化工生产装置火灾扑救技术措施研究

化工生产装置火灾扑救技术措施研究1绪论1.1课题研究背景和意义随着我国社会主义现代化建设的迅速发展，化工生产日益繁荣，各类化工生产企业不断增多，为我国经济社会发展做出了极大贡献，许多城市目前都以化工企业作为支柱产业来发展，在现实生活中发挥了不可替代的重要作用。但与此同时，日益增多的化工生产装置及其复杂的技术流程也带来了极大的火灾危险性，化工生产及其产品具有易燃、易爆、腐蚀等特点，往往会引发火灾爆炸事故，虽然原料、中间体或产品是燃烧的对象，但化工生产装置却是火灾燃烧的主体。2005年发生的中国石油吉林石化公司苯胺车间精制塔“11.13”特大火灾，以及2012年发生的广州“3.18”石化厂蒸馏装置火灾事故，给我们带来了深刻的教训。因此，必须认真研究化工生产装置及其火灾特点，掌握此类火灾的灭火技术措施，以便在实战中有效地扑救化工生产装置火灾。利用消防设施和工艺设施是扑救化工生产装置火灾的有效对策,在实战中，将化工生产装置的消防设施灭火和工艺灭火有机的结合起来，运用固移结合的原则，所谓固移结合原则，也就是利用移动的消防设施和固定有的工艺灭火设施有效的将化工反应装置火灾控制在萌芽状态，特别是针对那些反应装置容易形成立体火灾的部位。可见，掌握一套系统的灭火技术措施，对化工生产装置火灾扑救具有决定性的因素，并直接影响着整个灭火战斗的发展和成败。现阶段第一到场的指挥员在扑救化工生产装置火灾的过程中，由于对生产装置的不了解，以及对化工生产装置的消防设施灭火和工艺灭火使用的不熟悉，使扑救化工生产装置火灾不能及时有效，而且也不正规。因此，必须认真研究化工生产装置的火灾特点，掌握扑救化工生产装置的技术措施，以便有效地扑救此类火灾。1.2国内外研究动态近年来，随着国际经济建设的迅速发展，化工行业在社会经济中举足轻重，国内外相关学者对化工生产行业的相关研究越来越多。在国外，人们更倾向于着力研究化工装置火灾的风险性评估和工艺设计等方面，当前国外所提出的化工装置火灾的风险进行了分析和评估虽然较为深入但并没能系统性的就化工生产装置的火灾扑救技术措施进行研究。在国内，刘相臣、张秉淑在《化工装备事故分析与预防》一书中，针对我国当前化工生产中存在发生事故的隐患和不安全因素进行了分析和预测，武警学院的黄郑华教授在《化工设备检修中的火灾爆炸事故原因分析》中对化工厂检修过程中可能出现的火灾爆炸进行了分析总结，沈阳建筑大学土木工程学院的李畅发表的《化工装置危险性分析模式的研究》，提出了一种针对化工装置的危险性分析模式，同时也对工艺过程进行了危险性分析。但是，这些研究很少系统地对化工生产装置火灾扑救的技术措施进行必要的研究和总结。要成功扑救化工生产装置火灾，必须弄清起火设备所具有的特点、工艺流程和着火物料等特点。在此基础上，根据相关的安全装置和消防设施，用合理科学的技术措施进行扑救。2化工生产装置及其火灾危险性分析2.1化工生产装置化工生产中为了将原料加工成一定规格的成品，往往需要经过原料预处理、化学反应以及反应产物的分离和精制等一系列化工过程，实现这些过程所用的设备，常常都被划归为化工生产装置。按结构特征和用途分为容器、塔器、换热器、反应器和管式炉等。[1]2.2化工生产装置的特点化工生产装置作为物理变化和化学反应的容积，不仅工艺复杂而且有些反应十分剧烈，极易失控。而且大多在反应器或管道中进行，难于监视，所以化工生产装置比其它设备具有更特殊的潜在危险性，了解和掌握化工生产装置的特点，是成功扑灭化工生产装置火灾的前提。2.2.1生产装置操作易失控现代化工生产中，许多化工生产过程都采用了高温、高压、高真空、高空速、深冷等工艺控制高参数；使生产操作更为严格、困难，同时也增大了火灾危险性。按规定应该严格监测控制生产装置内的温度、压力、物料组成、投物料量和投物料顺序等，以使反应保持正常。为防止反应失控必须及时移出反应热，通常的方法是通过控制换热设备中载体流量移出反应热，如夹套冷却，内蛇管冷却等。