摘要：針對氯氣發生泄漏爆炸的危害，較詳細地分析了氯氣在生產、儲存及使用過程中引發蒸氣爆炸及化學性爆炸的主要原因，并提出了有效的防爆措施。
　　
　　關鍵詞：氯氣；爆炸原因；防爆措施
　　
　　1、氯氣
　　
　　1.1氯氣的理化性質
　　
　　（1）物理性質。氯氣在常溫常壓下為黃綠色有刺激性氣味的有毒氣體。密度為3.21，是空氣的2.45倍。易溶于堿溶液、二硫化碳和四氯化碳，難溶于飽和食鹽水。在常溫下，氯氣被加壓到0.6～0.8MPa或在常壓下冷卻到-35~40℃時就能液化為黃綠色透明液體。液氯的密度為1.47，熔點-102℃，沸點-34.6℃，氣化熱62kcal/kg(36℃)。
　　
　　（2）化學性質。氯氣的化學性質很活潑，是一種活潑的非金屬。
　　
　　1.2液氯的用途
　　
　　用于農藥、塑料、增塑劑、合成橡膠、合成纖維、消毒漂白、煉鎂和稀有金屬等行業。
　　
　　1.3氯氣泄漏爆炸的危害
　　
　　液氯為第二類危險化學品，人體吸入濃度為2.5mg/m的氯氣時，就會死亡。氯氣爆炸的危害包括兩部分：爆炸本身造成的危害及泄漏的氯氣造成的二次危害。
　　
　　2、氯氣爆炸
　　
　　2.1蒸氣爆炸
　　
　　液氯發生蒸氣爆炸的直接原因是容器出現較大的裂縫，使過熱液氯驟然蒸發。液氯蒸氣爆炸的主要原因如下：
　　
　　2.1.1過量充裝
　　
　　如果液氯充裝過量或滿液，遇到陽光照射或其它情況使溫度升高，就會引起容器內壓異常上升，將導致鋼瓶破裂，引發液氯蒸氣爆炸。表1是0℃滿液液氯鋼瓶在不同溫度下的壓力值。
　　
　　表 10℃滿液液氯鋼瓶在不同溫度下的壓力值
　　

　　
　　2.1.2腐蝕
　　
　　氯氣微溶于水，在溫度9.6℃時溶解度為1%，部分氯與水反應生成HCl和HClO，故濕氯具有強氧化性。當氯中含水量小于0.015%時，碳鋼的腐蝕速率小于0.04mm/a，亦即干燥氯對碳鋼基本上不腐蝕。當氯中含水量大于0.015%時，不僅會腐蝕碳鋼，而且還會腐蝕不銹鋼，氯會破壞不銹鋼表面的鈍化膜而產生孔蝕或應力腐蝕破裂。在一定范圍內，隨著氯氣含水量增大，對碳鋼、不銹鋼的腐蝕速率也隨著增大。
　　
　　液氯產品含有0.015～0.06%的水量，會對金屬貯槽產生腐蝕，長期使用能引起局部器壁變薄、強度下降，可導致貯槽開裂發生液氯蒸氣爆炸。
　　
　　2.1.3機械碰撞
　　
　　若液氯容器遭碰撞或沖擊受損，將引發液氯蒸氣爆炸。
　　
　　2.2化學性爆炸
　　
　　氯氣中含有NCl₃、H₂，在一定濃度、條件下可引起爆炸；氯氣與有機物、氨及金屬粉末反應易引起爆炸。氯氣化學性爆炸的主要原因：
　　
　　2.2.1NCl₃爆炸
　　
　　2.2.1.1NCl₃的性質
　　
　　NCl₃常溫下為黃色粘稠的油狀液體，密度為1.653，-27℃以下固化，沸點71℃，自燃爆炸溫度為95℃。
　　
　　2.2.1.2NCl₃的生成
　　
　　鹽水中含有氨(NH)、銨離子(NH₄)、可水解出氨基(-NH)的化合物(無機胺化合物如一氯胺NHCl、二氯胺NHCl等；有機胺化合物如尿素、苯胺、氨基乙酸等)。在電槽陽極析出的氯部分地溶解在陽極液中，生成次氯酸和鹽酸，使NH₃、NH⁴⁺、NH₂Cl及NHCl₂等在陽極板區生成NCl₃，并隨同氯氣一起析出。其反應式如下：
　　
　　NH·H₂O+Cl₂→NH₄Cl+HOCl
　　
　　NH₄Cl+3Cl₂→4HCl+NCl₅→NH₂Cl+HOCl→NHCl₂+H₂O
　　
　　NHCl₃+HOCl→H₂O+NCl₅→NCl₅與氯氣混在一起，經冷卻、干燥、壓縮、液化過程，留存于液氯中。
　　
　　2.2.1.3NCl₃爆炸
　　
　　NCl5是一種不穩定且危險的爆炸性物質，當體積含量超過5%時，易發生分解爆炸，通常以爆轟方式進行，生成氯氣、氮氣和大量熱量。絕熱狀態下，爆炸時溫度可達2128℃，壓力高達531.6MPa；空氣中爆炸溫度可達1698℃。爆炸的危害取決于NCl2積聚的濃度和數量。爆炸方程式為：
