氯氣爆炸及防爆措施

時間：2012-12-7閱讀：1747

摘要：針對氯氣發(fā)生泄漏爆炸的危害，較詳細(xì)地分析了氯氣在生產(chǎn)、儲存及使用過程中引發(fā)蒸氣爆炸及化學(xué)性爆炸的主要原因，并提出了有效的防爆措施。

關(guān)鍵詞：氯氣；爆炸原因；防爆措施

1、氯氣

1.1氯氣的理化性質(zhì)

（1）物理性質(zhì)。氯氣在常溫常壓下為黃綠色有刺激性氣味的有毒氣體。密度為3.21，是空氣的2.45倍。易溶于堿溶液、二硫化碳和四氯化碳，難溶于飽和食鹽水。在常溫下，氯氣被加壓到0.6～0.8MPa或在常壓下冷卻到-35~40℃時就能液化為黃綠色透明液體。液氯的密度為1.47，熔點-102℃，沸點-34.6℃，氣化熱62kcal/kg（36℃）。

（2）化學(xué)性質(zhì)。氯氣的化學(xué)性質(zhì)很活潑，是一種活潑的非金屬。

1.2液氯的用途

用于農(nóng)藥、塑料、增塑劑、合成橡膠、合成纖維、消毒漂白、煉鎂和稀有金屬等行業(yè)。

1.3氯氣泄漏爆炸的危害

液氯為第二類危險化學(xué)品，人體吸入濃度為2.5mg/m的氯氣時，就會死亡。氯氣爆炸的危害包括兩部分：爆炸本身造成的危害及泄漏的氯氣造成的二次危害。

2、氯氣爆炸

2.1蒸氣爆炸

液氯發(fā)生蒸氣爆炸的直接原因是容器出現(xiàn)較大的裂縫，使過熱液氯驟然蒸發(fā)。液氯蒸氣爆炸的主要原因如下：

2.1.1過量充裝

如果液氯充裝過量或滿液，遇到陽光照射或其它情況使溫度升高，就會引起容器內(nèi)壓異常上升，將導(dǎo)致鋼瓶破裂，引發(fā)液氯蒸氣爆炸。表1是0℃滿液液氯鋼瓶在不同溫度下的壓力值。

表10℃滿液液氯鋼瓶在不同溫度下的壓力值

液氯溫度/℃	0	5	10	15	20	25	30	35	40
瓶壓/Mpa	0.27	7.1	13.1	18.4	24.0	27.5	32.5	35.6	37.3

2.1.2腐蝕

氯氣微溶于水，在溫度9.6℃時溶解度為1%，部分氯與水反應(yīng)生成HCl和HClO，故濕氯具有強氧化性。當(dāng)氯中含水量小于0.015%時，碳鋼的腐蝕速率小于0.04mm/a，亦即干燥氯對碳鋼基本上不腐蝕。當(dāng)氯中含水量大于0.015%時，不僅會腐蝕碳鋼，而且還會腐蝕不銹鋼，氯會破壞不銹鋼表面的鈍化膜而產(chǎn)生孔蝕或應(yīng)力腐蝕破裂。在一定范圍內(nèi)，隨著氯氣含水量增大，對碳鋼、不銹鋼的腐蝕速率也隨著增大。

液氯產(chǎn)品含有0.015～0.06%的水量，會對金屬貯槽產(chǎn)生腐蝕，長期使用能引起局部器壁變薄、強度下降，可導(dǎo)致貯槽開裂發(fā)生液氯蒸氣爆炸。

2.1.3機械碰撞

若液氯容器遭碰撞或沖擊受損，將引發(fā)液氯蒸氣爆炸。

2.2化學(xué)性爆炸

氯氣中含有NCl₃、H₂，在一定濃度、條件下可引起爆炸；氯氣與有機物、氨及金屬粉末反應(yīng)易引起爆炸。氯氣化學(xué)性爆炸的主要原因：

2.2.1NCl₃爆炸

2.2.1.1NCl₃的性質(zhì)

