化工装置工艺灭火措施的选择

化工装置工艺灭火措施的选择

在化工装置的火灾救援中，工艺灭火措施发挥着重要作用。正确使用工艺消防措施，有助于快速有效控制第一时间内的火灾。然而,工艺灭火措施使用不当,也会造成火灾扩大的事故。因此,认真研究化工装置特点,了解掌握相应的工艺灭火措施,对提高消防部队的灭火救援能力,有效控制和扑救化工装置火灾有着十分重要的意义。1施艺并举的原则工艺灭火措施是根据化工生产装置、储罐及管道的连接特点,利用化工装置本身的装备和特征,控制和扑救化工装置火灾的技术手段,特别是扑救生产装置、设备、管道火灾中,往往起到关键作用。扑救化工装置火灾必须遵循固移结合,施艺并举的原则,这里的“艺”就是指工艺灭火措施。正规的处置程序应该为工艺(切、停、堵、导、控)-消防(冷却、隔离、覆盖、灭火、冷却)-环境-舆论-保障,可见,化工装置火灾扑救中,工艺灭火措施正确和及时与否直接影响着整个灭火战斗的发展和成败。2010年7月16日晚,辽宁大连新港火灾,T103号罐在大火的烧烤下,罐体北侧上部迎火面受热变形,向内塌陷。罐内浮船(内浮顶)下沉到最低位置(浮船舱底距罐底1.8m左右),塌陷的北侧罐体将浮船北部挤压变形。罐内存油在罐壁热传导的作用下被引燃,燃烧的液面低于浮船舱底。油罐液面积约为5000m2使用不合理的灭火措施来防止和处理事故分析工艺灭火措施运用不当造成火灾事故扩大的原因,主要包括如下几方面2.1装置内可燃物料的输转开阀导流基于隔离法灭火原理,根据发生燃烧必须具备可燃物质这一条件,通过减少燃烧装置中的物料,中断燃烧物料的连续供应,从而使燃烧停止。开阀导流是对燃烧装置或受到火势严重威胁的装置内可燃物料进行输转的方法。开阀导流可以使燃烧装置内的物料经过安全装置导入安全储罐,使燃烧装置内的残留物料大大减少,为灭火创造条件。在火灾情况下须进行紧急排放的易燃易爆液态物料,都是处于沸点的温度条件下,通过管线进入紧急放空塔等设备中,在开阀导流时,如果控制不当,物流的流速过快,液体上方气相空间扩大,装置内压力减小,易引起闪蒸,遇火源导致液体蒸气爆炸。另外,排液速率过快时,生产装置内可造成瞬间真空,吸入空气和火焰,导致发生回火爆炸,带来更大的危险。2.2火炬系统发生火灾火炬放空与开阀导流一样,基于隔离法灭火原理,通过与设备上的安全阀、通气口、排气管等相连的火炬放空总管,将部分或全部物料排放烧掉,积极地控制灾情,防止爆炸的发生。当压力容器受热内部压力急剧升高,或系统工艺参数变化较大,压力、温升升高较快时,应及时打开火炬放空线,使装置系统或单元放空泄压,防止发生物理爆炸。火炬放空作为一种主动点燃的工艺措施,其危险性比较明显。火炬系统存在着外部空气通过火炬头末端的敞口、管道和管件上的不严密处漏入系统中,或系统中没有余压使空气吸入,或生产装置中含有助燃气体的介质排放入火炬系统,造成火炬系统爆炸的可能性。火炬系统中某一部位发生泄漏,可燃气体或蒸气扩散到空气中形成爆炸性气体混合物,遇点火源发生爆燃或爆炸。同时向火炬系统排放性质相抵触的能反应生成敏感性爆炸物质,或能形成易爆气体混合物和聚合物等危险性物质,有的能立即发生燃烧或爆炸反应,有的已达到爆炸极限范围,某些聚合物还可发生受热自燃。火炬系统的管线发生堵塞,造成超压是酿成火炬系统爆炸的又一危险,造成堵塞的原因大都是由于结冰,或油的凝固,或有的聚合物沉积在管道、火炬内壁,严重时堵塞火炬系统。若火炬系统喷出的气体流速控制不当,当燃烧速度大于燃气流速,导致严重回火,可能会进一步导致火炬筒体内吸入大量空气,引起火炬总管爆炸。