移出反应热较好的方法还有液相回流冷却法、溶剂蒸发回流法、惰性气体循环法、淤浆循环法等。2.2.2生产装置的热稳定性要求高生产装置的热稳定性就是指当操作参数受外界干扰、偏离正常值、出现微小变化时，反应能否正常进行；当外界干扰取消，操作状态能否自动恢复到规定的正常值。热稳定性条件往往是决定生产装置结构的基本因素，在设计时必须考虑。对于强放热反应，生产装置的热稳定性应特别予以重视。在生产装置操作中，若温度发生波动而略有升高时，反应立即加速。由于反应强放热，反应继续加速，如不加以控制，可能造成过程失控，发生烧坏催化剂，冲料，燃烧或爆炸等事故。2.2.3生产装置规模优势化化工生产规模越来越大型化，因而，对化工生产装置的处理能力、材质和工艺参数要求更高，给设备制造带来极大的困难，同时也增大了潜在的火灾危险性。例如：2013年1月8日，在陕西榆林靖边化工园区内，由陕西化建承建的陕西延长中煤榆林能源化工项目中的150万吨/年催化裂解制乙烯装置反应器顺利封顶，这标志着我国最大的化工综合性生产装置的主体工程已经落成。2.2.4生产装置高度密集根据化工生产工艺的要求，化工生产装置都是集中布置的，密度大，间距小，设备、管道交错排列，纵横串通。生产装置高度密集，在火灾条件下，因热对流、辐射、传导的作用，易发生链锁式爆炸燃烧，扩大燃烧面积。生产装置区内的各设备之间，装置区之间的介质输送都是通过管道来完成的；大型化工企业的生产区内管线立体架设，纵横交错，管线大都采取温控等安全措施，一旦发生火灾，火灾将呈现立体燃烧。2.2.5原料多样化、易燃易爆和毒性化工企业生产燃料和化工产品，热值高、燃烧速度快，有爆炸危险，而且大部分物质充满毒性，有的具有剧毒。化工生产装置中的物料通常有很多物质组成，例如：石油化工企业生产各种油品、液化石油气等燃料和乙烯、丙烯、苯、对二甲苯、氢等多种石油化工原料，并加工成对苯二甲酸二甲酯、环氧乙烷、乙二醇、硝酸、环己烷、醇酮、乙二酸、已二胺、已二氰、尼龙等中间体，中间体又进一步加工出聚丙烯、聚乙烯、聚酯树脂、锦纶长丝、涤纶短纤维等化工产品。2.3化工生产装置的火灾特点化工生产装置发生的火灾，一般说来，火情都比较复杂，常常伴随爆炸，出现立体、大面积、多火点、复燃、复爆等多种燃烧形式，从而造成惨重的人身伤亡和巨大的经济损失。概括地讲，化工生产装置火灾的特点是：爆炸危险性大，燃烧面积大，火势发展速度快，火场产生高温，火势大面积扩展波及，出现有毒气体扩散及设备倒塌等危害。[2]2.3.1爆炸危险性大爆炸是化工生产装置火灾的一个显著特点。从许多火灾案例中不难看出，化工生产装置发生火灾后，既有物理爆炸，也有化学爆炸；有先爆炸后燃烧，也有先燃烧后爆炸。无论哪种爆炸都会使建筑结构倒塌，人员伤亡，管线设备移位破裂，物料喷洒流淌，使火场情况更为复杂，给扑救火灾带来很大的困难。例如：吉林石化“11.13”火灾，先后发生14次连环性爆炸。根据近10年200余起火灾原因的情况分析，引起爆炸的因素如下：（1）化工生产装置管线泄漏出的可燃气体或液体蒸气与空气混合后遇明火发生爆炸。这类爆炸威力大，往往摧毁管线或生产装置，形成大面积多火点的立体型燃烧。（2）高温高压的化工生产装置由于操作控制不当，超温超压破裂爆炸，引起进出物料喷洒泄漏而扩大火情。（3）化工生产装置火灾中的化学反应物质掺入其他危险性杂质，从而使反应失控而造成爆炸。（4）爆炸性物品及强氧化剂由于受到撞击、摩擦或受热分解而发生爆炸。（5）由于静电积聚瞬间放电产生火花，而引起可燃气体、液体蒸气爆炸。（6）负压的化工生产装置由于损坏或封闭不严，进入的空气与装置中的可燃气体或液体蒸气混合引起爆炸。同时，化工生产装置中的物料通常具有良好的流动特性，气体物料具有较好的扩散性。当其从化工生产装置内泄放时，便会四处流淌扩散。特别是容量较大的生产装置，当遭受严重破坏时，其内流体便会急速涌泄而出，造成大面积火灾，波及的范围比较广。此外，爆炸性物料和生产装置爆炸时的飞火，也能造成火势的扩大。