煤制甲醇裝置事故處置技戰(zhàn)術(shù)措施探討

蘇文彬 傅柄棋

摘要：煤氣化技術(shù)是整個(gè)煤化工產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)，煤氣化單元也是煤化工區(qū)別于石油化工的關(guān)鍵裝置，其火災(zāi)防控難度大、火災(zāi)危險(xiǎn)性較高。根據(jù)工藝及設(shè)備特點(diǎn)，分析了煤制甲醇裝置運(yùn)行過程中存在的危險(xiǎn)因素和事故特點(diǎn)，總結(jié)了處置煤制甲醇裝置事故的消防技戰(zhàn)術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：煤制甲醇；危險(xiǎn)分析；防火防爆；技戰(zhàn)術(shù)措施

隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為適應(yīng)各方面需求，國內(nèi)煤化工產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。由于煤化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中極易發(fā)生爆炸事故，造成人員傷亡，因此，加強(qiáng)煤化工工藝火災(zāi)危險(xiǎn)性研究從而防止事故的發(fā)生，有很大的戰(zhàn)略意義。

甲醇是重要的有機(jī)原料，是碳一化工的基礎(chǔ)產(chǎn)品，其加工深度和工業(yè)應(yīng)用是許多國家競相開發(fā)的一個(gè)重要領(lǐng)域。甲醇在未來的能源領(lǐng)域中也會(huì)起到非常重要的作用，市場運(yùn)用前景也被看好?？紤]到我國的實(shí)際情況，作為煤炭能源大國，以煤為原料制備甲醇成為最重要的途徑。

從實(shí)際生產(chǎn)建設(shè)方面來看，煤化工企業(yè)和設(shè)備種類紛繁復(fù)雜，覆蓋面廣；煤制甲醇生產(chǎn)過程常伴隨高溫高壓、負(fù)壓深冷以及高速傳質(zhì)傳熱等復(fù)雜條件進(jìn)行的；生產(chǎn)過程所涉及使用的危化品種類廣泛，數(shù)量眾多，易發(fā)生爆炸、中毒等事故。[1]

1 危險(xiǎn)性分析

煤制甲醇工藝流程為：煤氣化后，合成氣送入變換爐，將部分CO氣轉(zhuǎn)化為O2和H2；變換氣送入低溫甲醇洗裝置，脫除H2S和CO2等酸性氣體；凈化后的氣體送入甲醇合成裝置，在高溫高壓、催化劑作用下產(chǎn)生粗甲醇，粗甲醇經(jīng)過精餾工序產(chǎn)生精甲醇。

1.1? 危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏起火

煤氣化單元是煤化工事故滅火救援的重點(diǎn)和難點(diǎn)，具有典型的“固液氣”三相并存、三相轉(zhuǎn)換裝置，有煤粉、CO2、H2、O2等易燃物質(zhì)；變換單元、低溫甲醇洗、甲醇合成單元有甲醇、CO、H2以及少量的H2S等易燃、助燃、有毒氣體。

危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏是煤化工企業(yè)事故的一個(gè)重要方面，其中山洪地震、臺風(fēng)、泥石流等自然因素，發(fā)生戰(zhàn)爭或者遭遇恐怖襲擊等人為破壞，勘察設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)失誤，從業(yè)人員操作不當(dāng)，運(yùn)輸過程中存在混裝混運(yùn)、超載、不按照規(guī)定駕駛等五大問題最為突出。

1.2? 窒息、中毒及核污染傷亡事故

煤氣化單元粉塵爆炸時(shí)，不完全燃燒的氣體中含有大量CO氣體，會(huì)引起人員中毒。煤氣化、變換單元、低溫甲醇洗單元、合成單元生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生甲醇、CO、H2S、CO2等有毒有害氣體，泄漏到環(huán)境中容易造成人員窒息、中毒。

