防爆墙的作用及建设方法

1.实验室的起爆原因

当一种化学反应能很快使压力急剧增大以致冲破容器时,就发生爆炸。压缩气瓶等压力容器,由于温度升高而使受压气体膨胀也会发生爆炸。撞击、摩擦、加热和电火花都是发生爆炸的起爆原因。爆炸时产生的气浪以超音速传播,产生冲击波,以致引起更大的爆炸。破坏房屋和工作人员死亡的剧烈爆炸在实验室内尚少见到,但微弱的爆炸则是常有的现象。

醚或烯烃长时间暴露在空气中时可能形成易爆炸的气化物。许多蒸馏醚的过程中都曾发生过爆炸。重金属、乙炔和叠氮化合物都是高爆炸物。若有氮碘化合物存在时,极轻的触动都会引起爆炸。

其他氧化物如过氧化氢、过氧化钠、高锰酸钾、浓硫酸、盐酸、铬酸、四氧化氮、乙炔氧化氮,某些反应剂与氧化物结合都能构成爆炸物。液体氧、液化空气或气体氟与有机物接触时也会引起自发性爆炸。用液氮冷却,除非气压在75MPa以下。

各种化学反应过程引起爆炸可能有以下几种:氮化、氧化、凝结、还原、金属氢化物的聚合作用(其他如丁二烯、丙烯醛、丙烯酯等可以在某种媒介质的引爆下自发地爆炸聚合,这种媒介也可能是一粒小小的任何杂质。液体的乙炔也如此)。某些原来是缓慢进行的反应过程也可以由于加入催化剂而使爆炸加速。

在试验中不可避免地会遇到爆炸性反应,要采取必要的措施以减少灾害。措施如下:

(1)确定灾害的等级。

(2)先用小剂量进行不能确定的试验,然后逐步加大。

(3)稀释有爆炸危险的液体以减轻可能发生的灾害。

(4)在实验室中装置必要的设备,以便有效地控制温度、冷却水等。加热器的下面要留有余地,以便撤离或加大热源的距离。最好用水浴加热,绝对不直接用火加热。

(5)易爆炸化合物不宜贮存在实验室内,而且要把一切残渣全部加以销毁。

(6)装置安全防护板,人在板外操作。

(7)电气设备的安装应按《危险场所和气体蒸汽的分类》确定防火防爆等级,选择相应等级的防爆电气设备。

2.实验室建筑物的安全防爆设施

(1)选址。有爆炸危险的实验室宜尽可能使用单独的建筑物,单层敞开(或半敞开)式构造,设在本单位的边缘,与其他建筑物保持一定的防火间距,且居于下风向(按当地全年主导风向)。操作室应避免西向,以减少日晒。建筑物的主轴线宜与年主导风向垂直(或成45℃以上夹角)。

(2)防爆分隔。有爆炸危险性的房间,在与邻室相接处必须采用防爆墙(或防火墙)且只能一面贴邻。墙上不得设置单扇门直接与邻室相通。必要时可设外廊、阳台或双门斗,以供联系。有爆炸危险性的实验室,如需设置辅助用房(如化验室、休息室、办公室、资料室),必须采用非燃烧体实验墙分隔,其耐火极限应不小于3.5h。在爆炸危险性实验室与辅助用房之间不得设门洞直接相通,必要时可设双门斗。

