Analisando os acidentes em tanques de reação e de destilação, muitas lições não podem ser ignoradas

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Os tanques de reação e os tanques de destilação (incluindo os tanques de destilação fracionada) são alguns dos equipamentos mais utilizados na indústria química. No entanto, eles também representam um risco elevado, podendo causar vazamentos e acidentes de incêndio ou explosão. 　　Nos últimos anos, ocorreram frequentemente vazamentos, incêndios e explosões em tanques de reação e de destilação. Como o interior do tanque costuma conter **químicos** tóxicos e perigosos, as consequências de um acidente são ainda mais graves em comparação com acidentes de explosão comuns. A seguir, serão apresentados os fatores de risco que causam acidentes em tanques de reação e tanques de destilação. Serão listados casos relacionados a esses acidentes, além de serem sugeridas medidas de segurança adequadas. Riscos inerentes Os principais riscos inerentes aos tanques de reação e aos tanques de destilação são os seguintes: 1. Matérias-primas A maioria das matérias-primas presentes nos tanques de reação e nos tanques de destilação são **químicos**. Se o material for de tipo que possui ponto de autoignição e ponto de inflamação baixos, uma vez que ocorra um vazamento, ele formará uma mistura explosiva com o ar. Ao entrar em contato com uma fonte de ignição (fogo, faíscas, eletricidade estática, etc.), pode haver incêndio ou explosão. Se o material for tóxico, um vazamento pode causar envenenamento e asfixia nas pessoas. 　　Em 27 de março de 1994, ocorreu uma explosão em um tanque de reação na fábrica de aditivos da cidade de Shaoxing. O incidente resultou na morte de 4 pessoas e no ferimento grave de outras 8. Dentro do tanque de reação, encontra-se principalmente etileno óxido, cujo limite de explosão é de 3% a 100%. A principal causa do acidente foi o fato de que o ar presente no tanque não foi completamente substituído por nitrogênio, fazendo com que a concentração de mistura com o etileno óxido atingisse o limite de explosão. Essa fábrica é uma empresa rural recém-criada. Os recipientes sob pressão utilizados por ela nunca foram inspecionados. Os operários possuem baixo nível de qualificação técnica e não receberam treinamento adequado; eles não têm conhecimento algum sobre os riscos envolvidos no processo de produção, nem sobre como lidar com falhas. Antes de entrar em operação, o projeto não passou pela avaliação “três simultaneamente”; não havia procedimentos completos de segurança nem medidas técnicas adequadas. Não era possível saber, por meio de instrumentos, se o ar dentro do tanque de reação havia sido completamente substituído. Além disso, não foram estabelecidos procedimentos para análises laboratoriais; os trabalhadores operavam com base em experiência e intuição. 　　2. Problemas na fabricação dos equipamentos Um design inadequado dos tanques de reação e de destilação, estruturas irregulares dos equipamentos, disposição inadequada das soldas, entre outros fatores, podem causar concentração de tensões. A escolha incorreta do material, a qualidade insuficiente da soldagem durante a fabricação dos recipientes, bem como um tratamento térmico inadequado, podem reduzir a tenacidade do material. Além disso, a corrosão causada por substâncias agressivas no revestimento do recipiente pode diminuir sua resistência, ou ainda faltar acessórios de segurança, o que pode levar à explosão do recipiente durante seu uso. 　　Em 1º de dezembro de 2007, ocorreu uma explosão em um recipiente sob pressão (tanque de oxigênio) na fábrica de blocos de concreto aerado feitos com cinzas de carvão, localizada na cidade de Baoding, província de Hebei. O acidente causou a morte de 5 pessoas e deixou outra pessoa levemente ferida. De acordo com as investigações, os gestores da empresa alteraram arbitrariamente os parâmetros do processo, reduzindo o número total de parafusos que conectam o corpo do tanque de oxigênio a sua tampa de 60 para menos de 30. Além disso, essas substituições não foram feitas em tempo hábil, e as válvulas de segurança do tanque também não foram verificadas adequadamente. O funcionamento contínuo sob pressão e temperatura excessivas causou o acidente. 　　