由于煤的理化性質(zhì)特殊，在煤氣化單元生產(chǎn)過程中有“固液氣”三相并存的情況，普通料位計(jì)無法滿足對于固體物料的監(jiān)控，因此煤氣爐設(shè)有比石油化工延遲焦化等裝置更多的料位計(jì)，放射源一般采用鈷-60、銫-137、鈀。在發(fā)生事故時(shí)，由于高溫高壓等環(huán)境影響，易導(dǎo)致同位素盒屏蔽保護(hù)損壞，救援人員面臨放射源輻射危害，易發(fā)生核污染。

1.3? 高壓沖擊傷亡事故

在甲醇合成工序中，由于生產(chǎn)設(shè)備壓力高、溫度高，合成氣、循環(huán)氣及甲醇泄漏到作業(yè)環(huán)境中都可能引發(fā)火災(zāi)、發(fā)生爆炸。在高壓設(shè)備外殼嚴(yán)重超溫的情況下容易發(fā)生氫脆，導(dǎo)致焊縫開裂或設(shè)備損壞，還可發(fā)生著火、爆炸。

2 技戰(zhàn)術(shù)處置措施

處置煤制甲醇裝置事故時(shí)，現(xiàn)場處置人員必須牢牢貫徹“消防與工藝”相結(jié)合的戰(zhàn)術(shù)理念，靈活運(yùn)用各種戰(zhàn)術(shù)，科學(xué)高效地處置事故。

2.1? 工藝處置措施

工藝處置措施主要是切閥斷料、墮化保護(hù)等，具體措施如下：

2.1.1? 緊急停車處置

處置人員應(yīng)該根據(jù)災(zāi)害類別、范圍、程度及時(shí)做出控制措施，分別對設(shè)備事故部位、生產(chǎn)單元、整套裝置緊急停車處理，防止連鎖反應(yīng)。

現(xiàn)場指揮員到達(dá)現(xiàn)場后應(yīng)立即與事故相關(guān)人員緊急會(huì)商，做好決策?；咎幹昧鞒虨椋簡误w設(shè)備部位停車→生產(chǎn)單元停車→整套裝置停車→鄰近裝置停車→全廠性生產(chǎn)系統(tǒng)緊急停車等。

2.1.2? 泄壓防爆

當(dāng)生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)壓力異?；蛘咧鸨ǖ仁鹿蕰r(shí)，工藝人員對發(fā)生事故的設(shè)備和關(guān)聯(lián)設(shè)備采取遠(yuǎn)程手動(dòng)緊急放空，進(jìn)行現(xiàn)場直排泄壓。

2.1.3? 關(guān)閥斷料

按照工藝流程關(guān)閉著火部位與其他關(guān)聯(lián)的設(shè)備互通閥門，切斷易燃易爆物料來源是關(guān)閥斷料的基本原則。在實(shí)施時(shí)，要選擇距離燃燒點(diǎn)最近的閥門予以關(guān)閉，并且若剩余可燃物量太多，燃燒時(shí)間長，現(xiàn)場處置人員要考慮輔以導(dǎo)流措施。裝置火災(zāi)爆炸一時(shí)難以控制時(shí)，應(yīng)該首先考慮對裝置的雨排系統(tǒng)、化污系統(tǒng)、電纜地溝、物料管溝的封堵，防止回火爆炸波及鄰近裝置或者罐區(qū)，切斷滅火廢水的外排，達(dá)到安全環(huán)保處置要求。

2.1.4? 調(diào)整工藝參數(shù)

發(fā)生事故時(shí)，若裝置工藝流程和參數(shù)處于非正常狀態(tài)，工作人員需要通過控制系統(tǒng)對裝置的流量、溫度、壓力等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；若控制系統(tǒng)損壞，則需要派員到現(xiàn)場進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門。

2.2? 消防處置措施

發(fā)生事故時(shí)，滅火救援力量要第一時(shí)間控制災(zāi)情，避免引發(fā)連鎖反應(yīng)。企業(yè)需要采取相應(yīng)的工藝措施，結(jié)合滅火救援力量，控制災(zāi)情的發(fā)展。[2]