(3)通风。防爆实验室内通风良好,易爆装置应设于当地全年主风向的下风侧,操作人员则应站在上风侧。为了防止挡风,应将高大的装置设于房间中央。

实验中所用的易燃液体,如闪点低于室温,必须采用机械通风,以避免形成爆炸性混合气体。如闪点高于当地暑季最高气温,可仅用自然通风,但应有足够的排风量。

在进行易燃液体操作中,应注意检查通风的效果,常可用测爆仪或可燃气体浓度测定仪来监测工作场所中易燃液体蒸气的浓度。

(4)建筑结构

1)防爆实验室应采用一级或二级耐火等级建筑。

2)采用框架结构。防爆要求较高时,宜采用整体性良好的现浇式钢筋混凝土框架结构。如用钢框架结构,应将外露钢构件用非燃烧材料保护,以提高耐火极限。

3)对于砖墙承重结构,应设法增强其刚度和抗爆能力,例如:增设封闭式钢筋混凝土圈梁,在砖墙内配置钢筋,添加屋架支撑等。

4)多数易燃液体的蒸气比空气重,对于此类物质的操作场所,以及操作可燃粉尘或纤维的乙类火灾危险性场所,均宜使用不发火地面。对于可燃气体或蒸气密度小于空气的爆炸危险性工作场所,应在房屋顶部开设排气孔。不做天棚闷顶,并防止形成死角。

5)采用防爆墙,例如钢筋混凝土防爆墙等。防爆墙的作用有防御爆炸冲击波,防止火灾扩散。如为砖墙结构,应在水平砖缝中配设统长钢筋(直径8mm)。

6)为了防止上门、窗玻璃聚光引起局部增热,防爆实验室的门、窗应使用磨砂玻璃(光面向内)或蓝色玻璃。

(5)排除火源、热源,防静电与防雷

1)爆炸危险场所应使用在碰撞、摩擦时不会产生火花的工具,如铜锤、木槌、铜板手等,禁止使用铁制工具。

2)室内宜采用导电塑料地板,可防止摩擦时产生火花,也可避免静电积聚。有的场所(如操作、贮藏氢气或氢气瓶)应采用铝板为地板,以防撞击、摩擦或静电积聚产生火花。

3)工作人员应穿防静电鞋。不准穿带铁钉、铁掌的鞋子。避免穿着化纤织物的衣服。坐椅不宜用人造革制造。入室前应踩接地踏板。

4)严禁烟火。室内温度一般不应超过30℃,高温季节不应超过35℃。

5)工作台面、地面均不得使用塑料、橡胶等类绝缘材料。如铺地毯,其内应夹织金属丝,且与接地体(水管等)相连。

6)防爆实验室应设导除静电的接地装置,连成环形接地网,断面不小于(15×4)mm2,接地引下线断面不得小于(25×4)mm2,接地电阻应小。

7)应符合防雷安全要求。

(6)防爆泄压

可燃气体、蒸气或粉尘的最大爆炸压力大都在0.25~1MPa范围,但建筑物的耐爆炸能力则远小于此,通常不到0.01MPa(例如:1砖半厚的砖墙只能耐受约7kPa的爆炸压力)。显然,设计完全密闭的防爆室,将爆炸压力限制在室内的想法完全是不现实的。解决的方法是,一方面要求建筑主体结构能耐受一定的爆炸压力,并在与邻室接界处设置防爆墙。另一方面,为了防止建筑物的承重构件在爆炸时遭受破坏,将室内的爆炸气体压力及时泄除,使主体结构免遭破坏。

泄压孔道面积与室内空间体积之比一般应为0.05∶1至0.10∶1(m2∶m3),在必要时(如从事氢、乙炔、甲醇、乙醇、丙酮等类易爆介质的场所),可取更高的数值,例如0.20∶1(m2∶m3)以上。

作为泄压孔道的建筑构、配件应为轻质结构,自重一般不超过100kg/m2,通常可用石棉水泥瓦、加气混凝土板、石膏板等类材料。外窗面积应大,向外开启,玻璃不宜过厚(通常可用3mm玻璃)。门扇应易于脱落,向外开启。此外可采用易于飞脱的板墙等物件。

(7)加强防爆监测。在有可能形成爆炸性混合气体的工作场所,应该用仪器监测空气中的可燃气体浓度,以便早期采取措施,防止产生事故。

通常所用的各种可燃气体浓度测定仪(或称防爆测量仪)大都具有下列特点:

1)机体小,轻巧便携;

2)测试气体种类多,适用范围广;

3)测定快速,可在数秒至数十秒之内显示结果;

