2010年典型案例分析辅导：一起除雾器爆炸引发氯气泄漏的事故
kuaidi.ping-jia.net 作者：佚名 更新日期：2024-08-03
氯气属剧毒气体，是一种黄绿色刺激性的助燃气体，类似漂白粉气味，相对密度（空气=1）为2．48，相对密度（水=1）为1．47。空气中含有氯气不得超过lmg/m3，达到3．5mg/m3时，微量吸入可引起呕吐、咳嗽、呼吸困难等中毒症状。氯气泄漏时主要集中在地面，会形成有毒蒸气而随风向沿地面扩散，在低洼处或密封空间内聚集。
2005年10月8日4时30分左右，某氯碱外资企业电解工段氯干燥系统的除雾器突然发生爆炸，虽然系统安全联锁装置自行启动，但仍发生管道内残余氯气瞬间泄漏事故，并以雾状向大气扩散。政府领导及相关部门及时赶到现场进行科学应急处置，笔者经历了此次处置过程，并会同该企业对事故原因进行了调查分析。
一、事故经过
10月8日4时左右，该企业中控室的监测系统发现，电解工段的电解槽电压波动出现异常并报警，领班立即去现场处置，发现盐水进料不正常，就按常规敲打进料管，但仍未出料，随后回到中控室，发现电压值已上升到极限，当即停车准备用氮气置换，就在这时发生爆炸，电解氯干燥系统的氯气冷却器与除雾器之间的连接管及除雾器本体外衬塑料玻璃钢被炸坏，因系统安全联锁装置自行启动，系统内氯气由风机紧急抽走并在中和塔内中和，但仍发生管道内残余氯气瞬间泄漏而向外扩散事故。
接到报警后，公安、消防、安监、环保及处置专家立即赶赴现场，实施交通管制，建立警戒区域，消防车布阵，应急小分队进入现场排险；在氯气瞬间泄漏10min内，企业紧急疏散所有在厂员工，1名员工因行动迟缓而导致出现中毒症状；同时下风口800m的村民被惊醒，也迅速有序地紧急疏散；当时风向偏北风、且风向飘忽不定，故管道氯气瞬间泄漏扩散时，毒气主要在事故现场徘徊。约5时50分，先在厂外周边、后在厂内进行检测，空气中氯气浓度达7mg/m3，截止6时50分，氯气浓度低于1mg/m3，事故得到了控制。
二、工艺流程中存在爆炸因素的技术分析
爆炸事故发生在电解工段氯气除雾器，首先对前段工序至氯气除雾器之间的工艺流程进行分析：盐水净化后（含有氮化合物的危害），经过电解（产生初始氯气和氢气，但会生成三氯化氮爆炸物及氢和氯的混合爆炸气体），进入氯气洗涤冷却器（湿氯气冷却、并除夹带KCl），最后进入氯气除雾器（除去夹带水滴和杂质，无静电消除装置），针对工艺流程中的爆炸危害因素，分析了引发事故的2种可能性。
1．排除氯气中三氯化氮超高引起爆炸的可能性
（1）三氯化氮产生的条件和分解机理
当盐水中氨-氮含量超过4ppm时，在电解的条件下会产生三氯化氮。三氯化氮经氯气洗涤塔被酸性水洗涤后，会分解；三氯化氮在50℃时就可分解，在85℃时电解槽中的三氯化氮会大量分解。
（2）三氯化氮的爆炸性
当氯气中三氯化氮含量较高时，没有分解的三氯化氮会在管道及设备中累积，有外加能量就极易爆炸。
（3）经检测，不具备三氯化氮超高的条件
由于该企业盐水净化技术先进，经质监部门定期检测，其盐水中的氨-氮含量仅为0．15~0．45ppm，低于氨-氮含量4ppm的标准，不具备产生三氯化氮超高的条件。
2．具有氢气与氯气混合达到极限而引起爆炸的可能性
（1）氢气与氯气混合的爆炸性
氢气是易燃易爆气体，爆炸极限（v/v）：4．0%~74．2%；氯气是助燃气体；氢气与氯气混合会形成爆炸性混合气体，含氢量达到3．5%~97%极，有外加能量就极易爆炸；氢气在管道内流速过快会产生静电，无防静电措施会引发爆炸。
（2）氯气和氢气的产生
电解槽是由阳极和阴极组成，阳、阴极之间被离子膜隔开；在阳极加盐水溶液供料而产生氯气，湿氯气经氯气洗涤冷却器进入氯气除雾器；在阴极加氢氧化钾供料而产生氢气，湿氢气经氢气冷却器进入氢气除雾器（有防静电措施）。
