离子膜法食盐电解厂房火灾危险性分析与防火防爆措施学位

摘要：本文通过对离子膜法食盐电解厂房火灾危险性的分析,从工艺上采取控制点火源、防止形成爆炸性混合物等措施,降低火灾、爆炸发生的可能性;从建筑角度上采取了保证耐火等级、安全疏散距离、设置报警、灭火设施等措施减小火灾、爆炸事故的危害。
关键词：消防电解厂房危险性分析防火防爆措施
离子膜电解法又称膜电槽电解法,是利用离子交换膜将单元电解槽分隔为阳极室和阴极室,使电解产品分开的方法。利用离子交换膜允许阴或阳离子通过而限制相反电荷的离子通过来达到浓缩、脱盐、净化、提纯以及电化合成的目的,广泛应用于氯碱生产、海水和苦咸水的淡化、工业用水和超纯水的制备等方面。离子膜法是20世纪80年怎么发表展的新技术、能耗低、产品质量高,且无污染。

1、离子膜法食盐电解的原理及主要生产流程

1.1 离子膜法食盐电解的原理

离子膜法食盐电解采用的是离子交换膜电解槽,其主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成;每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。主要反应式如下:
精制食盐水在电解槽的阳极室进行电解产生氯气:
NaCL-e→Na++1/2CL2↑
在电解阴极室,水被电解产生氢气:
H2O+e→OH-+1/2H2 ↑
之所以称为离子膜法,主要是因为电解槽使用的是离子交换膜,该膜有特殊的选择透过性。例如,阳离子交换膜只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过,即只允许H+、Na+通过,而Cl-、OH-和两极产物H2和Cl2无法通过,因而起到了防止阳极产物Cl2和阴极产物H2相混合而可能导致爆炸的危险,还起到了避免Cl2和阴极另一产物NaOH反应而生成NaClO影响烧碱纯度的作用。

1.2 离子膜法食盐电解的主要生产流程

如图1,精制的饱和食盐水进入阳极室;纯水（加入一定量的NaOH溶液）加入阴极室,通电后H2O在阴极表面放电生成H2,Na+则穿过离子膜由阳极室进入阴极室,此时阴极室导入的阴极液中含有NaOH;Cl-则在阳极表面放电生成Cl2。电解槽阳极室产生的氯气和阴极室产生的氢气被分别送至氯处理和氢处理工序,处理后的氯气和氢气则通过管道进入后续工序进行生产。电解槽生成的碱液流到阴极槽,一部分与纯水混合后返回电解槽的阴极室,另一部分则送蒸发工序。

2、氢气和氯气的火灾危险性

2.1 氢气的火灾危险性

氢气是最轻的气体,不易溶于水,无色无味,能燃烧,燃烧时放出大量的热。如果与空气形成爆炸性混合物,在爆炸极限范围内遇火源,则会发生爆炸。其火灾危险性主要表现在:
(1)点火能量小,点火能是指可燃物质处在最敏感条件下,点燃所需的最小能量。最小点火能越低,点燃所需的能量越小,火灾危险性也就越大。氢气的最小点火能仅为0.019mJ,只需很小的能量如静电火花,就足以引起燃烧、爆炸;(2)爆炸极限范围宽,氢气的爆炸极限范围为4%-75%,爆轰范围为18%-59%,并且随着压力、温度的升高,其爆炸极限范围还会变宽,当与氯气混合后,经加热或日光照射即能爆炸,如与氟混合则立即爆炸。

2.2 氯气的火灾危险性

氯气是黄绿色的气体,有剧毒,有刺激性气味,能溶于水易溶于有机溶剂。氯气本身不会燃烧,但它能助燃。氯气能够与绝大多数化学元素和化合物反应,与氢气混合,氯气中含氢量如果超过4%,经加热或日光照射即能爆炸。氯气有剧毒,空气中最高允许浓度只有0.002mg/L,超过

2.5mg/L时,人吸入会立即死亡。

3、电解厂房的火灾危险性

精制后的食盐水进入电解槽内,在直流电的作用下电解,生成氢气、氯气及烧碱溶液。氢气的爆炸下限小于10%,依据《建筑设计防火规范》第3.

1.1条的规定,电解厂房的火灾危险性类别为甲类。

盐水在电解槽内电解,生成易燃易爆的氢气和具有助燃特性的氯气。氢气与空气或氯气混合均能形成爆炸性混合气体。盐水在电解过程中有强大的电流通过,如果设备接触不好、绝缘不良,极易产生电火花。如果电解槽、管道密封不良产生气体泄漏,或空气进入电解槽,氢气与空气混合达到爆炸极限,若遇到电火花、明火或其他引爆能量,极易发生火灾、爆炸事故。电解过程中,若电解槽的阳极室液面维持不当或电解槽氢气出口发生堵塞导致阴极室内压力过高,氢气均可能渗入到阳极室内,与氯气混合发生爆炸或火灾[3]。另外,烧碱、潮湿的氯气以及含氯的淡盐水均具有较强的腐蚀性,如果防腐不当会发生设备、管道腐蚀泄漏,并引发火灾、爆炸事故。另外,电解产生的烧碱溶液对人体具有较强的灼伤危害,电解产生的氯气有剧毒,人少量吸入后就会有中毒反应。

