煉油廠火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性及防火對策

王勇，王延尚(山東省青島市消防救援支隊(duì)，山東 青島 266071)

0 引言

石油化工其主要使用到的原料為石油和天然氣，這兩種是化工過程中使用的主材料。石油產(chǎn)品種類較為多樣化，經(jīng)過一系列的生產(chǎn)過程形成，常見的有汽油、煤油、柴油等，這些產(chǎn)品的生產(chǎn)形成都需要一個過程，石油煉制的這個過程也被稱為煉油，煉油生產(chǎn)工藝特點(diǎn)如下。

(1) 生產(chǎn)工藝苛刻度大。在煉油生產(chǎn)工藝中，涉及了很多的操作環(huán)節(jié)，基于其油品生產(chǎn)特點(diǎn)，對生產(chǎn)工藝有著極高的要求，需要保證溫度、壓力、流速等工藝指標(biāo)，也正是如此，生產(chǎn)過程中要考慮的因素過多，極大程度上增加了火災(zāi)發(fā)生的概率。如：制氫、苯乙烯加熱爐內(nèi)爐膛溫度達(dá)1 150 ℃、加氫裂化反應(yīng)壓力達(dá)15 MPa。

(2)生產(chǎn)裝置體量龐大。石油化工生產(chǎn)一般由多套裝置構(gòu)成大型聯(lián)合生產(chǎn)裝置，上下游裝置之間大都存在進(jìn)料關(guān)系，對塔器、換熱器、反應(yīng)器等設(shè)備的質(zhì)量要求越來越高，一旦發(fā)生火災(zāi)爆炸事故損失嚴(yán)重。國內(nèi)煉油單套加工量已經(jīng)達(dá)到1.2×107t/a。

(3)生產(chǎn)裝置排列緊密。由于生產(chǎn)工藝的需要，同一工藝大部分裝置聚集在一起，設(shè)備和管道前后相隨，上下交織，裝置內(nèi)空間狹窄。因生產(chǎn)裝置之間連接過于緊密，如果發(fā)生火災(zāi)，基于其連接結(jié)構(gòu)的緊密性，會使得火災(zāi)通過生產(chǎn)裝置迅速蔓延，而且有些裝置本身裝有化學(xué)物質(zhì)，容易產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，造成爆炸，進(jìn)一步擴(kuò)大火災(zāi)蔓延范圍。

(4)生產(chǎn)綜合化，產(chǎn)品多樣化。在生產(chǎn)過程中，涉及的產(chǎn)品種類較為多樣化，常見的有汽油、煤油、液化石油氣等。這些產(chǎn)品絕大部分都易燃易爆，且燃燒、爆炸特性都不盡相同，給火災(zāi)預(yù)防和撲救帶來了難度。

(5)煉油原料用及產(chǎn)品大多易燃易爆。煉油過程使用的原油、汽油、煤油等物質(zhì)大部分閃點(diǎn)低，爆炸極限范圍廣，火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性大，著火后會產(chǎn)生大量的熱和有毒氣體，危害極大。如氫氣的爆炸極限在4.0%～74.2%，苯、硫化氫、氨等屬于高毒物品。

(6)裝置與管道縱橫交錯，立體交叉。裝置之間具有一定的連接性，而管道是主要的連接介質(zhì)，管道負(fù)責(zé)完成裝置之間的一個運(yùn)輸要求，對于大型石化企業(yè)來說，生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)，裝置內(nèi)部管線交錯縱橫，如果出現(xiàn)火災(zāi)，其蔓延速度是非常快的。