（3）离子膜穿孔而形成氢、氯混合爆炸性气体
如果阳、阴极缺溶液，会引起离子膜穿孔而形成氢、氯混合气体。笔者发现中控室数据显示电解B槽离子膜电压升高，电解B槽2#电压超过3．28V，正常3．12V，波动幅度高达0．16V；发现电解B槽2#、3#阳极盐水供料不畅，有管道接口堵塞现象；发现电解B槽2#、3#垫片底部漏水，有离子膜损坏穿孔的现象。经分解电解槽装置，确认了电解B槽2#、3#离子膜底部穿孔及2#、3#管道堵塞。
三、事故主要原因分析
通过上述技术分析，确认离子膜穿孔，使得氢气与氯气混合达到爆炸极限，导致氯气除雾器爆炸，是引发管道残余氯气外泄事故的根源，但事故发生具有综合原因。
1．离子膜穿孔
电解槽电压波动超压报警的处置规定不合理，先期敲打进水管而延误时间，不能有效地避免离子膜干燥而穿孔。在中控室离子膜电压初期报警时，操作工没有立即停车，而按操作程序处理电解B槽2#、3#阳极盐水进口不畅，在无效果时才采取停车措施，但已形成约30min缺盐水的状况，导致离子膜干燥缩裂穿孔，阴极氢气从膜孔中进入阳极氯气系统，使氢气和氯气混合达到爆炸极限。
2．盐水管道接口堵塞
盐水内部杂物进入电解槽的巡查制度不完善，没有定期检查，往往在发现阳极盐水供料不畅的情况下，才有行动；电解槽缺溶液没有采取应急措施避免离子膜干燥。
3．爆炸点发生在氯气除雾器的原因
（1）工艺路线的变化
电解槽产生的氢气和氯气，经管道分别由各自的洗涤冷却器进入各自的除雾器，但易燃易爆的氢气进入了助燃的氯气管道，逃避了工艺防范措施。
（2）氯气除雾器缺防静电措施
因氢气在管道内流速过快会产生静电，无防静电措施会引发爆炸，故氢气除雾器有防静电措施；各自的洗涤冷却器，有水淋防静电的效果；因氯气是助燃气体，故氯气除雾器没有防静电措施；因氢气进入氯气管道形成爆炸性混合气体，在静电作用下引发了氯气除雾器爆炸。
（3）氯气除雾器有缺陷
原用的氯气除雾器设计压力为44．15kPa，封底结构为球形；而被炸的氯气除雾器设计压力为29．43kPa，封底结构为平底，压力承受度没有封底为球形结构的高。
（4）企业应急预案存在问题
该外资企业虽制订应急预案，也进行必要的演练，但事故发生后，仍发生员工中毒事故。
由于厂区布局和演练均按东南风向实施，但本次事故发生时风向为偏北风，员工不应朝下风向的南大门撤离，必须就近往上风口的北大门撤离；因仓库位于东南风向，存在难以取得个人防护器材的问题；事故发生时，没有落实向下风口企业及时通报的措施。
四、事故教训及防范措施
1．调整电压波动超压报警值。当电压波动超过0．15V时，就立即采取停车措施，有效避免离子膜干燥而穿孔。
2．加大盐水流量的巡查力度，强化盐水过滤器的定期清洗。由盐水供料不畅的事后处理，改为事先每小时人工检查并记录；每6个月打开盐水过滤器检查并清洗，防止杂物通过盐水过滤器进入电解槽。
3．监控氨-氮和液氯中三氯化氮的含量。每半年对盐水中的氨-氮含量及液氯中三氯化氮检测一次。
4．更换氯气除雾器。使用封底为球形结构的氯气除雾器，增大承压能力；以防万一进入氢、氯混合气体，增加防静电措施。
5．开展“以人为本，四个强化”的全民安全教育。即强化法制意识、落实安全责任，强化宣传教育、提高安全素质，强化现场管理、规范安全行为，强化安全投入、保障人的生命安全。
6．完善氯气泄漏事故应急机制。加强企业事故应急的多层次综合演练；建立与周边企业的应急联防联动机制。
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一、事故经过