4)除用表头显示被测气体危险程度外,还设有声、光报警装置作为辅助显示信号;

5)可用于测定空气中可燃气体的含量,也可对管道、接头、阀门、贮罐等处进行检漏测试;

6)防爆。由于仪器测量对象是多种易爆气体,所以其结构应能满足各种危险场所的防爆要求。

该仪器采用铂丝催化元件作为传感件,可测氢、乙烷、环己烷、乙炔、苯、汽油、甲醇、乙醇、醚类、酮类、酯类等30余种可燃气体(蒸气)及它们任意比例的多种混合气,测量范围为0~120%L.E.L(爆炸下限深度),报警启动值20%L.E.L。

该仪器的使用方法如下:

1)对表头进行机械调零。

2)将取样管和吸气球分别接于仪器两侧的连接嘴上。在现场外挤捏吸气球数次,使气路内充满新鲜空气。

3)按下电压键、电源按钮。旋动调电压的电位器,使表头指于(100±5)格范围内。此时应有声、光信号出现,表示报警电路开始工作。

4)按下测量键,旋动调零电位器,使表头指于20格,检查报警启动值,并用“报警调节”微调电位器加以校正。将表头调零准备测量。

5)测量时按下测量键,将取样管伸向待测处,挤捏吸气球3~5次,使气路内充满待测气体。按下电源按钮,等表针稳定地停留在摆动后的最大值时读数。若表针右摆后迅速回至零位或零位左侧,且复测后仍然如此,表明待测气体浓度L.E.L已超标,即所测场所处于危险状态。

3.设备防爆

(1)发热设备应采取加强散热的措施,以降低表面温度,避免引起事故。对于在正常条件下较稳定的交换剂,仍应防止因过热引起燃、爆危险。

(2)对于产生可燃气体或蒸气的装置,应在其进出口处安装阻火器。室内应加强通风接气,以使爆炸物浓度控制在爆炸下限以下。

(3)设备内部若充满易爆物,则应采用正压操作,并设压力报警器,正压消失时可自动报警。

(4)物料倒流可能致爆或压力过高会引起分解产生爆炸的设备都应设置压力保护装置。

(5)有爆炸危险性的设备(如带易燃溶剂的球磨机),可使用抑爆剂,或在设备(或管通系统)内设置防爆膜和泄压阀。

防爆膜也称爆破片或爆破板。当设备体系达到预定的压力、温度或发生爆炸时,防爆膜首先遭到破坏,可将爆炸压力释放,使设备不被爆破。防爆膜具有结构简单、密封性好等优点,可以单独使用,也可与安全泄压阀组合使用。膜片只能使用一次,当爆破后,应予更换。常用防爆膜材料为金、铝、铜、银等。压力较低时,可用铝、尼龙、石棉、橡胶等材料。

常用抑爆剂为:氮气、二氧化碳、卤代烷烃。必要时可用氩气。将上述惰性气体充灌设备,使空气隔绝,往往能收到较好的防爆效果。

高效液相色谱仪也应设置泄压阀或其他类型压力释放保护装置,如遇管路发生故障,可及时将高压下的易燃液体排出设备体系,并由废液承接器承接,从而可避免产生爆炸事故。

(6)在有粉尘爆炸危险的场所,可设置自动保护装置,利用粉尘爆炸感应期较长的特点,在爆炸压力尚未达到危险程度之前,设法将爆炸限制在较小的范围内。(www.xing528.com)

(7)对于有爆炸火源的装置,可设置抑爆系统,由爆炸压力波探测器、信号放大器和抑爆剂发射器等部分组成,利用爆炸波传播速度比火焰传播速度快约10倍的特点,使抑爆剂及时喷出,从而将爆炸抑制在较小的范围内。

4.高氯酸的防爆安全

高氯酸盐可分为两大类:①对热和碰撞较敏感的盐;②对热和碰撞较不敏感的盐。属于第二类的物质有纯高氯酸铵、碱金属和碱土金属的盐、高氯酰氟。属于第一类的物质有纯的无机含氮高氯酸盐、重金属高氯酸盐、高氯酸氟盐、有机高氯酸盐、高氯酸酯、高氯酸盐与有机物金属粉末或硫的混合物。

