丙烯酸树脂反应釜火灾爆炸事故的定量分析

董影超

摘 要：本文结合某树脂企业的具体案例，介绍了丙烯酸树脂生产车间布置及工艺设置情况。针对反应釜潜在的火灾爆炸危险性，采用道化学分析法对反应釜进行定量分析。该反应釜火灾爆炸指数为192，伤害半径49.15m，伤害面积0.8×104m2，其危险等级非常大。用已采取的安全措施对该单元安全进行补偿，经补偿后火灾爆炸指数为10.3.68，危险等级属“中等”，实际最大可能财产损失可降低47%。

关键词：丙烯酸树脂;反应釜;道化学;火灾爆炸

1 引言

丙烯酸樹脂反应为聚合反应，其主要危险为由于迅速聚合集聚放热而压力升高导致爆炸，而且超压导致的爆炸可能引起次生的火灾事故。故本文采用美国道化学公司的火灾、爆炸危险指数评价法，对树脂反应釜进行风险评价，使操作管理者了解树脂反应釜的危险程度，便于后期的安全管理。

2 案例基本情况

某树脂公司位于市规划的化工区内，丙烯酸树脂车间总体四层，钢筋混凝土框架结构，耐火等级二级。其西侧为生产区，东侧为辅助区，二者之间采用耐火极限大于等于4h的混凝土抗爆墙相隔。生产区一层主要进行成品的灌装;二层设置1个30m3丙烯酸树脂反应釜;三层为滴加罐，四层为计量罐。辅助区为品控室及操作控制室。

生产区设置可燃气体报警器及防爆事故通风装置，其内电气设施均为防爆型，地面采用不发火花地面。

车间外设置排水沟，事故情况下，事故水可通过排水沟排入厂区事故水池，统一由有资质单位进行处理。

厂区整体有消防水供应系统，消防水压<690kPa，车间设置全自动泡沫喷射系统，其内配备了手提式或移动式干粉灭火器。

工艺设置：

生产丙烯酸树脂使用的原料主要为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸丁酯、甲苯和过氧化苯甲酸叔丁酯。

首先按工艺配方先将溶剂抽入反应釜内;开启冷却水，开搅拌，打开导热油升温（先通氮气赶走空气）至120℃。按工艺配方称量好滴加物料，抽入滴加罐，开始滴加混合单体，速度均匀，在规定时间内滴完。单体滴完后，控制在120～180℃保温1～2h，追加引发剂，保温1～2h后，降温过滤后包装。

反应釜材质为SUS304，操作压力在0.4MPa左右，反应釜设计压力0.9MPa。

反应釜采用PLC的自动控制系统，对所有重要的工艺参数，包括反应釜温度、压力、重量、搅拌电机电流、废气浓度等均设报警及联锁控制。具体如下：

①反应釜采用温度和压力的报警和联锁、紧急切断物料供应系统;

②反应压力为0.4MPa，反应釜内压力达到4.5MPa时自动开启气动阀泻压到废气管线;

③反应釜搅拌控制联锁，搅拌器配备应急电源;

④反应釜设置安全阀和爆破片，以防止压力超高造成反应釜破坏造成的泄漏;

⑤反应釜可以通过停止加入引发剂、冷却等方式终止反应。

3 运用道化学对该企业工艺反应的定量分析

3.1 定量分析过程

现将反应釜作为分析的危险单元。该反应釜涉及的物质主要为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸丁酯、甲苯和过氧化苯甲酸叔丁酯。

上述物质均具有易燃易爆危险性，其物质系数和特性见表1。

通过比较，选取物质系数较高且燃烧热较大的物质苯乙烯的物质系数值进行分析，即反应釜工艺单元MF=24。

3.1.1 确定一般工艺过程危险系数F1和特殊工艺过程危险系数F2

按照第七版所规定的取值原则，结合装置的实际情况，反应釜单元危险系数分析和火灾、爆炸指数分析结果见表2。

根据火灾、爆炸危险指数（F&EI）与危险等级对照表（表3）划分的标准进行判断，反应釜单元F&EI=192，危险等级是非常大。

3.1.2 安全措施补偿系数的确定

安全补偿措施系数见表4。

补偿后火灾爆炸指数为103.68，危险等级是中等。

单元危害系数：由F3=8，MF=24，查相关资料得该单元危害系数为0.89。

假设该评价单元影响区域内的财产价值（装备、设施等的总投资）为A万元，以此计算出最大可能的财产损失A1万元和实际可能的财产损失A2元。

3.1.3 最大可能财产损失A1

A1=影响区域内的财产价值A×单元危害系数×0.82

=A×单元危害系数×0.82

=A×0.89×0.82=0.73A（万元）

3.1.4 实际最大可能财产损失A2

A2 =最大可能财产损失A1×C（安全措施补偿系数）

= 0.73A×0.54

=0.39A（万元）

3.2 分析结果

从计算结果可以看出，丙烯酸树脂反应釜的火灾爆炸指数为192，其危险等级是非常大。一旦反应釜内的物料发生火灾、爆炸事故，将会把以反应釜为中心，半径49.15m以内区域范围的设备、设施暴露在本单元发生的火灾、爆炸环境中，可造成的最大财产损失为0.73A万元。经补偿后火灾爆炸指数降低为103.68，危险等级属“中等”，实际最大可能的财产损失降到0.39A万元。因此，通过采取安全措施对该单元进行安全补偿，可以使财产损失降低47%。

4 结论

通过对丙烯酸树脂反应釜的定量计算分析可以看出，设置有效的安全联锁及安全保障措施是十分必要的。

参考文献：

[1]杨昆，孙世群，郭树松.道化法在火灾爆炸危险性评价中的应用[J].安徽化工，2007（03）.

[2]王晓.乙腈罐区道化法火灾危险性分析[J].安全，2010（04）.