2.2.1? 偵查研判

煤化工企業(yè)火災(zāi)現(xiàn)場設(shè)備眾多、情況復(fù)雜，火災(zāi)蔓延速度快，災(zāi)情難以預(yù)料，后果難以預(yù)料。救援力量到達(dá)現(xiàn)場后要迅速了解和全面掌握現(xiàn)場信息，控制初期火災(zāi)。

加強(qiáng)火場偵查，全面掌握情況包括：事故裝置生產(chǎn)類別、主要原料及產(chǎn)品性質(zhì)，裝置工藝流程以及工藝控制參數(shù)，著火部位所處部位以及工藝關(guān)聯(lián)的流程、管線走向，鄰近設(shè)備、容器、儲(chǔ)罐、管架等受火作用的程度，事故裝置所處控制狀態(tài)，已采取的工藝消防控制措施，消防水源等公用工程保障能力等。調(diào)取事故裝置平面圖、工藝流程圖、生產(chǎn)單元設(shè)備布局立體圖、事故部位及關(guān)鍵設(shè)備線構(gòu)圖、公用工程管網(wǎng)圖等基礎(chǔ)資料，與生產(chǎn)工藝人員一道核對事故部位、關(guān)鍵設(shè)備及控制現(xiàn)場信息，從事故發(fā)生部位入手分析判斷災(zāi)情發(fā)展趨勢。

發(fā)生火災(zāi)要第一時(shí)間確定同位素料位計(jì)是否安全可靠，若氣化廠房發(fā)生爆炸，必須著防輻射服，攜帶有毒氣體探測儀、可燃?xì)怏w探測儀、同位素放射源探測儀和放射源收集器，快速找到并且安全轉(zhuǎn)移放射源。[3]

2.2.2? 冷卻降壓

煤化工生產(chǎn)廠房結(jié)構(gòu)特殊，干式煤化爐高度一般在100m以上，濕式一般在50m左右，氣化廠房高度也在60～120m之間，相當(dāng)于高層建筑。冷卻時(shí)，對于受火勢威脅的高大裝置應(yīng)分層布置水槍（炮）陣地，從上往下均勻冷卻；煤氣化操作壓力都在3.0～8.0MPa、操作溫度都在1000～1300℃之間，對于高壓、高溫設(shè)備，冷卻同時(shí)要采取工藝措施降低內(nèi)部壓力，但要保持一定程度的正壓；避免直流水槍對生產(chǎn)設(shè)備法蘭、管道及接口等處的直接沖擊，以防松動(dòng)泄漏，造成災(zāi)情的擴(kuò)大。

2.2.3? 果斷堵截

具體方法有以下幾種：①對外泄可燃?xì)怏w的設(shè)備火災(zāi)，應(yīng)該在關(guān)閥斷料的同時(shí)，迅速用噴霧水在下風(fēng)方向稀釋外泄氣體。②地面液體流淌火，應(yīng)該筑堤圍堵，或定向?qū)Я鳎乐孤?。③對于設(shè)備管線部位的液體流淌火，應(yīng)關(guān)閥斷料，對燃燒液體流經(jīng)部位進(jìn)行冷卻；地面燃燒液體則按地面流淌火處理。④對于甲醇（醇類）儲(chǔ)罐的泄漏，罐體的破裂存在一個(gè)短暫的過程，罐體從泄漏口開始崩壞，罐內(nèi)的液面下降，最后成為湍流，進(jìn)一步形成液池。處置這類情況時(shí)要及時(shí)關(guān)閥斷料，根據(jù)泄漏情況筑堤圍堵，防止蔓延。[4，5]

2.2.4? 控制冷卻

煤化工裝置事故的處置過程中，實(shí)施及時(shí)充分的冷卻控制是消除或者減弱裝置發(fā)生爆炸、撕裂變形、倒塌破壞等危險(xiǎn)的最有效措施，指揮員應(yīng)分清輕重緩急，正確確定火場的主要方面和主攻方向，對受火勢威脅最為嚴(yán)重的設(shè)備應(yīng)該采取重點(diǎn)突破，消除影響火場全局的主要威脅。[6]