如不及时控制，则极易造成大面积燃烧和燃烧中的生产装置爆炸事故。2.3.2多点起火一是受火灾影响，多处装置生产平衡条件被破坏。化工生产装置发生火灾的根本原因多是因温度、压力、液位等生产环境发生急剧变化而引起的，而各生产装置之间有着高度的协调性、平衡性和统一性，一旦某一中间环节发生火灾，其下一环节可能因缺乏物料供给，在加温设备未及时关闭的情况卜，温度急剧升高从而引发新的起火点。二是事故区装置受烘烤引发新的火灾。化工企业生产装置密集，一处发生火灾，其周边管线、装置极易被引燃。[3]2.3.3燃烧速度快易形成立体火灾由于化工生产装置内存有易流淌扩散的易燃易爆介质，且生产装置高大密集呈立体布置，框架结构孔洞较多。所以，一旦初期火灾控制不利，就会使火势上下左右迅速扩展，而形成立体火灾。化工生产装置发生火灾后，燃烧速度快，蔓延迅速，加之立体火灾的形式。所以，生产装置火灾在很短的时间内能波及相当大的燃烧范围，发热量大，燃烧速度及快。2.3.4灭火作战难度大化工生产装置火灾与爆炸的特点决定了其火灾扑救难度和消防力量的消耗。化工火灾如果在初期得不到控制，则多以大火场的形式出现。因此，只有调集较多的灭火力量，才有可能控制发展迅猛的火势。火灾现场毒性物质的扩散和腐蚀性物质的喷溅流淌，严重影响着灭火战斗行动，给火灾扑救带来很大的困难，从而降低了灭火的时效性。不同类型的化工生产装置火灾，应选用不同的灭火剂，采取不同的灭火战术方法，常规战法往往难以奏效。因此，化工生产装置的火灾扑救具有相当的难度。例如：吉林石化“11.13”火灾，吉林市消防支队迅速调集11个公安消防中队，吉化消防支队5个大队，共87台消防车，467名指战员赶赴现场进行灭火救援。吉林省消防总队接到报告后，迅速出动17名官兵并调动长春市消防支队3个中队，9台消防车，43名指战员增援。2.3.5火灾损失大工业企业火灾或爆炸所造成的损失都较公共或民用建筑火灾损失要大，而化工企业的火灾损失和人员伤亡又高于其他类工业企业。火灾统计资料表明，石化企业每次火灾的平均经济损失较其他生产企业要高五倍以上，而且经常出现每次火灾损失高达百万的火灾。在石化火灾中，石化生产装置火灾所造成的经济损失又居第一位。由于石油产品的物理化学性质，一旦发生火灾爆炸，往往会引起重大污染事件。例如：吉林石化“11.13”火灾，直接经济损失7000余万元，并且引起松花江流域的重大污染。2.4化工生产装置火灾爆炸事故类型分析2.4.1化工生产装置火灾爆炸类型（1）泄漏类火灾爆炸泄漏类火灾与爆炸是指化工生产装置的设备容器等因某种原因造成开放而使可燃物质泄漏到外部，遇点火源后引发的火灾爆炸。容器质量因素泄漏，如材料错误，品质不符；强度不足；加工焊接组装缺陷；结构缺陷；密封失效等。容器工艺因素泄漏，如高流速介质冲击磨损；反复应力作用；腐蚀破坏；蠕变失效；冷脆断裂；老化变质；内压超高等。外来因素破坏，如外来飞行物打击；施工破坏；基础下沉或倾斜等。操作失误引起泄漏，如错误操作阀门，不应开启的阀门开启后引起泄漏；对大于常压的设备未减压开启孔盖；违反操作规程，执行制度不严，工作现场检查不及时，设备不做定期维护，带病运转等。（2）反应失控类火灾爆炸反应失控类火灾爆炸是由于反应放热速度超过散热速度，导致体系热量积累、温度升高、反应速度进一步加快、容器内压力过大，或者反应物料发生了分解、燃烧而引起的。反应失控类火灾爆炸发生的条件是：容器内存在放热的化学反应，反应生成热不能及时移出反应体系之外，系统内物料在高温下产生大量蒸气或反应生成大量气体，使蒸气压急剧上升；紧急处理系统失效；容器的安全泄压装置不能有效泄压。许多化学反应如硝化、磺化、氧化、氯化、聚合等反应都是放热量较大的反应。导致反应失控的原因有：反应热未能及时移出，反应物不能均匀分散和操作失误等。冷却剂选择不当、换热设备不能及时导出反应器中过多的热量、因器壁结垢传热效果变差、冷却剂供给设备发生故障等原因，都可能导致反应热未能及时移出。搅拌系统故障、物料粉碎度不够等则会使