1 煉油廠火災(zāi)爆炸及其他危險(xiǎn)因素

1.1 易燃燒特性

油品的燃燒具有一定的差異性，主要以燃點(diǎn)、閃點(diǎn)進(jìn)行評定[1]。對于易燃液體來說，由于燃點(diǎn)和閃點(diǎn)數(shù)值相差很小，因此在評定此類液體火災(zāi)危險(xiǎn)性時(shí)，常用閃點(diǎn)作為參數(shù)來評估，一般不考慮燃點(diǎn)的影響。閃點(diǎn)不同，燃燒的危險(xiǎn)程度也不同，如果閃點(diǎn)高，那么燃燒的危險(xiǎn)系數(shù)就越大，閃點(diǎn)低就說明燃燒的危險(xiǎn)系數(shù)比較小?；谟推沸再|(zhì)，一旦出現(xiàn)燃燒的情況，其燃燒蔓延速度非?？?，不同質(zhì)品的油其燃燒速度具有一定的分化性，最快的燃燒速度高達(dá)5 mm/min，不管是橫向燃燒還是縱向燃燒，其傳播速度都是較快的，油品出現(xiàn)燃燒情況后，會造成氧氣缺失，容易導(dǎo)致其他事故。

1.2 易爆炸性質(zhì)

在石油煉制過程中，使用的原料和生產(chǎn)的產(chǎn)品種類繁多，有些物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)非常活躍，在一定的條件下，遇到空氣時(shí)會形成高度的聚合性，在接觸火源的一瞬間就會發(fā)生劇烈的爆炸，爆炸的波及范圍主要受物質(zhì)的爆炸下限和爆炸上限影響，上限與下限如相差很大，下限又較低，則物質(zhì)容易爆炸，從而危險(xiǎn)性就大。汽油蒸汽混合達(dá)到一定的量，摻雜濃度達(dá)到一定指標(biāo)，其爆炸范圍是非常大的。通過對石油化工著火情況分析，發(fā)現(xiàn)在密閉容器中，其油蒸氣濃度是隨燃燒強(qiáng)度的不同不斷發(fā)生變化。

燃燒和大多數(shù)爆炸都是化學(xué)反應(yīng)，在一定的條件下能夠發(fā)生轉(zhuǎn)變。許多油品的爆炸濃度下限很低，尤其是輕質(zhì)油品。油蒸汽易積聚漂移及范圍大，很容易達(dá)到爆炸極限范圍，遇有點(diǎn)火源即可爆炸。油品的易爆性還由于油氣所需要的點(diǎn)火能量很低，最低的只有0.2 mJ，而油庫中各種引火能源，如明火、散熱設(shè)備的表面高溫、電氣設(shè)備點(diǎn)火源、通過的高溫氣體、三種形式的靜電放電閃火等，具有足夠的能量來引爆油氣混合物。

1.3 易蒸發(fā)特性

蒸發(fā)量與速度和液體的溫度特別是表層溫度、液面壓力、氣體空間、蒸發(fā)面積、接觸空氣的流速，以及本身的密度有關(guān)。煉油生產(chǎn)過程使用的一些輕質(zhì)油品有著良好的揮發(fā)特性，如每千克汽油大約可以蒸發(fā)出0.4 m3的汽油蒸氣，隨著溫度升高揮發(fā)出來的油蒸氣也大量增加。煉油化工產(chǎn)品在靜止和流動時(shí)都會發(fā)生蒸發(fā)現(xiàn)象，且蒸發(fā)速度與產(chǎn)品密度大小有關(guān)，一般密度越小，蒸發(fā)越快，油蒸氣越多，爆炸危險(xiǎn)性就越大。

1.4 易產(chǎn)生積聚靜電荷

靜電荷是一種處于靜止?fàn)顟B(tài)的電荷。靜電荷如積聚數(shù)量不多，不產(chǎn)生放電或者靜電壓放電電流達(dá)不到可燃物質(zhì)的引燃溫度，就不會造成災(zāi)害。靜電荷積聚通常和下列原因有關(guān)：(1)輸油時(shí)，靜電電荷數(shù)量多少與輸油管道內(nèi)壁是否光滑有關(guān)；(2)空氣的相對濕度越大，產(chǎn)生靜電荷越少；(3)流動速度和流動時(shí)間都大的情況下，靜電荷產(chǎn)生數(shù)量也多；(4)除柴油外，流動介質(zhì)溫度與靜電荷呈正比關(guān)系，溫度越高，靜電越易產(chǎn)生和聚集；(5)如果油品中存在雜質(zhì)，混合到其他油品中時(shí)會產(chǎn)生大量靜電荷；(6)油品通過過濾網(wǎng)產(chǎn)生的靜電荷多少與過濾網(wǎng)網(wǎng)目數(shù)大小成正比；(7)油品流動時(shí)，流過的管道或容器使用彎頭數(shù)量越多，其靜電荷數(shù)量也就越多；(8)用絕緣性材料制成的容器或管道，油品流過產(chǎn)生靜電荷多于非絕緣性材料制成的容器或管道。