Em 4 de setembro de 2000, em uma fábrica de reagentes bioquímicos na cidade de Yiyang, província de Hunan, um tanque de reação revestido com esmalte cerâmico parou de funcionar durante seu uso. A tampa do tanque se soltou de repente, fazendo com que uma grande quantidade do meio químico em questão vazasse para fora. Esse material se misturou com o ar, formando um gás explosivo, o que causou uma grande explosão. Como resultado, 2 pessoas morreram e 6 ficaram feridas. A principal causa do acidente foi o envelhecimento das buchas de vedação da câmara de reação, o que causou vazamentos durante a operação. Os trabalhadores tentaram apertar essas buchas sob pressão, o que fez com que a tampa da câmara se soltasse, provocando uma explosão. Este tanque de reação é um recipiente sob pressão antigo, que não foi inspecionado antes de ser utilizado, além de ter sido instalado de forma ilegal. Os operadores também não receberam treinamento adequado. Riscos durante o processo de operação Os tanques de reação e os tanques de destilação apresentam os seguintes riscos durante as operações de produção: 1. Perda de controle da reação, causando incêndios e explosões. Muitas reações químicas, como oxidação, cloração, nitratação e polimerização, são reações exotérmicas intensas. Se a reação perder o controle ou houver interrupção no fornecimento de energia ou água, o calor gerado pela reação se acumula, fazendo com que a temperatura dentro do tanque aumente drasticamente e a pressão aumente também. Isso pode levar à ruptura do recipiente, caso sua capacidade de resistência à pressão seja ultrapassada. Os materiais são ejetados a partir do local da ruptura, o que pode causar incêndios ou explosões. A ruptura do tanque de reação interrompe o equilíbrio da pressão de vapor dos materiais, e o líquido superaquecido e instável pode provocar uma segunda explosão (explosão por vapor). Os materiais ejetados se espalham rapidamente, e o espaço ao redor do tanque de reação fica envolto em gotículas ou vapor de líquidos inflamáveis. Em caso de presença de uma fonte de ignição, pode ocorrer uma terceira explosão (explosão de gás misto). 　　As principais causas que levam à perda de controle da reação são: a incapacidade de remover o calor gerado pela reação em tempo hábil, a falta de distribuição uniforme dos reagentes e erros operacionais. 　　Em 16 de março de 2007, uma empresa química localizada na cidade de Dongtai, província de Jiangsu, tentou produzir ilegalmente um novo produto, o etoximetilmalononitrila, utilizando os equipamentos de produção existentes. Nesse processo, a torre de destilação explodiu repentinamente, causando a morte de 4 pessoas e deixando outra ferida. A causa direta desse acidente foi a destilação excessiva do produto bruto de etoximetilmalononitrila, o que causou o entupimento da camada de material de preenchimento por substâncias com ponto de ebulição elevado. Isso levou ao aumento da pressão dentro do tanque de destilação, provocando uma explosão física que destruiu as seções inferiores da torre de destilação. Em seguida, isso causou a combustão dos materiais e uma explosão química. A entrada de material sob alta pressão no sistema de baixa pressão, dentro do recipiente de reação, causa uma explosão. Os equipamentos em pressão normal ou baixa conectados ao recipiente de reação também podem sofrer explosões, pois a pressão excessiva do material que entra no recipiente ultrapassa seu limite de resistência, levando à ruptura física do recipiente. 　　Em 22 de agosto de 1991, ocorreu um grave incêndio na fábrica de resinas da cidade de Pingdingshan, província de Henan. O acidente foi causado pelo excesso de pressão nos tanques de reação utilizados no processo de polimerização. Os funcionários que estavam de plantão tentaram controlar a situação, mas não fecharam completamente as válvulas que levavam ao coletor de espuma (um equipamento operado à pressão atmosférica). Isso causou uma explosão, que por sua vez provocou a explosão do gás inflamável presente em toda a área da fábrica. Acidentes podem ocorrer quando vapor d’água ou água vazam para o recipiente de reação. Se o vapor d’água utilizado para aquecimento, o óleo térmico ou a água utilizada para resfriamento vazar para o tanque de reação ou de destilação, eles podem reagir com os materiais presentes no tanque, liberando calor e causando um aumento rápido da temperatura e da pressão. Isso pode levar à saída dos materiais do tanque, provocando um incêndio. O sistema de condensação por destilação pode explodir devido à falta de água de resfriamento. Durante o processo de destilação, se houver interrupção no fornecimento de água de resfriamento para o condensador localizado no topo da torre, enquanto o material dentro do tanque continua a ser destilado, isso fará com que o sistema passe de um estado de pressão normal ou negativa para um estado de pressão positiva. Isso pode causar uma explosão, já que excede a capacidade de resistência do equipamento. 　　