尿素合成塔化学爆炸的可能性分析
——第五篇点火源及爆炸过程探讨
沈华民
(中国化工学会化肥专业委员会,上海200336)
[摘 要]对于尿素合成塔化学爆炸的可能性分析,在完成合成气性状分析、爆炸能量计算之后,进一步分析与探讨点火源的来源及能量转换之过程,并结合1995年迁安化肥与2005年平阴鲁西化工2起尿素合成塔爆炸事故,用波幅叠加现象完成对尿素合成塔爆炸过程之初步分析。
[关键词] 尿素合成塔;化学爆炸;点火源;能量转换;爆炸压力;爆炸口;爆炸过程;波幅叠加现象
[中图分类号]TQ 441.41 [文献标志码]A [文章编号]1004-9932(2016)
0 引 言
《尿素合成塔化学爆炸的可能性分析》前几篇文章已重点研究了合成气成为爆炸性气体并发生化学爆炸的2个必要条件。而对于进入爆炸浓度极限的合成气之爆炸能量的计算值,其可与破坏功文献数据合理对接[1]。 上述2项研究已能证明尿素合成塔之爆炸属于化学爆炸。然而,对于一个完整的化学爆炸过程而言,应该由以下几个环节组合而成。
第一,爆炸性检验。对多种条件下的合成气进行爆炸浓度极限的考察检验,以判断其爆炸危险性,并筛选出合成气成为爆炸性气体的原因。
第二,点火源。进入爆炸浓度极限范围内的合成气需有点火源激发才能发生氧化反应并释放化学能,若没有点火源是不可能发生化学爆炸的,即点火源来自何处需考察。
第三,爆炸能量。爆炸反应是处于爆炸浓度极限范围内的可燃气与助燃气发生氧化反应,瞬间释放热量,最终成为化学爆炸能量,对于由多种可燃气组成的合成气而言,其化学爆炸能量应该是由多种氧化反应释放出的反应热组合而成,因此,其量值与爆炸性气体所占体积之大小密切相关。
第四,能量转换。释放出的爆炸能量还得经过转换过程,将其转化为压力升高,方能达到破坏塔器的目的,最终将化学能转化为破坏功,如果转换压力过小,则化学爆炸不可能发生,而且,一般来说,转换压力需数倍于原始压力才能摧毁塔器。
基于上述分析,对于尿素合成塔的化学爆炸而言,尚有2个环节——点火源来源及能量转换过程需进一步考察,才能形成完整的令人信服的尿素合成塔化学爆炸之结论。
1 点火源
点火源是引起燃烧和爆炸的所需3个重要条件之一。没有点火源,可燃气(物)和助燃气(物)就不可能发生燃爆。
可燃物质燃烧,需要用点火源来点火,激活可燃物发生氧化反应;与燃烧相同,爆炸性气体也需要点火源给予一定能量,称为点火能,用来激活可爆气,使其与助燃气发生氧化反应,进而发生连锁式的爆炸反应并释放能量。
1.1 点火源分类
(1)明火:火柴、打火机、香烛等之火焰。
(2)电火花,静电火花:电焊机、电弧火花,拉线开关火花等。
(3)摩擦、撞击火花:砂轮摩擦金属产生火花,金属冲击产生火花,砖木起火等。
(4)炽热物体自燃:可燃物加热到着火点以上时,就会发生自燃。
(5)其他点火源:雷击、闪电等。
1.2 点火源的判断
点火源来自何方?在室内外环境中发生爆炸之点火源的判断并不困难,上述5类均较常见,但以第(1)、(2)类居多。常有报道,因天然气泄漏在排风不畅的房间内或窖井内,一旦有明火,如用火柴点香烟,或电火花、拉线开关电火花,或将未熄灭的烟头丢入窖井内,就可能引发天然气爆炸;生产车间检修设备时,常因可燃气未排尽即进行切割或焊接作业而发生爆炸事故。上述事故不胜枚举,本文不进一步展开讨论。下面重点讨论引起生产装置中密闭压力容器化学爆炸的点火源问题。
压力容器发生的爆炸一般属于物理爆炸,如:高压锅炉的超压爆炸,充满液氨的钢瓶在阳光下曝晒而发生的爆炸,等等。因为在一般情况下可见点火源(如明火、电火花)不可能进入到系统之内,故而第(3)、(4)类点火源成为压力容器爆炸的重点考察对象。
第(3)类点火源——摩擦、撞击火花,通常在突然开启或关闭阀门时产生,这是因为生产装置因气液物流突然变速而强烈摩擦管壁和阀门时,会使局部温度升高并产生火花,而此时若气液物流中夹带有铁屑等金属小颗粒,就更易因摩擦撞击而产生火花,当气液物流中夹带有油类物质时,则系统的危险性显著增大。
第(4)类点火源——炽热物体自燃,是指在没有外来点火源的作用下,某种物质由于自身进行的化学物理过程而产生热量,在适当条件下逐渐积累,温度上升达到燃点时而发生自燃。实践证明,生产装置中带入系统的各种油类物质是引起自燃和化学爆炸的促进剂。
有报道,荷兰Stamicarbon公司对韩国CO2 汽法尿素提装置中高压洗涤器爆炸的分析认为,油是点火源之一;因润滑油氧化放热自燃而造成化学爆炸的还有1980年我国大连机车厂空压机的严重爆炸事故。
1.3 尿素合成塔爆炸点火源探讨
更多内容详见《中氮肥》2016年第6期