NCl₃常溫下為黃色粘稠的油狀液體，密度為1.653，-27℃以下固化，沸點71℃，自燃爆炸溫度為95℃。

2.2.1.2NCl₃的生成

鹽水中含有氨（NH）、銨離子（NH4）、可水解出氨基（-NH）的化合物（無機胺化合物如一氯胺NHCl、二氯胺NHCl等；有機胺化合物如尿素、苯胺、氨基乙酸等）。在電槽陽極析出的氯部分地溶解在陽極液中，生成次氯酸和鹽酸，使NH₃、NH4⁺、NH₂Cl及NHCl₂等在陽極板區(qū)生成NCl₃，并隨同氯氣一起析出。其反應(yīng)式如下：

NH·H2O+Cl₂→NH₄Cl+HOCl

NH₄Cl+3Cl₂→4HCl+NCl₅→NH₂Cl+HOCl→NHCl₂+H₂O

NHCl₃+HOCl→H₂O+NCl₅→NCl₅與氯氣混在一起，經(jīng)冷卻、干燥、壓縮、液化過程，留存于液氯中。

2.2.1.3NCl₃爆炸

NCl₅是一種不穩(wěn)定且危險的爆炸性物質(zhì)，當(dāng)體積含量超過5%時，易發(fā)生分解爆炸，通常以爆轟方式進行，生成氯氣、氮氣和大量熱量。絕熱狀態(tài)下，爆炸時溫度可達2128℃，壓力高達531.6MPa；空氣中爆炸溫度可達1698℃。爆炸的危害取決于NCl₂積聚的濃度和數(shù)量。爆炸方程式為：

2NCl₃→N₂+3Cl₂+459.9kJ

NCl₃爆炸的特點：貯槽內(nèi)的液氯量少；爆炸的貯槽殘骸內(nèi)有反應(yīng)產(chǎn)物三氯化鐵粉末。

2.2.1.4NCl₃富集

NCl₃在液氯底部積聚、濃縮，在一定條件下蒸發(fā)達到爆炸極限。NCl₃富集主要方式：

a）進料→沉淀→出料循環(huán)方式。氯槽、冷凝器等每次進料后液氯中NCl₃不斷沉積到貯槽底部；

b）進料（裝瓶）→蒸發(fā)→排氣循環(huán)方式。氣化器、氯瓶等隨著使用、充裝次數(shù)增多，其底部余氯NCl₃濃度不斷升高；

c）余量不足。氣化器、氯瓶發(fā)料或使用后余氯少于規(guī)定量，使NCl₃濃度升高；

d）泄漏。氯槽、冷凝器、氣化器泄漏，液氯蒸發(fā)，余氯不斷減少，NCl₃濃度不斷升高；

e）殘留。貯槽、容器未*清洗干凈，殘存NCl₃蒸發(fā)，達到爆炸濃度。

2.2.2氫氣爆炸

氫氣在氯氣中的爆炸范圍（體積百分比）為5.5%～89%。氯氣含氫量達5.5%以上，則隨時可能在光照或受熱情況下發(fā)生爆炸。光照爆炸反應(yīng)為：H₂+Cl₂→2HCl+熱量。產(chǎn)生爆炸的原因：

（1）爆炸性混合氣體的形成：

a）進槽鹽水中含有鐵、鈣、鎂離子等雜質(zhì)時，特別是鐵雜質(zhì)，致使陽極室產(chǎn)生第二陰極而放出氫氣；

b）離子膜損壞，使氯氣與氫氣混合；

c）氯氣系統(tǒng)管線、閥門竄漏氫氣；

d）氫氣在液化器、分離器或尾氣罐氣相富集。

（2）著火源：光照、靜電火花、電器火花、磨擦、碰撞等。

2.2.3有機物爆炸

氯的化學(xué)性質(zhì)活潑，易與有機物發(fā)生快速反應(yīng)，生成氣體產(chǎn)物并放出大量熱量，使容器發(fā)生爆炸。以下有機物倒流或誤裝入氯容器會引起爆炸：