　　
　　2NCl₃→N₂+3Cl₂+459.9kJ
　　
　　NCl₃爆炸的特點：貯槽內的液氯量少；爆炸的貯槽殘骸內有反應產物三氯化鐵粉末。
　　
　　2.2.1.4NCl₃富集
　　
　　NCl₃在液氯底部積聚、濃縮，在一定條件下蒸發達到爆炸極限。NCl₃富集主要方式：
　　
　　a）進料→沉淀→出料循環方式。氯槽、冷凝器等每次進料后液氯中NCl₃不斷沉積到貯槽底部；
　　
　　b）進料(裝瓶)→蒸發→排氣循環方式。氣化器、氯瓶等隨著使用、充裝次數增多，其底部余氯NCl3濃度不斷升高；
　　
　　c）余量不足。氣化器、氯瓶發料或使用后余氯少于規定量，使NCl3濃度升高；
　　
　　d）泄漏。氯槽、冷凝器、氣化器泄漏，液氯蒸發，余氯不斷減少，NCl3濃度不斷升高；
　　
　　e）殘留。貯槽、容器未完全清洗干凈，殘存NCl3蒸發，達到爆炸濃度。
　　
　　2.2.2氫氣爆炸
　　
　　氫氣在氯氣中的爆炸范圍(體積百分比)為5.5%～89%。氯氣含氫量達5.5%以上，則隨時可能在光照或受熱情況下發生爆炸。光照爆炸反應為：H₂+Cl₂→2HCl+熱量。產生爆炸的原因：
　　
　　（1）爆炸性混合氣體的形成：
　　
　　a）進槽鹽水中含有鐵、鈣、鎂離子等雜質時，特別是鐵雜質，致使陽極室產生第二陰極而放出氫氣；
　　
　　b）離子膜損壞，使氯氣與氫氣混合；
　　
　　c)氯氣系統管線、閥門竄漏氫氣；
　　
　　d）氫氣在液化器、分離器或尾氣罐氣相富集。
　　
　　（2）著火源：光照、靜電火花、電器火花、磨擦、碰撞等。
　　
　　2.2.3有機物爆炸
　　
　　氯的化學性質活潑，易與有機物發生快速反應，生成氣體產物并放出大量熱量，使容器發生爆炸。以下有機物倒流或誤裝入氯容器會引起爆炸：
　　
　　（1）可燃烴類。如乙炔、乙烯、丙烯、正丁烯、正戊烯等。
　　
　　（2）氯化衍生物、氯代烴和氯代烴的二元混合物類。如氯化石蠟等。
　　
　　（3）醇、醚、羧酸類。
　　
　　（4）其它。如松節油、油脂等。
　　
　　2.2.4受熱爆炸
　　
　　盛裝液氯的容器一般是碳鋼。在溫度達到230℃以上時，氯可與鋼產生激烈的燃燒反應，反應生成物氯化鐵(溶點282℃，沸點315℃)氣化，使容器發生爆炸。
　　
　　3、防止氯氣爆炸措施
　　
　　3.1防止蒸氣爆炸
　　
　　3.1.1嚴禁超裝
　　
　　液氯槽、計量槽、氣化器中液氯充裝量不得超過全容積的80%。鋼瓶及其它壓力容器的充裝系數為1.25kg/L，不準超量，充裝壓力不得超過1.1MPa。
　　
　　3.1.2防腐
　　
　　（1）濕氯防腐。鈦具有優良的耐濕氯性能，因此在氯的冷卻處理工藝中獲得了廣泛應用。為了保持鈦在氯氣中的鈍性，實踐證明，氯氣中至少需要1.5%的含水量。輸送、冷卻濕氯的管道、冷卻器、儀表、閥門等應選用鈦管材，它能有效防止濕氯的腐蝕。
　　
　　（2）液氯防腐。控制液氯產品含水≤0.040%，液氯含水量越少，對碳鋼、不銹鋼腐蝕就越小。
　　
　　（3）制定防腐制度。加強設備維護保養，對易腐蝕的部位，建立定期檢測、檢查、檢修制度，并建立防腐檔案。
　　
　　3.1.3防碰撞
　　
　　（1）執行國家有關危險化學品運輸管理規定。車輛運輸液氯鋼瓶時，鋼瓶頭部要按同一方向橫著擺放，保持中速均勻行進，盡量減少急剎車，避免瓶內液氯慣性沖擊。
　　
　　（2）鋼瓶裝卸、搬運必須戴好瓶帽、防震圈，嚴禁摔、碰、撞。
　　
　　（3）液氯槽區、槽車及鋼瓶周圍禁止機械、電氣作業。
　　
　　3.2防止化學性爆炸
　　
　　3.2.1防止NCl3爆炸
　　
　　3.2.1.1控制NCl3生成
　　
　　a）控制原鹽質量。對原鹽含銨（胺）總量進行檢測，不符合有關標準的原鹽不準入庫。
　　
　　b）監測化鹽水。采用經凈化的江河水化鹽，應注意不同季節江河水含銨（胺）量變化。