冷卻的重點(diǎn)分為兩部分：①燃燒區(qū)內(nèi)的壓力設(shè)備因?yàn)槭艿交鹧娴闹苯幼饔?，其爆炸的危險(xiǎn)性最大，應(yīng)該組織力量對其實(shí)施不間斷地充分冷卻，部署力量撲滅有爆炸危險(xiǎn)設(shè)備周圍的火勢，減弱火焰對設(shè)備的威脅。②燃燒區(qū)鄰近設(shè)備容器、管道、塔釜等在熱輻射和熱對流的作用下，發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)性比較大，應(yīng)該部署力量控制火勢蔓延趨勢，根據(jù)距離以及危險(xiǎn)程度分別布置水槍水炮陣地對受熱面實(shí)施充分冷卻。

根據(jù)不同的對象所采取的冷卻方法也有差異：①對受火勢威脅的高大的塔、釜反應(yīng)器應(yīng)分層次布置水槍、水炮陣地，從上往下均勻冷卻，防止上或者中部出現(xiàn)冷卻斷層，導(dǎo)致設(shè)備強(qiáng)度不同。②對著火的壓力設(shè)備，在積極冷卻的同時(shí)采取工藝措施，降低內(nèi)部壓力，但要保持一定正壓，防止設(shè)備負(fù)壓被大氣壓壓變形。③對于著火的負(fù)壓設(shè)備，在積極冷卻的同時(shí)，應(yīng)該關(guān)閉進(jìn)、出料閥，防止回火爆炸。在必要或者可能的情況下，可以向負(fù)壓設(shè)備注入氮?dú)?、過熱水蒸氣等惰性氣體進(jìn)行保護(hù)，調(diào)整設(shè)備內(nèi)部壓力。此外，在冷卻設(shè)備與容器的同時(shí)，還應(yīng)該注意對受到火勢影響的框架結(jié)構(gòu)、設(shè)備裝置承重構(gòu)件的冷卻保護(hù)。

2.2.5  謹(jǐn)慎選擇內(nèi)攻滅火

煤化工廠房設(shè)備繁多，管道復(fù)雜，涉及高溫、高壓、有毒等極端環(huán)境，且甲醇等燃燒物在燃燒時(shí)熱煙氣較少，光照強(qiáng)烈條件下甚至?xí)霈F(xiàn)肉眼觀察不到燃燒的情況發(fā)生。在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，若未查明著火部位、著火范圍、同位素料位計(jì)等情況下，禁止組織人員內(nèi)攻。在確保各項(xiàng)工藝和預(yù)備措施到位的前提下，可以謹(jǐn)慎考慮開展內(nèi)攻，但必須攜帶相關(guān)檢測儀器。

2.2.6? 水幕驅(qū)散稀釋

利用水幕水槍、噴霧水槍、自擺式移動(dòng)水炮等設(shè)備形成水幕，對已經(jīng)泄漏出來的可燃或有毒的氣體實(shí)施驅(qū)散、稀釋或阻隔，抑制其可能遇火種發(fā)生閃爆和毒害的風(fēng)險(xiǎn)，防止擴(kuò)散。

具體方法有：①在事故部位、單元之間設(shè)置水幕隔離帶。②在泄漏的塔釜、機(jī)泵、反應(yīng)器、容器或者儲(chǔ)罐的四周布置噴霧水槍。③對于聚集于控制室、物料管槽、電纜地溝內(nèi)的可燃?xì)怏w，應(yīng)該打開室內(nèi)、管槽的通風(fēng)口或地溝的蓋板，通過自然通風(fēng)或者機(jī)械送風(fēng)、氮?dú)獯祾哌M(jìn)行驅(qū)散。

2.2.7? 洗消監(jiān)護(hù)

設(shè)備事故處理完畢后，需要對現(xiàn)場進(jìn)行洗消作業(yè)，且實(shí)施現(xiàn)場監(jiān)護(hù)，直至隱患徹底排除。

3 注意事項(xiàng)