许多重金属的高氯酸盐、有机高氯酸盐(如高氯酸肼,二高氯酸肼以及高氯酸氟)均极易爆炸,必须谨慎操作。高氯酸盐与易被氧化的物质混合也非常容易发生爆炸,必须注意,应避免摩擦,受热、火星、震动以及重金属污染等因素,并要采取适当的隔离、屏蔽和人身防护措施,确保工作人员安全。碱金属、碱土金属的高氯酸盐和铵盐较为安定。合成新的无机或有机高氯酸盐,只应由有经验、细心而又对工作熟悉的研究人员承担。

有关高氯酸实验室的安全设施分述如下。

(1)建筑物的设计。操作室应为防火结构,在混凝土或瓷砖地板上进行,不得用木制地板。混凝土不耐酸,应涂覆保护层。在室温下,环氧漆能耐高氯酸,但如浸水过久,环氧漆就会脱落。所以地面应平整,无坑洼,稍作倾斜,以利泄水。安装在地板上的各种设备不能用螺栓母固定,以防高氯酸盐渗入形成危险的金属高氯酸盐,在旋出螺母时引起爆炸。用销钉能牢固而持久地将设备固定在地上,较为安全。

(2)建筑设施

1)实验台。实验台应该是金属(钢)结构,不能是木质结构,尤其是底部表面,应该采用耐酸材料,如陶瓷砖,环氧复合材料及石棉复合材料,以防吸收酸和很好地耐受溢出酸的腐蚀。

2)搁板,橱柜。选用钢制搁板和橱柜,而不能选用木制的。

3)通风柜。通风柜应该采用上述实验台面材料,氟碳化合物涂覆的钢材或其他耐酸材料。通风柜的框子一般提倡安装安全玻璃,但对那些可能有氢氟酸的地方应换成透明的聚氯乙烯。为避免排风道内的灰尘和高氯酸雾的集结,可在排风通道下方安装喷水嘴,定期冲洗。废水由排水管道直接排出。喷水嘴应耐腐蚀,尚宜设置一根可弯挠的喷水管,以供通风柜灭火,淋洗或洗眼用。

4)抽风机。抽风机应该涂防锈漆,不能用甘油一氧化铅(PbO)为封填材料。封润滑剂时,需用氟碳润滑剂。排风能力必须满足高氯酸蒸气的通风要求。此外还应便于清洗。

5)排气管。排气管应尽可能短,并且不与其他管道互联,直接送到户外。聚乙烯和聚氯乙烯管可作为排气管,但不锈钢管更好,可避免火灾。

(3)实验室装置

1)实验装置。加热高氯酸,可用电热板、沙浴(电热)或蒸汽浴锅,不得直接用煤气或油浴加热。

2)真空装置。可用水吸收器或水泵等类装置从反应器里抽掉酸雾。以避免高氯酸尘粒对通风柜管的污染。酸蒸气被吸收后可安全地排掉。实验室和中间工厂大量地操作72%的高氯酸时,大都使用真空泵,并设计了冷却收集器和干燥柱以保护泵。应注意经常上油,定期更换干燥剂以及融化和去掉收集器中的吸附物。

3)玻璃器皿。玻璃器皿受热、冲击、受撞易于破损,造成事故,因而宜用石英玻璃装置。对于从低温迅速加热到沸点的实验更为必要。在玻璃器皿之间的连接处用72%的高氯酸密封效果较好,也可避免由于用硅润滑剂而在接头处产生凝结。但不能用橡皮塞、橡胶管等橡胶制品。

