火灾爆炸危险性与防护

—火灾爆炸危险性与防护生产监督管理总局在安监总管一字[20XX]7号文件《关于印发陆上石油自然气建设工程安全设备设计专篇编写指导书的通知》中，明确规定了自然气处理厂建设工程初步设计《安全设备设计专篇》的编写内容。其中，包括危险有害因素分析、初步设计中实行的主要防护技术措施、安全设备设计后的风险状况分析等。自然气及其处理过程产品都是易燃、易爆物质，故主要危险有害因素是火灾、爆炸事故，同时也存在毒性、噪声、高温或低温、机械损害和高空坠落等职业危害。本节仅重点介绍生产过程火灾、爆炸和噪声等危险有害因素与防护。1.自然气火灾爆炸因素自然气及其处理过程产品均为易燃、易爆物质，只要存在空气（或氧气）等助燃物及火源，就可燃烧甚至爆炸。自然气处理过程一旦发生火灾爆炸事故，不仅直接损失巨大，而且对四周环境和公共安全构成严峻威逼，危害程度极大。设计不合理、施工质量、外力破坏、违章作业、装备和设备质量、腐蚀等原因，都可能引起装备、机械、管线、阀门、仪器仪表等显现泄漏。泄漏的自然气及其凝液等遇雷击火、电气或静电火花、机动车排烟喷火、明火或其他散发火时，将会引发火灾事故。假如气体浓度到达爆炸极限，还将发生爆炸事故。自然气处理过程中存在的导致火灾爆炸的因素主要如下；（1）管线和压力容器裂开、泄漏引发火灾爆炸。自然气处理过程中的管线和压力容器，在运行时可能因窜气、超压、腐蚀、选材不当和制造缺陷等导致裂开和泄漏，如遇火源即可发生火灾爆炸。（2）静电火花引起火灾爆炸。火灾爆炸是静电火花引发的最为严峻的危害。静电电量虽然不大，但因其电压很高而简单发生火花放电。假如所在场所存在自然气与空气形成的爆炸性混合物，即可由静电火花引起火灾爆炸。当带静电的人体接近接地体，或接地体的人体接近带静电物体时，都可能发生放电火花，引发火灾爆炸。（3）电气装备开关电火花引起火灾爆炸。电气装备高电压火花放电、短时间的弧光放电、接触点上微小火花放电等都是引发火灾爆炸的火源。（4）点火、熄火和回火引起爆炸。加热炉点火前未彻底吹扫，或因点火工具不行靠以及直接利用炉膛高温引燃燃料气可能引起点火爆炸；紧急停电及燃料气系统波动，可能引起熄火爆炸；硫磺回收装置反应炉（燃烧炉）回火可能引起酸气系统回火爆炸；火炬系统回火可能引起放空系统爆炸。（5）动火作业引起火灾爆炸。在厂区或装置区有自然气存在的区域进行动火作业时，特别是在对介质为自然气或其凝液的装备、管线进行焊割施工时，当置换不彻底或有关阀门未关死、四周存在有泄漏的自然气，以及其他区域的自然气窜入焊割施工的动火区等，极易引发火灾爆炸。（6）硫化铁自燃引发火灾爆炸。钢材中的铁元素可与自然气中的H2S反应生成极易自燃的硫化铁（或硫化亚铁）。硫化铁的自燃属于自热氧化自燃类型，即在常温下发生氧化反应产生的热量，如不按时散发掉，则将聚积起来使积累的硫化铁温度上升，到达其自燃点以上，就会猛烈燃烧，并引燃四周易燃、易爆物质发生火灾甚至爆炸事故。（7）碰撞和摩擦火花引起火灾爆炸。在自然气处理过程中，有时会因金属物体与金属物体之间碰撞摩擦产生火花，导致火灾爆炸。2.自然气火灾爆炸危险性特征自然气的主要组分甲烷属于易燃易爆气体，甲B类火灾危险性，爆炸极限为5.3%～15%（体积分数），最小点火能仅为0.28mJ，燃烧速度快，燃烧热值高（889.5kJ/mol，或33440kJ/m3），对空气的相对密度为0.55，扩大系数为0.196，极易燃烧、爆炸，且扩大力量强，火势扩散快速。因此，装备和管线中的自然气一旦显现泄漏并遇火源，火灾爆炸将会同时发生，火焰传播速度将到达XXX0～4000m/s，局部爆燃压力可达8MPa，甚至更高，因此破坏力很强，事故通常难以掌握和施救。所以，自然气处理过程中最严峻的危险是火灾和爆炸，它会显现在每一处自然气可能泄漏的区域；其次的危险是压力容器的物理爆炸。由此可知，预防自然气火灾爆炸事故发生的关键是去除火源和防止形成爆炸性混合物。3.自然气火灾爆炸事故防护为了确保自然气处理装置安全牢靠运行，必需从设计、施工、投产试运、日常运行管理及修理等各个环节切实抓好安全工作，严格遵守有关安全标准和安全管理规定。（1）设计掌握实践证明，确保工程设计质量是掌握事故的关键环节。为此：①严格遵循国家、行业标准和标准进行设计，保证设计质量；②采纳技术先进、经济合理、成熟牢靠、节能环保的工艺：技术、装备、材料；③设计中应考虑设置火灾及气体检测系统（FGS）电视安全监视系统以及独立的安全仪表系统（SIS），后者即紧急停车（ESD）和安全联锁系统，其中，安全仪表系统系完成异样工况或重大事故状况时安全联锁爱护，并完成全厂、某一装置或装备的紧急停车，火灾及气体监测系统完成全厂可燃气体泄漏和火灾监测，在中心掌握室完成集中报警，并向安全仪表系统或自动消防灭火系统发送联锁爱护信号；④自行设计的容器材质应正确合理，并有明确的制造、检验和验收要求，以确保装备制造质量；⑤外购装备、机械应有技术规格书，对其设计参数、制造标准、担当责任、供货范围、技术指标、监造验收等提出明确要求；⑥根据生产监督管理总局有关自然气处理厂建设工程初步设计《安全设备设计专篇》的要求编写《安全设备设计专篇》。