丙烯酸樹脂反應(yīng)釜火災(zāi)爆炸事故的定量分析

董影超

摘 要：本文結(jié)合某樹脂企業(yè)的具體案例，介紹了丙烯酸樹脂生產(chǎn)車間布置及工藝設(shè)置情況。針對(duì)反應(yīng)釜潛在的火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性，采用道化學(xué)分析法對(duì)反應(yīng)釜進(jìn)行定量分析。該反應(yīng)釜火災(zāi)爆炸指數(shù)為192，傷害半徑49.15m，傷害面積0.8×104m2，其危險(xiǎn)等級(jí)非常大。用已采取的安全措施對(duì)該單元安全進(jìn)行補(bǔ)償，經(jīng)補(bǔ)償后火災(zāi)爆炸指數(shù)為10.3.68，危險(xiǎn)等級(jí)屬“中等”，實(shí)際最大可能財(cái)產(chǎn)損失可降低47%。

關(guān)鍵詞：丙烯酸樹脂;反應(yīng)釜;道化學(xué);火災(zāi)爆炸

1 引言

丙烯酸樹脂反應(yīng)為聚合反應(yīng)，其主要危險(xiǎn)為由于迅速聚合集聚放熱而壓力升高導(dǎo)致爆炸，而且超壓導(dǎo)致的爆炸可能引起次生的火災(zāi)事故。故本文采用美國道化學(xué)公司的火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法，對(duì)樹脂反應(yīng)釜進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，使操作管理者了解樹脂反應(yīng)釜的危險(xiǎn)程度，便于后期的安全管理。

2 案例基本情況

某樹脂公司位于市規(guī)劃的化工區(qū)內(nèi)，丙烯酸樹脂車間總體四層，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，耐火等級(jí)二級(jí)。其西側(cè)為生產(chǎn)區(qū)，東側(cè)為輔助區(qū)，二者之間采用耐火極限大于等于4h的混凝土抗爆墻相隔。生產(chǎn)區(qū)一層主要進(jìn)行成品的灌裝;二層設(shè)置1個(gè)30m3丙烯酸樹脂反應(yīng)釜;三層為滴加罐，四層為計(jì)量罐。輔助區(qū)為品控室及操作控制室。

生產(chǎn)區(qū)設(shè)置可燃?xì)怏w報(bào)警器及防爆事故通風(fēng)裝置，其內(nèi)電氣設(shè)施均為防爆型，地面采用不發(fā)火花地面。

車間外設(shè)置排水溝，事故情況下，事故水可通過排水溝排入廠區(qū)事故水池，統(tǒng)一由有資質(zhì)單位進(jìn)行處理。

廠區(qū)整體有消防水供應(yīng)系統(tǒng)，消防水壓<690kPa，車間設(shè)置全自動(dòng)泡沫噴射系統(tǒng)，其內(nèi)配備了手提式或移動(dòng)式干粉滅火器。

工藝設(shè)置：

生產(chǎn)丙烯酸樹脂使用的原料主要為苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸丁酯、甲苯和過氧化苯甲酸叔丁酯。

首先按工藝配方先將溶劑抽入反應(yīng)釜內(nèi);開啟冷卻水，開攪拌，打開導(dǎo)熱油升溫（先通氮?dú)廒s走空氣）至120℃。按工藝配方稱量好滴加物料，抽入滴加罐，開始滴加混合單體，速度均勻，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)滴完。單體滴完后，控制在120～180℃保溫1～2h，追加引發(fā)劑，保溫1～2h后，降溫過濾后包裝。

反應(yīng)釜材質(zhì)為SUS304，操作壓力在0.4MPa左右，反應(yīng)釜設(shè)計(jì)壓力0.9MPa。

反應(yīng)釜采用PLC的自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)所有重要的工藝參數(shù)，包括反應(yīng)釜溫度、壓力、重量、攪拌電機(jī)電流、廢氣濃度等均設(shè)報(bào)警及聯(lián)鎖控制。具體如下：

①反應(yīng)釜采用溫度和壓力的報(bào)警和聯(lián)鎖、緊急切斷物料供應(yīng)系統(tǒng);

②反應(yīng)壓力為0.4MPa，反應(yīng)釜內(nèi)壓力達(dá)到4.5MPa時(shí)自動(dòng)開啟氣動(dòng)閥瀉壓到廢氣管線;