1.5 易受熱膨脹

油品在受熱的情況下，其內(nèi)部的溫度指標(biāo)會明顯上升，體積呈一個膨脹趨勢，基本上所有油品都會受熱膨脹，膨脹程度主要受溫度指標(biāo)變化影響，溫度每升一度，體積就會跟著膨脹到一定范圍，溫度升高的情況下，其蒸氣壓力也會出現(xiàn)不同幅度的上漲。也正是如此，在存儲汽油的時(shí)候，需要做好對密封油桶的處理工作，不能將密封油桶放在高熱或者陽光下暴曬，避免溫度過高影響其內(nèi)部溫度性。在容器內(nèi)部灌入熱油，油品的體積會出現(xiàn)收縮的情況，內(nèi)部壓力呈負(fù)增長，使得容器向內(nèi)收縮，使得容器發(fā)生形變。而受熱脹冷縮影響，也更容易導(dǎo)致漏油增大火災(zāi)發(fā)生的概率。由于油品的熱膨脹性，若容器灌裝過滿，管道輸油后不及時(shí)排空，又無泄壓裝置，由于外界溫度上升或下降速度過大，會造成設(shè)備脹破、吸癟等事故。還有就是過低的溫度影響，會使得油罐向內(nèi)凹陷。故儲油容器，尤其是各種規(guī)格的油桶，不同季節(jié)都規(guī)定不同的安全容量，輸油管線上應(yīng)有泄壓裝置。

1.6 易流動擴(kuò)散

液體物質(zhì)都具有一定的流動性，對于易燃流動液體來說，其擴(kuò)散速度主要受本身黏度影響，如果油品的黏度比較低，那么流動性就很強(qiáng)，流動速度就很快，其擴(kuò)散速度越快，那么也更容易導(dǎo)致火災(zāi)蔓延。有些油品的黏度較高，流動性相對來說不那么強(qiáng)，但在高溫影響下，會使得油品黏度降低，擴(kuò)散速度加快，同樣會導(dǎo)致火災(zāi)情況加重。

1.7 易沸溢性

重質(zhì)油品一般不易燃燒，一旦燃燒不易撲滅。重質(zhì)或含水分的油品(如原油)著火燃燒時(shí)容易產(chǎn)生突沸、噴濺現(xiàn)象，產(chǎn)生極大的危險(xiǎn)性，有些噴射的燃燒物距離很遠(yuǎn)，增加救援難度的同時(shí)也增加了救援危險(xiǎn)系數(shù)。而且由于火焰輻射熱量高，容易造成油罐間的火勢蔓延。油中的水滴遇到如此高的溫度必然汽化，體積膨脹，形成泡沫狀，以很大的壓力升騰到油面，并把著火油品帶到上面，向周圍噴濺。這種火災(zāi)破壞性極大，波及面也寬。

2 煉油廠著火爆炸預(yù)防對策

2.1 控制明火(包括吸煙和生產(chǎn)中的明火)