　　
　　c）粗鹽水除銨（胺）。化鹽后的粗鹽水加入來自陽極液循環槽、經脫氯塔脫氯的淡鹽水（游離氯含量為5-10mg/L），再加入適量的次氯酸鈉或氯氣，檢測粗鹽水游離氯應達到1～2mg/L、PH<4.2，使粗鹽水中的銨（胺）生成NCl₃。其后經過加壓溶氣罐，將生成的NCl3浮濾排除。
　　
　　d）控制進槽鹽水指標。無機銨≤1mg/L，總胺≤4mg/L。
　　
　　3.2.1.2防止NCl₃富集
　　
　　a）氯水洗滌工藝。采用低溫氯水冷卻洗滌凈化電解槽出來的濕氯氣，清除部分氣相NCl₃。
　　
　　b）NCl3排放制度。氯槽、冷凝器、分離器及氣化器定期帶液氯排污，清除部分液相NCl3。同時取排污液氯檢測NC3含量，嚴格控制在60g/L以下。若NCl3超過60g/L，應增加排污量和排污次數，并加強檢測，同時應查找原因，及時消除。
　　
　　c）余氯量控制。氣化器內的液氯不得低于1/3。充裝量為500kg、1000kg的氯瓶應分別保留5kg、10kg以上的余氯，余壓必須≥0.05MPa；對使用頻次較高、接近檢驗期的鋼瓶，應抽檢余氯NCl3的含量，若NCl3含量太高，應提前清洗，消除隱患。
　　
　　d）液氯產品質量。出廠檢驗NCl3含量≤50mg/L。
　　
　　e）防止氯氣泄漏NCl3濃縮。氯槽、冷凝器、氣化器泄漏，應及時倒槽，對底部不能排盡的液氯，應通入含水≤0.01%的空氣進行混合、清洗或反洗，降低氣相NCl3濃度。嚴禁液氯自然蒸發排放，防止后期NCl3濃縮、積聚導致爆炸。
　　
　　f）貯槽堿洗。排盡液氯的貯槽必須經堿洗、堿液浸泡，徹底清除NCl3后才能檢修，避免底部或管閥沉積NCl3，在檢修、動火過程引起爆炸。
　　
　　g）中和處理。必須保持排污裝置和污物處理設施完好，定期檢測堿池堿液濃度，對排出帶NCl3的廢氣、廢液及時中和處理，防止排污設施NCl₃富集。
　　
　　3.2.1.3消除引爆能。
　　
　　靜電接地，使用防爆電器、設備及工具，只許用不超過45℃的水加熱氣化器，禁止使用強超聲波設備，嚴格執行用火管理制度等。
　　
　　3.2.2防止氫氣爆炸
　　
　　（1）防止爆炸性混合氣體的形成：
　　
　　A）鹽水精制。分別加入足量的Na₂CO₃和NaOH溶液，通過戈爾膜或碳素管過濾除去沉淀，然后用鹽酸調節pH值，除去過量的CO₃^2-，仍含有少量Ca²⁺、Mg²⁺的鹽水，最后通過樹脂塔除去。防止Fe₃²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等雜質產生第二陰極；
　　
　　b）離子膜定期檢查維護，防止脫落、損壞；
　　
　　c）從生產工藝上防止氫氣或氯氣竄漏；
　　
　　d）控制氫氣濃度。氯氣總管中含氫應≤0.4%；氯氣液化后尾氣含氫應≤0.4%。實行尾氣定期排放、檢測制度，防止氫氣富集。
　　
　　（2）消除著火源。靜電接地，使用防爆電器、設備及工具，嚴格執行用火管理制度等。
　　
　　3.2.3防止有機物爆炸
　　
　　（1）防止倒流。氯瓶向反應釜內通氯氣時，中間應設置止回閥和足夠容積的緩沖罐，防止氯氣斷流或壓力減小時，有機物倒流，作業結束后立即關閉隔離閥及氯瓶閥。
　　
　　（2）充裝前必須有專人對鋼瓶進行全面檢查，確認無異物，方可充裝。
　　
　　（3）氯瓶及貯槽周圍禁止存放有機物質。
　　
　　3.2.4控制受熱
　　
　　液氯容器周圍禁止存放易燃物，防止火災引起受熱爆炸。
　　
　　4、結束語
　　
　　氯氣爆炸通常是由倒竄或誤裝物質、NCl3等引起的化學性爆炸。生產、貯存、使用氯氣的單位一定要按照《氯氣安全規程》的規定，嚴格控制各項工藝參數，杜絕任何物質倒竄或誤裝進入液氯容器；嚴格控制進槽鹽水的無機銨和總胺含量，降低氯氣中NCl3的產生量，嚴格落實NCl3的分析與排放制度，防止NCl3富集。建立完善氯氣應急救援預案，防止各類重特大事故的發生。