③反應(yīng)釜攪拌控制聯(lián)鎖，攪拌器配備應(yīng)急電源;

④反應(yīng)釜設(shè)置安全閥和爆破片，以防止壓力超高造成反應(yīng)釜破壞造成的泄漏;

⑤反應(yīng)釜可以通過停止加入引發(fā)劑、冷卻等方式終止反應(yīng)。

3 運(yùn)用道化學(xué)對(duì)該企業(yè)工藝反應(yīng)的定量分析

3.1 定量分析過程

現(xiàn)將反應(yīng)釜作為分析的危險(xiǎn)單元。該反應(yīng)釜涉及的物質(zhì)主要為苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸丁酯、甲苯和過氧化苯甲酸叔丁酯。

上述物質(zhì)均具有易燃易爆危險(xiǎn)性，其物質(zhì)系數(shù)和特性見表1。

通過比較，選取物質(zhì)系數(shù)較高且燃燒熱較大的物質(zhì)苯乙烯的物質(zhì)系數(shù)值進(jìn)行分析，即反應(yīng)釜工藝單元MF=24。

3.1.1 確定一般工藝過程危險(xiǎn)系數(shù)F1和特殊工藝過程危險(xiǎn)系數(shù)F2

按照第七版所規(guī)定的取值原則，結(jié)合裝置的實(shí)際情況，反應(yīng)釜單元危險(xiǎn)系數(shù)分析和火災(zāi)、爆炸指數(shù)分析結(jié)果見表2。

根據(jù)火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)（F&EI）與危險(xiǎn)等級(jí)對(duì)照表（表3）劃分的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷，反應(yīng)釜單元F&EI=192，危險(xiǎn)等級(jí)是非常大。

3.1.2 安全措施補(bǔ)償系數(shù)的確定

安全補(bǔ)償措施系數(shù)見表4。

補(bǔ)償后火災(zāi)爆炸指數(shù)為103.68，危險(xiǎn)等級(jí)是中等。

單元危害系數(shù)：由F3=8，MF=24，查相關(guān)資料得該單元危害系數(shù)為0.89。

假設(shè)該評(píng)價(jià)單元影響區(qū)域內(nèi)的財(cái)產(chǎn)價(jià)值（裝備、設(shè)施等的總投資）為A萬元，以此計(jì)算出最大可能的財(cái)產(chǎn)損失A1萬元和實(shí)際可能的財(cái)產(chǎn)損失A2元。

3.1.3 最大可能財(cái)產(chǎn)損失A1

A1=影響區(qū)域內(nèi)的財(cái)產(chǎn)價(jià)值A(chǔ)×單元危害系數(shù)×0.82

=A×單元危害系數(shù)×0.82

=A×0.89×0.82=0.73A（萬元）

3.1.4 實(shí)際最大可能財(cái)產(chǎn)損失A2

A2 =最大可能財(cái)產(chǎn)損失A1×C（安全措施補(bǔ)償系數(shù)）

= 0.73A×0.54

=0.39A（萬元）

3.2 分析結(jié)果

從計(jì)算結(jié)果可以看出，丙烯酸樹脂反應(yīng)釜的火災(zāi)爆炸指數(shù)為192，其危險(xiǎn)等級(jí)是非常大。一旦反應(yīng)釜內(nèi)的物料發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故，將會(huì)把以反應(yīng)釜為中心，半徑49.15m以內(nèi)區(qū)域范圍的設(shè)備、設(shè)施暴露在本單元發(fā)生的火災(zāi)、爆炸環(huán)境中，可造成的最大財(cái)產(chǎn)損失為0.73A萬元。經(jīng)補(bǔ)償后火災(zāi)爆炸指數(shù)降低為103.68，危險(xiǎn)等級(jí)屬“中等”，實(shí)際最大可能的財(cái)產(chǎn)損失降到0.39A萬元。因此，通過采取安全措施對(duì)該單元進(jìn)行安全補(bǔ)償，可以使財(cái)產(chǎn)損失降低47%。

4 結(jié)論

通過對(duì)丙烯酸樹脂反應(yīng)釜的定量計(jì)算分析可以看出，設(shè)置有效的安全聯(lián)鎖及安全保障措施是十分必要的。

參考文獻(xiàn)：

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