Em 28 de julho de 2006, ocorreu uma explosão na empresa Yancheng Fluorine Chemical Co., Ltd., localizada em Sheyang County, província de Jiangsu. A explosão se deveu ao fato de que não havia água de resfriamento no condensador da torre de reação por cloração, e também não havia fluxo de produto saindo do topo da torre. Em vez de parar imediatamente as operações, continuou-se a aquecer o sistema, fazendo com que o 2,4-***fluorobenzeno permanecesse em condições de alta temperatura por um longo período. Isso acabou causando sua decomposição e, consequentemente, a explosão. 5 recipientes sofreram explosões devido ao aquecimento. Os recipientes de reação podem explodir quando há incêndio em materiais inflamáveis ao seu redor, ou quando são expostos à radiação térmica de fontes de calor intensas. Isso faz com que a temperatura dentro dos recipientes aumente drasticamente, o que gera aumento da pressão e, consequentemente, explosões. Em 8 de outubro de 1991, às 6h50, no laboratório de teste da fábrica de produtos orgânicos em Huaiyin, província de Jiangsu, um reator de alta pressão de 100 litros, utilizado na produção de poliéteres, explodiu de repente. Os parafusos que fixavam a tampa do reator ao corpo do mesmo se quebraram, e a tampa, com um peso de aproximadamente 80 kg, voou para um local a mais de 80 metros de distância. As válvulas de segurança e os manômetros instalados no reator também foram destruídos pela explosão. A onda de ar gerada pela explosão derrubou o teto do laboratório; o espaço de teste, com aproximadamente 20 m³, desabou completamente. Três operadores morreram na hora. 　　A explosão do reator de alta pressão foi causada por superaquecimento e sobrepressão. No processo de produção de poliéteres de alto peso molecular, que utiliza etileno óxido e propileno óxido como matérias-primas, é necessário que os operadores sigam rigorosamente as instruções estabelecidas. Ao adicionar os materiais, deve-se utilizar um método de adição gradual, controlando a quantidade adicionada, a fim de evitar situações em que a reação se torne intensa demais e cause danos. Mas os operadores da fábrica violaram o processo de operação, utilizando um método de adição em “lotes”, colocando uma quantidade excessiva de matéria-prima de uma só vez, o que fez com que a velocidade da reação aumentasse demais. Acidentes causados por operações inadequadas de entrada e saída de materiais dos recipientes. Muitos líquidos inflamáveis da categoria A, com ponto de fulgor baixo, são introduzidos nos tanques de reação ou destilação por meio de bombas de líquido ou vácuo. A maioria desses materiais é isolante, ou seja, tem baixa condutividade elétrica. Se a velocidade do fluxo dos materiais for muito alta, a eletricidade estática acumulada não poderá ser dissipada a tempo, o que pode causar incêndios e explosões. 　　Em 30 de março de 1993, ocorreu uma grave explosão em um reator na fábrica petroquímica de Jingzhou. Quatro pessoas morreram no acidente. A causa direta da explosão foi a velocidade excessiva de alimentação do etileno óxido. Em menos de 2 horas, a quantidade de material alimentado no tanque já chegou a 500 kg. Isso fez com que o etileno óxido não tivesse tempo suficiente para reagir com o propan-1-ol, acumulando-se assim no tanque. A pressão dentro do tanque aumentou rapidamente, e os gases sob alta pressão foram expelidos com força. Ao entrarem em contato com eletricidade estática, ocorreu uma explosão. A razão para o alimentação excessivamente rápida é que o tanque de reação depende apenas do operador para controlar manualmente a velocidade de alimentação, por meio de válvulas, sem a instalação de um medidor de vazão. Os trabalhadores não sabem qual é o material principal a ser inserido no reator de reação, nem quais são os padrões a serem seguidos para isso. E a parte responsável pela transferência da tecnologia se recusou, sob o pretexto de manter a confidencialidade tecnológica, a revelar à fábrica petroquímica os nomes e as quantidades dos materiais utilizados. 　　