2.3燃料液体制备搅拌灭火基于冷却法灭火原理,强化液体与固体壁面、高温液体与低温液体之间的传热,使可燃物料温度降低,而停止燃烧。采取搅拌灭火手段是当设备内高闪点物料着火后,从设备底部输入一定量的相同冷物料或氮气、二氧化碳等,把设备内的燃料液体上下搅动,使上层高温液体与下层低温液体进行热交换,使其温度降至闪点以下,自行熄灭,或者使火势减弱,便于灭火。搅拌灭火大体上分为两个步骤,一是传输物料,进行混合。二是启动搅拌系统进行搅拌。搅拌灭火适用于扑救储罐、容器、反应器内高闪点液体火灾。搅拌灭火时若搅拌控制不当,会使物料流动变快,产生一定的热量,对于闪点很低的液体可能会使没有燃烧的物料也燃烧起来。搅拌灭火的过程中,若因搅拌系统故障,或因传输过量而导致溢流,则会导致火势扩大。此外,如果低沸点物质被导入高温物料中会急剧气化形成溢流,例如倒油搅拌时将罐底积水注入热油层,容易造成发泡溢流。2.4设备容器内径冷却填充物料是基于灭火需要达到控制燃烧安全目的,采取的填充物料提升设备容器液面的工艺措施。容器气相成分多,饱和蒸气压大,系统超压有可能发生爆炸,可采取提升设备容器液面,减少气相比例,同时加大外部消防水冷却液相设备,达到避免爆炸的目的;正压操作系统为防止燃烧后期发生回火爆炸,往往采取提升液面,减少设备容器内部气相空间;有时为保护着火设备,同时采取物料循环、提升液面配合措施,达到外部强制消防射水和内部液体物料循环的双重冷却目的。填充物料适用于反应塔、反应釜、再沸器、回流罐等设备容器。填充物料操作时应根据实际情况准确估算需要填充物料的量,如果填充物过量,就会造成设备中液体溢出,遇火源发生燃烧爆炸,使火灾蔓延扩大。2.5火灾后保护氮气、蒸汽系统置换基于窒息法灭火原理,根据可燃物质燃烧需要足够的助燃物质(空气、氧)这个条件,用水蒸汽、惰性气体将设备、管道内的可燃气体或有毒有害气体彻底置换出来的方法。灭火过程中或火灾后期处理,为保障装置系统安全,往往采取系统加注保护氮气或蒸汽,避免灾情扩大,达到控制或消除危险源的目的;在火灾扑救后期一般对着火单元或设备进行氮气或蒸汽填充,逐步缩小危险区域;火灾彻底扑灭后,防止个别部位残留物料发生复燃复爆次生事故,需对设备进行吹扫蒸煮,排除险情。系统置换的实施过程有两个危险因素,一是采用氮气或蒸汽进行系统置换时压力调节失常,装置、储罐、管道内发生超压爆炸事故,二是系统置换不彻底,出现死角造成遗漏,出现回火发生爆炸事故。2.6单元系统控制方案设计工艺参数控制基于控制化学反应原理,利用对进行化学反应的工艺装置具体参数的调节,控制反应的剧烈程度,使火势减小、熄灭的措施。工艺参数控制主要有流量控制、温度控制和压力控制三种手段:流量控制,即远程或现场对单元系统上游阀、下游阀、侧线阀切断或调节达到容器设备所需的液面或流速;温度控制,即远程或现场对温度起到重要作用的反应容器进行调节,提温或降温,保持系统达到所需的控制温度;压力控制,即远程或现场调节控制温度和流量,达到系统所需的控制压力。工艺参数控制工艺灭火措施适用于比较完整的化工装置设备。工艺参数控制的危险性主要在于因参数控制操作失误、参数控制仪表失灵、参数控制系统失效等,对反应控制的错误导致工艺灭火措施的失败而使火灾蔓延扩大。3火灾损失树的分析和使用不合理工艺灭火措施使用不当造成火灾扩大事故类型及其原因的逻辑关系可用图1所示的事故树进行分析,各基本原因事件(见表1)。3.1失败的树3.2最小切分组分析最小割集是导致顶上事件发生的最低限度的基本事件的组合,根据以上事故树利用布尔代数法可得出最小割集此事故树的最小割集为:3.3各个基本事件的比较事故树中各基本事件对顶上事件影响程度是不同的,不考虑基本事件自身的发生概率,或者假定各基本事件发生的概率相等,仅从结构上分析各个基本事件,比较它们对于顶上事件所产生的影响程度。