4、防火防爆措施

4.1 工艺措施

工艺防火防爆措施主要是通过控制点火源、防止氢气形成爆炸性混合

源于：查抄袭率怎么发表论文www.udooo.com

物等措施降低氢气爆炸的可能性。可采取的防火防爆措施如下:
(1)盐水精制。食盐中含有的钙、镁离子,在电解时能与氢氧根离子作用,产生氢氧化钙和氢氧化镁,两者都是沉淀物,易将阴极隔膜的空隙堵塞,影响电解的正常进行。同时,这些沉淀物在碱液出槽处或盐水入槽处析出,将使绝缘性能降低,导致漏电,甚至产生火花从而引起爆炸。另外,盐水中的硫酸根离子在电解时能参加反应放出氧气,与石墨发生反应销蚀电极,导致电解不正常,既增加了火灾爆炸危险,又浪费电能。
在盐水精致过程中,若没有严格按照工艺要求控制盐水中的铵含量,在电解过程中会产生三氯化氮。三氯化氮极为敏感且爆炸性很强,如遇火花或高能量极易发生爆炸事故。
为从原料中消除盐水中钙、镁、硫酸根离子等杂质,粗盐水要经过两次过滤,得到精制盐水,才能保证离子膜电解水的质量,避免因盐水杂质导致的火灾、爆炸事故。
(2)防止漏电和电火花产生:氢气系统要与电解槽的阴极箱之间有良好的绝缘,整个氢气系统应有良好的接地,这样才能避免产生漏电和电火花。
(3)操作条件控制:电解是连续性生产,要不断的加入食盐水,不断的排出碱液,操作条件必须控制得当。控制室应对电解厂房的电压和电流密度、氢气和氯气的纯度、电解槽内食盐水液面高度等参数进行控制,确保其满足安全生产要求。(4)事故停车:电解厂房应设有紧急停车系统,可通过控制室的远程控制系统实现装置的紧急停车及安全联锁保护。一旦发生泄漏事故,可立刻根据应急程序进行处置,降低火灾、爆炸危险性。
(5)电气设备与防雷、防静电:电解厂房内的电气设备均按照国家标准《爆炸和火灾环境电力装置设计规范》GB50058-92的规定采用防爆型产品。电解厂房应设计防雷、防静电设施。

4.2 建筑措施

(1)耐火等级:电解厂房的火灾危险性类别为甲类,耐火等级不应低于二级。且宜采用敞开或半敞开式,其承重结构宜采用钢筋混凝土或钢框架、排架结构。
(2)防火分区:根据国家标准《建筑设计防火规范》GB50016-2006第3.3.1条的规定,二级耐火等级的单层电解厂房防火分区最大面积为3000m2,多层为2000m2。
(3)防火间距:电解厂房宜独立设置,其平面布局应符合《建筑设计防火规范》GB50016-2006有关防火间距的规定,以减小火灾、爆炸事故时对周边建筑的影响。
(4)安全疏散:根据《建筑设计防火规范》GB50016-2006第3.7.2条的规定,电解厂房的每个防火分区,一个防火分区内的每个楼层,其安全出口数量应经计算确定,且不应少于2个。根据第3.7.4条的规定,多层电解厂房的疏散距离不应大于25米,单层不应大于30米。根据第3.7.6条的规定,

源于：论文书写格式www.udooo.com

多层电解厂房应设置封闭楼梯间或室外楼梯。
(5)报警:《建筑设计防火规范》GB50016-2006第11.4.2条的规定,建筑内可能散发可燃气体、可燃蒸汽的场所应设可燃气体报警装置。电解厂房产生氢气、氯气,应设可燃及有毒气体探测器,及时发现氢气和氯气的泄漏。控制中心则可根据泄漏监控情况及时中止生产。另外需注意的是,电解厂房内手动报警按钮应为防爆型。
(6)泄压及其它:根据《建筑设计防火规范》GB50016-2006第3.6.2条规定,电解厂房应设置泄压设施。泄压可采用轻质屋面板、轻质墙体和易于泄压的门、窗等。
另外,电解厂房还应配备室内消火栓及干粉灭火器,以便扑救初期火灾。

4.3 管理措施

离子膜法食盐电解的整个生产过程中均为自动化生产,厂房内不设有固定工作岗位,平时仅有巡检人员进行定期巡检。控制室独立建造,操作人员在控制室内可以进行全程远程监控。生产过程中,控制室内24h有专职操作人员值守。除了在控制室进行自动化生产管理外,电解厂房工作人员还应按照巡检制度对厂房进行定期巡检,保证系统正常运行。此外,电解厂房管理上还应制定动火用电等管理制度制定以及生产安全操作规程以及应急救援预案。
参考文献
陈武.不同离子膜工艺流程的比较[J].中国氯碱,2005,04:46-47
中华人民共和国《危险化学品应急处置速查手册》.北京:中国人事出版社,2002年.243-247.
[3]高锁成,张文静.离子膜法烧碱生产中影响电解槽运行的因素[J].中国氯碱,2008,04:4-7.
[4]GB50016-2006.《建筑设计防火规范》.