Em 22 de abril de 2002, ocorreu um acidente com um tanque de reação em uma empresa química na cidade de Yuanping, província de Shanxi. O acidente resultou na morte de uma pessoa e em ferimentos graves em outra. A onda de choque causada pela explosão levantou quase todo o telhado feito de placas pré-fabricadas do local, que tinha aproximadamente 200 m². Todos os vidros das janelas na parede sul se quebraram, e os cacos voaram até a uma distância de cerca de 50 m. Além disso, todos os 40 parafusos M20 que fixavam a tampa do tanque reacional se romperam ou foram arrancados. A causa do acidente foi o processo de descarregamento do tanque de reação: a mistura de dicloreto de carbono, isopropanol e oxigênio presente no tanque foi liberada sob uma pressão superficial de 0,2 MPa. Quando o material vazou pela flange, surgiu uma diferença de pressão entre o interior e o exterior do tanque. O material vazado saiu a uma certa velocidade, e nesse processo foram geradas cargas elétricas estáticas. Quando o material líquido no interior do tanque é quase completamente esvaziado, a eletricidade estática acumulada nas bordas da flange atinge uma certa energia, o que gera faíscas eletrostáticas. Essas faíscas acendem a mistura de dióxido de carbono, isopropanol e oxigênio, provocando uma reação química explosiva dentro do tanque. 7. Os operadores estavam relaxados e não detectaram a tempo os sinais de um acidente. Os tanques de reação geralmente operam à pressão atmosférica ou com a tampa aberta, enquanto os tanques de destilação funcionam geralmente à pressão atmosférica ou sob pressão negativa. Algumas pessoas acreditam que operar sob pressão normal, em condições de ambiente aberto ou sob pressão negativa não representa grande risco. Por isso, elas tendem a se tornar negligentes, sem conseguir detectar e lidar a tempo com os sinais de possíveis acidentes, o que acaba causando desastres. Na verdade, em tanques de reação a pressão atmosférica ou abertos, a pressão exercida sobre as paredes do tanque é maior do que naqueles tanques onde há pressão interna; portanto, o risco também é maior. 　　No caso dos tanques de destilação, se os operadores cometerem erros, a reação pode sair do controle, causando o entupimento do sistema de válvulas dos tubos. Nesse caso, as condições normais de pressão atmosférica ou vácuo são substituídas por pressão positiva. Se isso não for detectado e resolvido a tempo, e se não houver dispositivos de alívio de pressão de emergência, é muito provável que ocorram acidentes de incêndio ou explosão. Em 27 de novembro de 2007, ocorreu uma explosão em um tanque de reação da empresa Jiangsu Yancheng Lianhua Technology Co., Ltd. A causa do acidente foi o fato de as válvulas de vapor do tanque de reação não terem sido fechadas corretamente. Isso permitiu que grande quantidade de vapor entrasse no revestimento externo do tanque durante a fase de isolamento térmico. Como resultado, a temperatura dentro do tanque aumentou rapidamente, fazendo com que os sais de diazoto se decompessem intensamente, o que levou à explosão. O operador de plantão não realizou um monitoramento adequado da temperatura do tanque, não conseguindo detectar a tempo as anomalias na temperatura interna, o que atrasou a oportunidade ideal para lidar com a situação anormal. Medidas de segurança A principal função do tanque de reação é realizar processos como a polimerização das matérias-primas, permitindo assim atender às necessidades do processo de produção e alcançar um resultado de produção ideal. No entanto, é importante seguir as normas de operação corretamente. Se os passos da operação não forem seguidos adequadamente ao usar o tanque de reação, isso pode causar danos e afetar a produção. A seguir, vamos conhecer brevemente as precauções a serem adotadas ao usar tanques de reação química. 　　I. Operar estritamente de acordo com o sistema estabelecido. É um requisito fundamental para a correta execução das operações. Antes de operar um tanque de reação química, é necessário conhecer o procedimento padrão de operação do equipamento. Embora as informações de especificação fornecidas no manual do equipamento não sejam muito detalhadas, existem algumas regras que devem ser respeitadas para garantir a segurança na operação do equipamento. 　　