（1）可燃烴類。如乙炔、乙烯、丙烯、正丁烯、正戊烯等。

（2）氯化衍生物、氯代烴和氯代烴的二元混合物類。如氯化石蠟等。

（3）醇、醚、羧酸類。

（4）其它。如*、油脂等。

2.2.4受熱爆炸

盛裝液氯的容器一般是碳鋼。在溫度達到230℃以上時，氯可與鋼產(chǎn)生激烈的燃燒反應(yīng)，反應(yīng)生成物氯化鐵（溶點282℃，沸點315℃）氣化，使容器發(fā)生爆炸。

3、防止氯氣爆炸措施

3.1防止蒸氣爆炸

3.1.1嚴(yán)禁超裝

液氯槽、計量槽、氣化器中液氯充裝量不得超過全容積的80%。鋼瓶及其它壓力容器的充裝系數(shù)為1.25kg/L，不準(zhǔn)超量，充裝壓力不得超過1.1MPa。

3.1.2防腐

（1）濕氯防腐。鈦具有優(yōu)良的耐濕氯性能，因此在氯的冷卻處理工藝中獲得了廣泛應(yīng)用。為了保持鈦在氯氣中的鈍性，實踐證明，氯氣中至少需要1.5%的含水量。輸送、冷卻濕氯的管道、冷卻器、儀表、閥門等應(yīng)選用鈦管材，它能有效防止?jié)衤鹊母g。

（2）液氯防腐?？刂埔郝犬a(chǎn)品含水≤0.040%，液氯含水量越少，對碳鋼、不銹鋼腐蝕就越小。

（3）制定防腐制度。加強設(shè)備維護保養(yǎng)，對易腐蝕的部位，建立定期檢測、檢查、檢修制度，并建立防腐檔案。

3.1.3防碰撞

（1）執(zhí)行國家有關(guān)危險化學(xué)品運輸管理規(guī)定。車輛運輸液氯鋼瓶時，鋼瓶頭部要按同一方向橫著擺放，保持中速均勻行進，盡量減少急剎車，避免瓶內(nèi)液氯慣性沖擊。

（2）鋼瓶裝卸、搬運必須戴好瓶帽、防震圈，嚴(yán)禁摔、碰、撞。

（3）液氯槽區(qū)、槽車及鋼瓶周圍禁止機械、電氣作業(yè)。

3.2防止化學(xué)性爆炸

3.2.1防止NCl₃爆炸

3.2.1.1控制NCl₃生成

a）控制原鹽質(zhì)量。對原鹽含銨（胺）總量進行檢測，不符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的原鹽不準(zhǔn)入庫。

b）監(jiān)測化鹽水。采用經(jīng)凈化的江河水化鹽，應(yīng)注意不同季節(jié)江河水含銨（胺）量變化。

c）粗鹽水除銨（胺）?；}后的粗鹽水加入來自陽極液循環(huán)槽、經(jīng)脫氯塔脫氯的淡鹽水（游離氯含量為5-10mg/L），再加入適量的次氯酸鈉或氯氣，檢測粗鹽水游離氯應(yīng)達到1～2mg/L、PH<4.2，使粗鹽水中的銨（胺）生成NCl₃。其后經(jīng)過加壓溶氣罐，將生成的NCl₃浮濾排除。

d）控制進槽鹽水指標(biāo)。無機銨≤1mg/L，總胺≤4mg/L。

3.2.1.2防止NCl₃富集

a）氯水洗滌工藝。采用低溫氯水冷卻洗滌凈化電解槽出來的濕氯氣，清除部分氣相NCl₃。

b）NCl₃排放制度。氯槽、冷凝器、分離器及氣化器定期帶液氯排污，清除部分液相NCl₃。同時取排污液氯檢測NC₃含量，嚴(yán)格控制在60g/L以下。若NCl₃超過60g/L，應(yīng)增加排污量和排污次數(shù)，并加強檢測，同時應(yīng)查找原因，及時消除。

