离子膜法食盐电解厂房火灾危险性分析及防火防爆措施 电解食盐水火灾危险性等级

　　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年代发展的新技术、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[1]。
　　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]。
　　2.2 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[2]。
　　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。