10月8日4时左右，该企业中控室的监测系统发现，电解工段的电解槽电压波动出现异常并报警，领班立即去现场处置，发现盐水进料不正常，就按常规敲打进料管，但仍未出料，随后回到中控室，发现电压值已上升到极限，当即停车准备用氮气置换，就在这时发生爆炸，电解氯干燥系统的氯气冷却器与除雾器之间的连接管及除雾器本体外衬塑料玻璃钢被炸坏，因系统安全联锁装置自行启动，系统内氯气由风机紧急抽走并在中和塔内中和，但仍发生管道内残余氯气瞬间泄漏而向外扩散事故。
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二、工艺流程中存在爆炸因素的技术分析
爆炸事故发生在电解工段氯气除雾器，首先对前段工序至氯气除雾器之间的工艺流程进行分析：盐水净化后（含有氮化合物的危害），经过电解（产生初始氯气和氢气，但会生成三氯化氮爆炸物及氢和氯的混合爆炸气体），进入氯气洗涤冷却器（湿氯气冷却、并除夹带KCl），最后进入氯气除雾器（除去夹带水滴和杂质，无静电消除装置），针对工艺流程中的爆炸危害因素，分析了引发事故的2种可能性。
1．排除氯气中三氯化氮超高引起爆炸的可能性
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（2）三氯化氮的爆炸性
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（3）经检测，不具备三氯化氮超高的条件
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（3）离子膜穿孔而形成氢、氯混合爆炸性气体
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三、事故主要原因分析
通过上述技术分析，确认离子膜穿孔，使得氢气与氯气混合达到爆炸极限，导致氯气除雾器爆炸，是引发管道残余氯气外泄事故的根源，但事故发生具有综合原因。
1．离子膜穿孔
电解槽电压波动超压报警的处置规定不合理，先期敲打进水管而延误时间，不能有效地避免离子膜干燥而穿孔。在中控室离子膜电压初期报警时，操作工没有立即停车，而按操作程序处理电解B槽2#、3#阳极盐水进口不畅，在无效果时才采取停车措施，但已形成约30min缺盐水的状况，导致离子膜干燥缩裂穿孔，阴极氢气从膜孔中进入阳极氯气系统，使氢气和氯气混合达到爆炸极限。
2．盐水管道接口堵塞
盐水内部杂物进入电解槽的巡查制度不完善，没有定期检查，往往在发现阳极盐水供料不畅的情况下，才有行动；电解槽缺溶液没有采取应急措施避免离子膜干燥。
3．爆炸点发生在氯气除雾器的原因
（1）工艺路线的变化
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（4）企业应急预案存在问题
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四、事故教训及防范措施
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3．监控氨-氮和液氯中三氯化氮的含量。每半年对盐水中的氨-氮含量及液氯中三氯化氮检测一次。
4．更换氯气除雾器。使用封底为球形结构的氯气除雾器，增大承压能力；以防万一进入氢、氯混合气体，增加防静电措施。
5．开展“以人为本，四个强化”的全民安全教育。即强化法制意识、落实安全责任，强化宣传教育、提高安全素质，强化现场管理、规范安全行为，强化安全投入、保障人的生命安全。
6．完善氯气泄漏事故应急机制。加强企业事故应急的多层次综合演练；建立与周边企业的应急联防联动机制。
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