4)搅拌器。除非是特殊的防爆电动机,一般不用电动搅拌器,而宁愿用压缩空气的搅拌器。因为电动机内部长期暴露在高氯酸蒸气中,容易起火。

5)其他。操作盛有高氯酸混合物的热烧杯和烧瓶时,应使用夹具。用价廉的普通坩埚钳来夹玻璃器皿是不适合的。如有可能的,用经过改进的爪形夹具较妥,以便保证安全地夹紧。

(4)高氯酸的贮存

1)实验室贮存。中心实验室贮存高氯酸的数量不宜超过两瓶(3kg/瓶),个人使用一瓶500g的高氯酸就够了。高氯酸应存放在高氯酸通风柜内。无水高氯酸每月检查一次酸的颜色,如已褪色就应废掉。

2)库房贮存。高氯酸应贮存在刷有环氧漆的金属橱柜里,不得与有机物和易燃化合物混放。无水高氯酸如已褪色,应立即处理。

(5)高氯酸的安全操作。实验室中不得保存高浓度(85%或以上)的高氯酸。不得将高氯酸与浓硫酸、醋酸酐、五氧化二磷等强脱水剂混合,以防产生强烈爆炸。

测定钾的滤液,因含有乙醇与高氯酸,加热时可爆炸,必须注意。

蒸馏高氯酸时,不得使用软木塞、橡皮塞。

破坏有机物或生物试样时,应先用硝酸氧化,再用高氯酸完成氧化反应。对于脂肪酸等硝酸不易氧化的物质,可在用硝酸处理之后,加硫酸热至160℃~180℃,再分批加入高氯酸(或高氯酸与硝酸的混合酸)处理。不要直接用高氯酸氧化有机物,尤其不要直接用高氯酸处理不能与之混溶的油脂等类的动物,以免因产生局部反应而引起强烈的爆炸。用高氯酸氧化时,无论是有机物或无机物,均应使用过量高氯酸,多余的高氯酸可起稀释作用,以防产生爆炸。

不得用高氯酸处理次磷酸盐、金属铋、三价铋或锑的化合物。

蒸发含高氯酸的溶液时,切勿使接触有机物或可燃气体、蒸气,溶液中如含有金属盐类,切勿蒸干。

高氯酸如已变色(黄或棕色),应即加水稀释并冷却。

对于性质不明的物质或新的化合物,如要用高氯酸做试验,应先取微量,观察在接触高氯酸时有否爆炸危险。

加热浓的高氯酸溶液,不得使用聚乙烯容器。

宜用玻璃容器盛装高氯酸,使用玻璃盖,放在玻璃(或瓷)皿上,以防溅漏,不得放在橡皮板上。

如有高氯酸溅漏,应立即用水冲洗,不可用布抹。

加热高氯酸,应在专用的高氯酸通风柜内进行。通风柜及其管道、工作台面均宜用瓷质、聚氯乙烯或石棉为材料,用水玻璃、水泥为胶黏剂,不要用木质材料,或用甘油一氧化铅胶黏剂。通风柜及管道应经常冲洗。通风管道宜专用,尤其不要和操作有机液体的通风柜共用通风管道,以免高氯酸蒸气与易燃液体蒸气接触并产生爆炸。

5.实验室操作中防爆安全

(1)仪器的要求

1)器壁应坚实,材质均一,具有足够的强度,无划痕瑕疵,无微孔、微观裂缝或小气泡。

2)尽可能采用球形器皿。进行减压蒸馏,应采用克氏蒸馏瓶,用圆底烧瓶(或抽滤瓶)作接受器,不得用平底烧瓶蒸馏或用锥形瓶接受。烧瓶的坚固性次序是:圆底烧瓶＞平底烧瓶＞锥形瓶。

3)真空装置的玻璃器皿在使用之前,应做检查(如用偏光镜)。

4)根据安全操作的需要,设置压力调节阀或安全阀。

5)使用高压气瓶时,必需严格遵守修正案操作规则。

6)高压釜、氢化釜等有爆炸危险性的高压设备,必需设立专门的防爆操作室,操作时应采取严格的安全措施。

7)对于高效液相色谱仪等使用多量易燃液体的仪器,应采取必要的防火、防爆措施。仪器台数较多时,应设专室操作。

(2)安全操作

1)操作人员应熟悉所使用物质的爆炸危险性质、影响因素与正确处理事故的办法,了解仪器结构、性能、安全操作与防护要求。在实验前,应对仪器进行周密检查,性能正常者,方可使用。对于乙醚等试剂,在进行回流或加热之前,应检查是否有过氧化物存在,如有,应先除去过氧化物,方可使用。