根据结构重要度判断原则,单事件最小割集基本事件结构重要度最大,再根据各基本事件在最小割集中出现的频率,按照结构重要系数计算公式得出:4火炬系统置换工艺灭火措施必须具备安全防护措施(1)由事故树图分析可见,开阀导流,火炬放空、搅拌灭火、填充物料、系统置换、工艺参数控制等工艺灭火措施使用不当都可能造成火灾扩大事故;由事故树最小事故树割集分析得知,最小割集有18项,只要其中一项发生事故就会发生,工艺灭火措施发生事故的途径较多。因此,实施工艺措施时要保持高度警惕,防止事故的发生。工艺灭火措施的正确运用,旨在平时熟悉化工装置、储罐及管道的装备特征、工艺流程、所处理物料的火灾危险性和特点,研究工艺灭火措施使用不当可能发生的事故类型,掌握常用的工艺灭火措施,并定期做好消防演练;在实施工艺灭火措施时认真侦察,实时监控、准确掌握火场情况,防止运用工艺灭火措施时可能发生的事故,保证处置过程的安全。(2)从事故树中得知,火炬放空可导致火炬系统内部爆炸、泄漏可燃气体爆炸、形成危险性物质燃烧爆炸、火炬系统堵塞超压爆炸、回火爆炸等事故类型;从事故树的最小割集来看,火炬放空事故的最小割集最多,包括7项。因此,采取火炬放空工艺灭火措施的危险性较大,应重点做好安全防护措施。火炬系统必须制定完善的安全操作规程,并由工程技术人员负责操作控制。火炬装置的各组成部分,应由岗位责任人负责操作控制。规程中要明确规定各排放源的最大允许排放量和火炬系统中各操作岗位的控制指标和设备管理规定。(3)从事故树中得知,系统置换工艺灭火措施操作不当能够发生超压爆炸和回火爆炸等事故类型;系统置换事故的最小割集有3项,危险性也比较大。在系统置换工艺灭火措施实施中,应全面检查安全附件是否灵活好用,压力调节系统是否可靠,防止发生超压爆炸事故。置换前应制订置换方案,绘制置换流程图。根据置换介质密度的不同,选择置换介质进入点和被置换介质的排放点,确定取样分析部位,以免遗漏,防止出现死角,泄压至微正压状态保正正压,以防止空气窜入发生回火爆炸(4)从事故树结构重要度分析可知,引起火炬系统堵塞超压爆炸的火炬系统结冰、火炬系统油凝固、火炬系统聚合物沉积的基本事件具有较大的结构重要度,事故模式的危险性很大,应重点加以防范。火炬管线敷设时应有一定坡度,在有水进入系统时(如与火炬相连设备的水洗或蒸汽清扫),必须将水汽赶净;冬季要经常检查水封是否结冰,如出现可采取加热方法溶化之。避免火炬与粘度很高的油品或产生聚合物沉淀的设备连接,必须连接时,应采取措施以减少这些物质进入火炬管线的危险性,如可采用隔离设施、火炬系统用蒸汽加以伴热等。工艺参数控制事故的参数控制操作失误、参数控制系统失效、参数控制仪表失灵的基本事件同样事故模式危险性很大,在使用工艺参数控制工艺灭火措施时要周全考虑,认真检查,安全操作,尽可能避免出现任何一个错误。(5)从事故树结构重要度分析可知,物料传输过量对工艺灭火措施使用过程中影响较大,并且在开阀导流、搅拌灭火、填充物料三类工艺灭火措施中都有危险,具有一定的普遍性。实施工艺措施时应该注意实时监控物料的传输量,采取相应的安全措施,保证安全。进行开阀导流时应严格控制导流的速度,使被导流设备内的压力不低于0.1MPa,防止被导流设备内出现负压而吸入空气发生回火爆炸,也可向被导流储罐输入氮气或水蒸气等,以防止储罐内形成负压。采取搅拌灭火前,应判断好冷、热液层的厚度及液位的高低,计算好物料的传输量和时间,防止超量传输,造成溢流。采取填充物料工艺灭火措