石油化工項目中氫氣爆炸的預防控制

易華(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

0 引言

氫氣是在石油化工生產(chǎn)過程中常用的工業(yè)氣體，尤其是氫氣制取過程中，氫氣含量較多，但是設備在運營過程中，容易發(fā)生危險，尤其是在加氫過程中，氫氣與其他物質(zhì)發(fā)生反應的過程中，若反應生成的氣體泄漏，遇到明火或者火花等條件，會導致嚴重地事故發(fā)生。氫氣不僅僅在石油化工領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用，在其他領(lǐng)域中也大放異彩，所以做好氫氣爆炸預防工作意義重大。

1 氫氣的燃爆的原因探析

1.1 氫氣的性質(zhì)

氫氣具有可燃性，且不具有明顯的區(qū)別特性，作為無色無味的氣體，其安全性較低。在工業(yè)中氫氣常常作為還原劑被使用。現(xiàn)在的氫氣制備主要來源于天然氣或者水煤氣，雖然電解水也可以制備氫氣，但是由于耗能較高，在工業(yè)中未被廣泛使用。

在石油化工項目中，氫氣廣泛地應用于裂化反應中，同時應用于制備氨氣。雖然氫氣本身無毒，在常溫狀態(tài)下狀態(tài)穩(wěn)定，但是化學反應條件發(fā)生變化時，氫氣的性質(zhì)會發(fā)生較大的改變。氫氣在空氣中的燃燒極限5%～75%(體積)，在燃燒過程中容易發(fā)生爆炸，其爆炸極限是4%～75.6%。

1.2 氫氣爆炸的原因

氫氣發(fā)生爆炸的首要條件就是由于氫氣不純?nèi)紵龝r產(chǎn)生的爆炸事故，氫氣不純并不說明氫氣為100%的純凈物，而是以爆炸極限為危險范圍體積進行框定，低于或者超過該體積，氫氣即使遇到明火也并不會爆炸。所以簡單來說防止石油化工項目中的氫氣爆炸應當從這兩個方向入手。

2 氫氣爆炸事故案例分析

在石油化工項目中，意外事故總是防不勝防，但是只有科學地分析事故案例，從事故發(fā)生的根本原因入手，才能夠避免悲劇的發(fā)生。1991年11月1日，錦州石油化工公司違章開泵，造成罐體爆炸，一人重傷多人輕傷事件，其直接原因是高壓氫氣反串進入低壓脫氧水罐，造成爆炸。2003年烏魯木齊石油化工公司因爐膛取樣時違章操作造成1人死亡。在這里，筆者就2005年10月18日某石油化工公司的氫氣閃爆事故簡要概述，并分析背后的原因，提出相應的措施。

爆炸發(fā)生的位置是2#硫酸干燥塔，前期對塔內(nèi)的濃硫酸進行排出并注水清洗后，在翌日進行水焊操作時，由于前一日濃硫酸經(jīng)水沖洗后，形成的稀硫酸與塔內(nèi)的碳鋼發(fā)生反應，同時生成的氫氣與操作工人進行操作時的明火發(fā)生反應，發(fā)生閃爆，最終造成了生命財產(chǎn)損失。從該典型事故中我們可以看到作業(yè)組和技術(shù)組兩者的業(yè)務素質(zhì)較低，前者未在操作前對塔內(nèi)的可燃氣體進行取樣分析，后者化工經(jīng)驗不足，面對稀硫酸和塔壁碳鋼發(fā)生的反應預料不足。

綜合上述幾個典型案例可以總結(jié)出發(fā)生爆炸事故的原因：(1)操作人員對規(guī)章制度的漠視；(2)技術(shù)人員化工經(jīng)驗不足；(3)管理人員管理制度不完善。所以我們應從這三個方面入手，更加深入地分析石油化工的氫氣爆炸預防措施。除此之外，筆者還從氫氣爆炸的條件進行分析預防。

3 氫氣爆炸的預防措施

3.1 加強管理、完善制度

根據(jù)我國近些年來的爆炸案例，我們可以看出所有的案例都有一個共同點，那就是存在違章操作或是檢查不及時的現(xiàn)象。1995年催化器檢修并未全部進行檢修，沒有動火檢修分餾塔穩(wěn)定系統(tǒng)，翻盲-201過程中，空氣進入油氣線中，油氣線內(nèi)結(jié)焦過多，造成爆炸。所以在氫氣防爆的措施中，首先應當從根本入手，企業(yè)對人員的制度約束能夠極大程度上提高操作人員的化工素養(yǎng)，例如1993年吉化集團經(jīng)警在汽油罐區(qū)吸煙，導致事故直接發(fā)生。所以企業(yè)應當加強管理，舉例說明，加強職工的防火教育安全，對不同崗位的人員進行不同的崗位培訓，制定不同的制度，因崗而異。

3.2 增強技術(shù)人員的化工素養(yǎng)

近些年的基層人員操作失誤導致的事故也不在少數(shù)，多數(shù)并非基層技術(shù)人員的化工理念不到位，而是過多地依賴自己的操作經(jīng)驗，違章指揮，違章操作，造成事故。所以在企業(yè)的管理過程中，應當加強技術(shù)人員的化工素質(zhì)，嚴格根據(jù)工藝的操作流程進行操作，按照要求進行操作。