II. Verificação antes da operação 　　Antes de operar o tanque de reação química, é necessário verificar se há algum problema com o equipamento. Se o equipamento estiver em funcionamento normal, nunca se deve abrir a tampa superior ou as placas de acesso, para evitar riscos de choque elétrico. É estritamente proibido operar sob pressão; isso não apenas danifica o equipamento, mas também representa um risco para a segurança. Durante o teste de pressão com nitrogênio, é necessário prestar atenção às suas variações, para evitar que a pressão fique excessiva. 　　III. Preste atenção à observação Ao operar um tanque de reação química, é necessário prestar atenção em cada etapa do processo. Especialmente quando o tanque de reação é aquecido até atingir uma temperatura estável, nunca se deve tocá-lo, para evitar queimaduras. Após a conclusão do experimento, é necessário primeiro realizar um processo de resfriamento, aguardando que a temperatura baixe, para evitar danos aos equipamentos devido a temperaturas excessivas. Além disso, a fonte de alimentação deve ser desligada imediatamente. 　　IV. Atenção à manutenção 　A operação do equipamento exige atenção não apenas ao processo de uso, mas também à sua manutenção. A manutenção de equipamentos não é uma tarefa fácil. Somente ao aprender a realizá-la é que se consegue fazer com que os equipamentos funcionem da melhor maneira possível, além de prolongar sua vida útil. Caso contrário, isso afeta negativamente o desempenho dos equipamentos. Pontos importantes a serem observados: É necessário evitar acidentes de incêndio ou explosão nos tanques de reação e de destilação. Para isso, é preciso fortalecer a formação em segurança e a gestão da segurança no local, além de manter os equipamentos em boas condições. Também é importante evitar a formação de misturas explosivas, limpar regularmente os resíduos acumulados nos tubos dos equipamentos, controlar a velocidade de entrada e saída dos materiais, utilizar equipamentos elétricos à prova de explosão e garantir que eles estejam bem conectados ao sistema de terra. Além disso, é essencial seguir rigorosamente as normas de operação segura e as instruções específicas para cada função. Na operação de destilação, é necessário controlar rigorosamente parâmetros técnicos como temperatura, pressão, quantidade de matéria-prima e relação de refluxo. Ao usar vapor para aquecimento, a abertura das válvulas deve ser adequada, a fim de evitar que a evaporação da matéria-prima ocorra de maneira excessiva e rápida, o que causaria um aumento brusco da pressão no sistema. É necessário ficar sempre atento para manter os tubos e equipamentos do sistema de destilação livres de obstruções, evitando que o entupimento dos tubos e válvulas cause um aumento da pressão e, assim, gere perigos. Para evitar que substâncias com ponto de ebulição baixo e água entrem no sistema de destilação a alta temperatura, é necessário esvaziar toda a água de condensação presente no tanque, na coluna e nos equipamentos associados antes de iniciar o funcionamento do sistema. Isso evita que essas substâncias entrem em contato repentino com os materiais a alta temperatura, causando vaporização instantânea e aumento da pressão, o que pode levar a vazamentos ou explosões. Resumo: Os tanques de reação e os tanques de destilação devem estar equipados com instrumentos adequados para controle da temperatura, pressão e vazão. A bomba de vácuo utilizada na destilação sob baixa pressão deve possuir válvulas de retenção unidirecionais, a fim de evitar que o ar entre no sistema em caso de parada abrupta. Na conexão entre o sistema de baixa pressão e o sistema de alta pressão, também deve haver válvulas de retenção unidirecionais, a fim de evitar que o material dos recipientes de alta pressão chegue ao sistema de baixa pressão, causando explosões. Em tanques de reação e destilação que possam sofrer pressão excessiva, é necessário instalar dispositivos de alívio de pressão de emergência. Geralmente, são utilizadas válvulas de segurança nos equipamentos. Nos casos em que não é possível instalar válvulas de segurança ou quando o processo envolve alto nível de risco, podem ser utilizados discos de ruptura.