2)操作时,危险物的用量应尽量减小,只要不妨碍正常操作,并足以获得或靠的实验结果即可。

3)操作爆炸危险性物质时,不得使用磨口玻璃瓶,以免由于启、闭磨口塞而引起爆炸事故。可以使用软木塞、橡皮塞或塑料塞,且应洁净。

4)操作点周围应无明火。易燃液体严禁用明火、电炉直接加热。

5)干燥爆炸危险性物质时,不得关闭烘箱门,且宜使用氮气等惰性气体保护。

6)使用管式炉时,如有爆炸危险,不得裸眼窥视炉孔,或站立在炉孔附近。

7)仪器的受热部分或管道,如需通入可燃气体,应先用惰性气体将内部空气驱尽,方可通入。实验完毕时,应先用惰性气体将可燃气体驱尽,方可允许空气进入。不得直接向受热部分通入可燃气体,或用空气赶除可燃气体。

8)向气量计充入新气体,或当气量计内气体性质不明时,均应换水。

9)进行气相反应时,应注意各种因素的影响,以防产生爆炸。例如:光可使氯与氢、甲烷等剧烈反应并产生爆炸;低压可使磷化氢与氧骤然产生爆炸。其他如杂质、容器材料使用不当等均可能引起爆炸事故。特别应注意水和玻璃的影响,例如在完全无水的条件下,将氢气与氧气混合,即使在1000℃高温下也不会爆炸。在无玻璃的镁质容器中,氢与氟在较低温度时不反应。但当水(或玻璃)存在时,上述反应即可进行。

10)必要时,应在设备中安装阻火器,以防火焰向其他部分扩展。在玻璃管中嵌入铜丝网,也可起阻火作用。

11)下列物质不得进行混合,以防产生爆炸:高氯酸与乙醇、甘油、次磷酸盐、醋酸酐;高氯酸盐与浓硫酸;氯酸盐与硫、硫化物、磷、氰化物、硫酸、铝、镁;硝酸盐与铝镁、磷、硫氰化钡、酯类、氯化亚锡;铬酐与甘油、硫、有机物;过硫酸铵与铝粉(有水存在时);铁氰化钾、卤素与氨;硝酸铵与锌粉(有水存在时);亚硝酸盐与氰化钾;硝酸与磷、噻吩、碘化氢、镁、锌、钾、钠;过氧化物与镁、锌、铝;液态空气(或液氧)与有机物;压缩氧气与油脂;发烟硫酸(或氯磺酸)与水;发烟硝酸与乙醚;次氯酸钙与有机物;卤素与铝粉(有小量水);液氨与汞。

12)乙醚类物质的安全操作:乙醚、异丙醚、丁醚、甲乙醚、四氢呋喃、二氧六环等类物质容易吸收空气中的氧,形成危险性过氧化物,受热、震撞时,可产生极强烈的爆炸。在操作时,应高度注意安全。

(3)个人防护

1)对于有爆炸危险性的仪器,应使用安全罩保护,常用金属或塑料(如有机玻璃)制作,可取板状、块状或网状。

2)操作者应酌情使用个人防护用品,如防护眼镜、防护面罩等。

3)在仪器与操作者之间应酌情设置防护屏。

4)在通风柜内进行爆炸危险性工作,应采用安全玻璃或有机玻璃为窗户材料。

5)在仪器上加设泄压装置,当内部压力达到一定数值时,泄压装置可首先遭受破坏,将高压气体泄出,以免在仪器炸裂时炸伤人体。泄压装置不得对向操作者。