3.3 控制氫氣爆炸條件

3.3.1 控制氫氣爆炸極限在安全范圍內(nèi)

從發(fā)生爆炸的案例中我們可以得出，氫氣爆炸一般是因為形成氣體混合物或者氫氣泄漏遇到明火造成爆炸。所以首先我們需要防止氫氣設備或者其他設施中產(chǎn)生混合氣體。首先我們可以在引入氫氣前，進行對管道內(nèi)部的氣體進行采樣分析，若不合格可以采用注水排氣法進行置換(注水排氣法利用氫氣不溶于水的性質(zhì))或使用惰性氣體置換，直到氫含量符合標準。

再者，防止氫氣泄漏和杜絕化學反應生成氫氣泄漏導致爆炸事件。首先提升設備的安全性能，金屬管道應當提升密封性能，尤其是管道與管道的連接處，焊接時要杜絕焊接渣滓殘留管道中。同時設備要定期檢測，防止因為其他介質(zhì)互滲產(chǎn)生危險。再者，對管道內(nèi)部的易泄漏點進行重點防控，發(fā)現(xiàn)問題要及時維護修理。

除此之外，我們可以從設備的制作標準入手，嚴格按照管道的設計標準進行組裝。標準規(guī)范是保證石油化工項目順利實行的基礎，氫氣管道在制造時按照規(guī)定制作，同時檢驗的時候注意嚴格根據(jù)國家標準進行查驗。

對于上述案例中提及過的因為壓力過大造成的罐體爆炸事故，首先設置壓力檢測儀表，方便及時地觀測和預警。在裝備壓力檢測器時，可以選擇具有報警和電子連鎖功能的裝置，再發(fā)現(xiàn)異常時及時地切斷聯(lián)系，防止因為反應不及時導致危險事故的發(fā)生。

為了保證氫氣積聚的爆炸極限在安全范圍內(nèi)，我們可以從以下三個方面進行防范：(1)氫氣泄放管道的安全措施，氫氣在泄放時混入其他的氣體，比如水蒸氣和氮氣，將體積濃度保持在安全范圍內(nèi)，但是我們的稀釋管道要專門設置，不能夠在氫氣管道中直接稀釋；(2)高空排放氫氣，在空氣中氫氣的濃度處在30%就能被微弱的火星引燃。我國排放流量大的氫氣一般都采用高空排放的方法，因為這樣的方法結(jié)構(gòu)簡單，能夠保證成本低廉的基礎上，在保護環(huán)境的前提下最大程度地以最小的成本獲取最高的經(jīng)濟利潤。高空排放氫氣主要利用快速擴散性能，氫氣在溫度較低的時候排入空氣中能夠快速地擴散。但是這樣容易形成氫氣云團對周圍的設施有一定的危害作用；(3)氫氣設備應當在通風條件良好的場地，管道布置在通風的地方有利于防止氫氣的積聚，在通氣場所中也要設置氫氣檢測器，同時也要使用機械聯(lián)鎖啟動事故風機。

3.3.2 控制氫氣條件

除了要控制氫氣的濃度，還應當控制反應條件。石油化工場所應當防止明火，這些場所應當重點防范火災。首先應當保證消防設施的完好，消防設施是災難發(fā)生的第一防線，石油化工企業(yè)應當對廠區(qū)的消防設施定期檢測，保證消防設施能夠正常運轉(zhuǎn)。在發(fā)現(xiàn)故障時及時排除故障，同時加強演練，保證在警情發(fā)生時及時地使用設施進行搶救。

我們也要注意做好防范自然天氣條件下出現(xiàn)的火花，比如防雷、電器管理工作等，尤其在石油化工企業(yè)的重點區(qū)域，更應當加強對電器設備的絕緣工作。

在日常工作，企業(yè)需要做好管理運營，廠區(qū)需要使用防爆電器，根據(jù)規(guī)章制度進行接線電路，技術(shù)人員持證工作并定期進行培訓。石油化工項目的設備在使用年限前需要重視“跑冒滴漏”。設備隨著使用時間的增加往往會導致線路老化，安全設備出現(xiàn)故障時要做到及時發(fā)現(xiàn)及時更換。

除了明火和雷擊火花之外，靜電火花也應當進行重點預防。所以廠區(qū)更應當在有氫氣場所的出入口處導除靜電，并發(fā)放防靜電服給操作人員，防止因為操作人員在操作過程中產(chǎn)生靜電導致爆炸事故。在設備運行階段，嚴格規(guī)定操作人員的行為規(guī)范。首先嚴禁敲擊，避免產(chǎn)生火花；其次操作人員在操作時嚴禁穿釘鞋避免撞擊火花，在進行檢修時要使用防爆電氣設備。

4 結(jié)語

綜上所述，由于石油化工項目的特殊性，氫氣使用的效率相較于其他領(lǐng)域更加頻繁和密切，所以做好氫氣的防爆工作十分重要，為了保障生命財產(chǎn)安全，應當更加積極地做好氫氣的防爆工作。