積聚，使之達(dá)到火花放電的靜電電位；

（3） 靜電放電的火花能量達(dá)到爆炸性混合物的最小點(diǎn)火能；

（4）靜電火花放電周圍存在易燃或爆炸性混合物。

在上述4個條件中，只要消除其中任何一個都可避免事故的發(fā)生?？刂魄?個條件實(shí)質(zhì)上是控制靜電的產(chǎn)生和積聚，控制第4個條件就是消除或減少周圍爆炸性混合物的產(chǎn)生。

3 化工生產(chǎn)過程的靜電安全防護(hù)措施

在工程實(shí)踐中，預(yù)防化工生產(chǎn)過程靜電火災(zāi)、爆炸的控制措施一般有以下幾種方法：

（1）設(shè)備選材控制。凡儲存或輸送易燃易爆介質(zhì)的設(shè)備和管道，應(yīng)盡量選用導(dǎo)電性能良好的金屬材質(zhì)。當(dāng)必須采用絕緣材料（如塑料、玻璃、陶瓷等），則可在其內(nèi)、外壁噴涂導(dǎo)電性涂料或裝設(shè)金屬導(dǎo)體。

（2）流速控制。在化工工藝設(shè)計(jì)時，應(yīng)根據(jù)液體的電阻率或管徑計(jì)算物料的最大允許流速，盡量降低摩擦速度或流速以限制靜電的產(chǎn)生。在對設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造時，應(yīng)對介質(zhì)的流速進(jìn)行重新核算，預(yù)防流速超過限值產(chǎn)生靜電。

如對于烴類液體，其流速可按下式控制：

v2D≤0.64

式中：v—流速，m·s-1；

D—管徑，m。

對輸送酯類、酮類、醇類液體的管道，如不發(fā)生噴射，允許最大流速不超過10 m·s-1。

（3）設(shè)備結(jié)構(gòu)控制。易燃液體儲罐采用內(nèi)浮頂罐，內(nèi)浮頂罐不僅可以減少物料的揮發(fā)損失，還可防止空氣進(jìn)入罐內(nèi)與可燃蒸氣混合成爆炸性氣體。如采用固定頂儲罐，可采用氮封的方法進(jìn)行保護(hù)。

根據(jù)流體隨著流速的降低，靜電消散過程加快的特點(diǎn)，可在管道的末端加裝一個直徑較大的減壓器（靜電緩和器），以消除液體在管道內(nèi)流動時積累的靜電。同時，應(yīng)避免易燃液體介質(zhì)發(fā)生噴射或沖擊。

（4）靜電導(dǎo)出控制。對易燃易爆介質(zhì)設(shè)備、管道設(shè)置等電位連接和靜電接地，以消除靜電的積聚，或在裝置上安裝靜電中和器等。對有可能發(fā)生易燃介質(zhì)泄漏的場所設(shè)置消除人體靜電裝置。

（5）運(yùn)行管理控制。在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備、管道的維護(hù)，防止因易燃易爆介質(zhì)泄漏形成爆炸性混合物。

（6）其他控制措施還有物料凈化，增濕，可燃粉體氣力輸送，采用惰性氣體作為氣源等。

化工生產(chǎn)過程是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程，因此，靜電的產(chǎn)生和導(dǎo)致靜電火災(zāi)爆炸事故的方式各不相同，所采取的預(yù)防措施也不同，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝和裝置、工作介質(zhì)的實(shí)際情況采取相應(yīng)的預(yù)防措施，確保安全生產(chǎn)。