c）余氯量控制。氣化器內(nèi)的液氯不得低于1/3。充裝量為500kg、1000kg的氯瓶應(yīng)分別保留5kg、10kg以上的余氯，余壓必須≥0.05MPa；對使用頻次較高、接近檢驗期的鋼瓶，應(yīng)抽檢余氯NCl₃的含量，若NCl₃含量太高，應(yīng)提前清洗，消除隱患。

d）液氯產(chǎn)品質(zhì)量。出廠檢驗NCl₃含量≤50mg/L。

e）防止氯氣泄漏NCl₃濃縮。氯槽、冷凝器、氣化器泄漏，應(yīng)及時倒槽，對底部不能排盡的液氯，應(yīng)通入含水≤0.01%的空氣進行混合、清洗或反洗，降低氣相NCl₃濃度。嚴(yán)禁液氯自然蒸發(fā)排放，防止后期NCl₃濃縮、積聚導(dǎo)致爆炸。

f）貯槽堿洗。排盡液氯的貯槽必須經(jīng)堿洗、堿液浸泡，*清除NCl₃后才能檢修，避免底部或管閥沉積NCl₃，在檢修、動火過程引起爆炸。

g）中和處理。必須保持排污裝置和污物處理設(shè)施完好，定期檢測堿池堿液濃度，對排出帶NCl₃的廢氣、廢液及時中和處理，防止排污設(shè)施NCl₃富集。

3.2.1.3消除引爆能。

靜電接地，使用防爆電器、設(shè)備及工具，只許用不超過45℃的水加熱氣化器，禁止使用強超聲波設(shè)備，嚴(yán)格執(zhí)行用火管理制度等。

3.2.2防止氫氣爆炸

（1）防止爆炸性混合氣體的形成：

A）鹽水精制。分別加入足量的Na₂CO₃和NaOH溶液，通過戈爾膜或碳素管過濾除去沉淀，然后用鹽酸調(diào)節(jié)pH值，除去過量的CO₃^2-，仍含有少量Ca²⁺、Mg²⁺的鹽水，zui后通過樹脂塔除去。防止Fe3²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等雜質(zhì)產(chǎn)生第二陰極；

b）離子膜定期檢查維護，防止脫落、損壞；

c）從生產(chǎn)工藝上防止氫氣或氯氣竄漏；

d）控制氫氣濃度。氯氣總管中含氫應(yīng)≤0.4%；氯氣液化后尾氣含氫應(yīng)≤0.4%。實行尾氣定期排放、檢測制度，防止氫氣富集。

（2）消除著火源。靜電接地，使用防爆電器、設(shè)備及工具，嚴(yán)格執(zhí)行用火管理制度等。

3.2.3防止有機物爆炸

（1）防止倒流。氯瓶向反應(yīng)釜內(nèi)通氯氣時，中間應(yīng)設(shè)置止回閥和足夠容積的緩沖罐，防止氯氣斷流或壓力減小時，有機物倒流，作業(yè)結(jié)束后立即關(guān)閉隔離閥及氯瓶閥。

（2）充裝前必須有專人對鋼瓶進行全面檢查，確認(rèn)無異物，方可充裝。

（3）氯瓶及貯槽周圍禁止存放有機物質(zhì)。

3.2.4控制受熱

液氯容器周圍禁止存放易燃物，防止火災(zāi)引起受熱爆炸。

4、結(jié)束語

氯氣爆炸通常是由倒竄或誤裝物質(zhì)、NCl₃等引起的化學(xué)性爆炸。生產(chǎn)、貯存、使用氯氣的單位一定要按照《氯氣安全規(guī)程》的規(guī)定，嚴(yán)格控制各項工藝參數(shù)，杜絕任何物質(zhì)倒竄或誤裝進入液氯容器；嚴(yán)格控制進槽鹽水的無機銨和總胺含量，降低氯氣中NCl₃的產(chǎn)生量，嚴(yán)格落實NCl₃的分析與排放制度，防止NCl₃富集。建立完善氯氣應(yīng)急救援預(yù)案，防止各類重特大事故的發(fā)生。

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