甲醇儲(chǔ)罐因?yàn)槠涮厥獾幕馂?zāi)燃燒特性，故而在戰(zhàn)法上有特殊性。

煤化工企業(yè)儲(chǔ)存成品甲醇一般為內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐，但是該原則不是一定，根據(jù)實(shí)際情況、預(yù)案、詢問知情人及廠方、現(xiàn)場觀察等方法確定事故罐的類型。一般來說，鋼制浮盤按密封圈對待，其他類型的則按照全液面準(zhǔn)備泡沫滅火劑。

在研判現(xiàn)場風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，要特別注意甲醇的燃燒特性對現(xiàn)場處置帶來的風(fēng)險(xiǎn)，充分利用熱成像儀監(jiān)控現(xiàn)場情況，結(jié)合現(xiàn)場風(fēng)向、檢測結(jié)果、燃燒現(xiàn)象等情況判斷現(xiàn)場災(zāi)情。特別是指揮員、安全員必須配備熱成像儀，盡量減少儲(chǔ)罐周邊的戰(zhàn)斗員，以移動(dòng)炮、高噴車、滅火機(jī)器人為主要力量，同時(shí)力量盡量布置在地勢較高的地方或者受到泄漏影響較小的地方，防止發(fā)生流淌火而現(xiàn)場戰(zhàn)斗員不易察覺，造成人員傷亡。[7，8]

合理利用好固定、半固定消防設(shè)施。一是對于固定、半固定泡沫系統(tǒng)還有效的儲(chǔ)罐，要根據(jù)現(xiàn)場情況，嚴(yán)格按照操作程序利用好設(shè)施，并且確保充分發(fā)揮好泡沫滅火劑的效能，同時(shí)要嚴(yán)控一到就啟動(dòng)、一啟動(dòng)就失效或者長時(shí)間開啟的情況。二是利用好氮封設(shè)施，可以打開直通閥注氮滅火，抑或者可以利用干粉消防車、移動(dòng)制氮車、移動(dòng)氮?dú)馄拷M保障氮?dú)庠吹墓?yīng)充足。[9]

調(diào)用滅火劑充分合理。根據(jù)現(xiàn)場情況，當(dāng)現(xiàn)場處置時(shí)間較長、儲(chǔ)罐儲(chǔ)量較大需要調(diào)集泡沫時(shí)，應(yīng)調(diào)集抗醇類泡沫，且盡量保證泡沫型號、比例一致，防止影響出泡和滅火效率?，F(xiàn)場發(fā)動(dòng)總攻時(shí)，由于壓力、流量提高，泡沫攻擊強(qiáng)度要按照一般油品的2倍進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)攻的時(shí)間不要低于0.5 h，防止無法撲滅火勢或者發(fā)生復(fù)燃。在調(diào)集泡沫時(shí)，要合理利用叉車等裝備，減少供液距離，也避免過多的晃動(dòng)產(chǎn)生泡沫，增長析液時(shí)間。[10-13]

4 結(jié)論與展望

文章主要通過對當(dāng)前主流煤制甲醇裝置的危險(xiǎn)性進(jìn)行分析，探討了相關(guān)類型設(shè)備事故處置流程及注意事項(xiàng)。粉塵爆炸、封閉半封閉廠房事故、甲醇儲(chǔ)罐火災(zāi)爆炸事故是煤化工有別于石油化工的特殊災(zāi)害類型，也是煤化工事故處置的重中之重，值得廣大消防救援人員深入探討分析。

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Discussion on technical and tactical measures

for accident disposal in coal-to-methanol plant

Su Wenbin， Fu Bingqi

（Kunming Fire Services Training School of Ministry of Emergency Management， Yunnan Kunming 650000）

Abstract：Coal gasification technology is the core technology of the entire coal chemical industry. Coal gasification unit is also a key device that distinguishes coal chemical industry from petrochemical industry. It is difficult to prevent and control fires and has high fire risk. According to the characteristics of technology and equipment， the paper analyzes the dangerous factors and accident characteristics in the operation of coal-to-methanol plant， and summarizes the fire fighting technical and tactical measures to deal with the accident of coal-to-methanol plant.

Keywords：coal-to-methanol; hazard analysis; fire and explosion protection; technical and tactical measure