（2）施工掌握施工中应通过以下几方面掌握质量：①严格根据国家、行业标准和规定施工，确保工程建设优质、高效和安全；②选择施工经验、组织管理力量强、技术水平高的施工单位施工；③建立质量目标，健全质量管理体系，切实执行设计文件，确保施工全过程一直在规定的技术标准和要求下掌握；④采纳质量牢靠、性能稳定的装备、材料，认真进行检验、验收及建立质量档案；⑤严格根据技术要求在容器制造过程进行监造、检验及验收；⑥通过阶段验收、竣工验收、技术资料整理、文件档案建立完成施工事后质量掌握。（3）生产管理安全为了生产，生产必需安全。为此应当做到：①强化安全管理，建立健全各项规章制度和消防组织，管理和作业人员要经过严格的岗位安全培训，并经考试方可持证上岗；②切实做好生产过程的巡查、维护和检修工作；③对于火灾爆炸等危险危害事故必需制定科学、合理而且针对性强的应急预案，并认真做好事故应急预案的演练工作；④严格执行用火管理规定和要求。4.事故案例20XX年国内某气田自然气处理厂第6套脱油脱水装置低温别离器在投产过程中发生爆炸，其爆炸裂片引发干气聚结过滤器连锁爆炸后引发火灾。事故造成2人死亡，直接损失近千万元，停止向某重要输气管道供气长达126h，影响非常严峻。（1）事故经过该自然气处理厂于20XX年12月建成投产，共有6套采纳低温别离法的脱油脱水装置。事故发生前，前5套脱油脱水装置已间续投产，第6套脱油脱水装置也在20XX年底完成安装、试压，由历属地区质量技术监督管理部门确认后核发了压力容器运用证。20XX年6月3日上午9时30分，第6套脱油脱水装置开头根据投产方案进气建压，同时采纳肥皂水检漏。之后，低温别离器升压至6.24MPa时，开启装置干气外输阀，此季节流阀前压力为9.4MPa，低温别离器压力为6.2MPa，系统压力正常。中年12时后停运第4套脱油脱水装置，第6套脱油脱水装置低温别离器温度渐渐降至-21℃（设计最低工作温度-41℃）。13时再次用肥皂水对各密封点检漏，没有发现漏点，装置运行正常。15时许，处理厂中心掌握室值班人员听到剧烈爆炸声，随后看到第6套脱油脱水装置附近的火光，立刻启动全厂紧急停车程序，实施火灾爆炸应急预案。正在生产的4口气井全部自动关闭，切断进站气源。与此同时，启动消防喷淋系统，对凝析油储罐喷水降温。但是由于自动掌握电缆在爆炸时严峻损害，外输气出站截断阀已不能自动关闭，抢救人员曾屡次试图对该截断阀施行手动关闭，但因火势太大，热辐射温度过高而无法靠近，只好驱车至距处理厂约14km的输气干线1号阀室，于16时关闭了该阀室截断阀，将输气干线气源切断。约30分后装置区火势逐步减弱，17时抢险人员关闭了外输气出站截断阀，并打开现场消防干粉罐，对管廊架上的导热油管线等着火处进行灭火，17时50分左右该装置火焰完全扑灭。（2）事故原因①低温别离器是在正常条件下发生的物理爆炸，其爆炸裂片击穿附近的干气聚结过滤器，导致干气聚结过滤器连锁爆炸后着火，裂片呈宏观脆断特征。②焊接缺陷是引起低温别离器开裂的主要原因。③制造厂家焊接工艺不完善，制造工艺不成熟，造成焊接中产生裂纹和其他焊接缺陷，导致筒节冷卷和热校圆过程中材料脆化程度加剧，复层脆化及耐腐蚀性能降低，复合板基材无塑性转变温度上升耜低温冲击功降低，使容器爆炸前存在较高的剩余应力和较多的质量问题。④监造人员未按《压力容器产品质量监督检验规章》要求对新型材料的焊接玉菡进行评定确认，就发放了压力容器产品安全性能监督检验证书；检验人员没有认真履行职责，没有按时发现制造缺陷。（3）事故教训①自然气处理厂一旦发生火灾爆炸事故，最有效的扑救方法就是快速切断全部气源。因此，在高压气井设置井下、井口紧急截断蹲；进站集气管线和出站输气管线安装紧急截断阀和紧急放空阀都是非常必要的。②在大型自然气处理厂设置独立的安全仪表系统非常必要。这次事故中能够快速切断4口生产气井和全部进站气源，安全仪表系统起到了重要作用。③由于自然气处理厂的主要危险有害因素为火灾爆炸，故必需制定科学、合理且针对性强的应急预案，并应在平常强化应急预案的演练，以有效应对突发事故的发生。④在大型自然气处理厂设置电视安全监视系统非常必要。由于该厂电视安全监视系统的9个电视摄像头几乎把全厂各个角落都监视到，因此尽管发生爆炸