香煙的燃燒溫度為650～800 ℃，自燃時(shí)溫度為450～500 ℃，且可以陰燃很長時(shí)間，因此，煉油廠嚴(yán)禁攜帶煙火。在生產(chǎn)過程中，需要制定嚴(yán)格的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，控制明火的使用，明確要求明火使用范圍。明火具有高溫性，對于需要加熱的易燃易爆物，需要采取合適的加熱措施，一定要避免直接使用明火加熱。加熱的時(shí)候需要在固定范圍區(qū)域，遠(yuǎn)離氣體或者蒸汽存儲區(qū)域。維修過程中涉及到對火的使用時(shí)，對照明設(shè)備有一定要求，不能使用一般的照明設(shè)備，必須是防爆照明設(shè)備，能夠起到一個阻隔的作用，避免明火造成影響。在廠區(qū)和機(jī)動車輛的排氣管中，需要安裝好阻火器，保證其排出氣體安全性。

2.2 控制高熱物及高溫表面

高熱物具有一定的傳導(dǎo)性，在特定的環(huán)境下能夠完成熱量傳遞，還能誘導(dǎo)可燃物著火，高熱物和高溫表面包含的種類比較多，常見的有蒸汽管道表面、液體管道、裂解爐等。這些高熱物和表面都具有高溫的特性，而且表面積比較大，分化程度比較高，散發(fā)的熱量也比較多，因具有這種種特點(diǎn)，也更容易誘導(dǎo)火災(zāi)爆炸的形成?；诖?，需要嚴(yán)格控制高熱物和高溫表面，采取有效的隔熱措施進(jìn)行預(yù)處理，防止表面高熱物和高溫表面與易燃物有直接接觸。

2.3 控制自燃發(fā)熱及化學(xué)反應(yīng)熱

在生產(chǎn)過程中，涉及到了多種化學(xué)物質(zhì)，很多化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的時(shí)候都會產(chǎn)生熱量，不同物質(zhì)由于反應(yīng)類型的不同其反應(yīng)熱也是有區(qū)別的。比如煤和黃磷等是因?yàn)檠趸磻?yīng)產(chǎn)生的發(fā)熱，而硝化棉和火藥等是因?yàn)榉纸夥磻?yīng)產(chǎn)生的發(fā)熱。還有因?yàn)榘l(fā)酵引起的發(fā)熱，比如濃硫酸和濃硝酸，針對不同物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)特點(diǎn)，需要做好相關(guān)保管工作，使用的時(shí)候也要清楚各個物質(zhì)特性和撲救方法。

2.4 控制沖擊與摩擦

摩擦主要是兩個物體之間相互接觸產(chǎn)生的，兩個物體表面都粗糙，在緊密接觸的期間，很容易受摩擦影響產(chǎn)生火花。這種火花雖然小，但是能量如達(dá)到可燃物質(zhì)的臨界點(diǎn)，能夠點(diǎn)燃可燃?xì)怏w和液體，還有就是物體沖擊的時(shí)候，容易造成設(shè)備損傷，沖擊過程中振蕩摩擦等都會產(chǎn)生火花。在日常管理中，需要加強(qiáng)維修和定期檢查，做好機(jī)械管理工作，對機(jī)械轉(zhuǎn)動部分進(jìn)行潤滑處理，降低摩擦系數(shù)，應(yīng)用銅制工具，能夠極大程度規(guī)避火花的產(chǎn)生。

2.5 控制電氣火花

很多電氣設(shè)備引發(fā)的火災(zāi)爆炸事故都是因?yàn)殡姎饣鸹▽?dǎo)致的[2]。當(dāng)然也并不是電氣火花就一定能夠?qū)е禄馂?zāi)發(fā)生，主要是取決于電氣火花的能量大小。電氣火花能量受引火電流、電壓的影響，對于電氣火花的控制，側(cè)重于從電氣設(shè)備方面入手，對電氣設(shè)備采取防爆措施，應(yīng)用防爆裝置，以隔離安裝的方式避免設(shè)備產(chǎn)生火花。典型案例有新疆克拉瑪依獨(dú)山子煉油廠在建油罐在防腐刷漆時(shí)，油漆中有機(jī)溶劑揮發(fā)，遇到電氣火花閃爆，造成12人死亡。

2.6 控制靜電火花

2010年1月8日5時(shí)，蘭州石化公司303廠原料罐區(qū)發(fā)生爆炸，事故造成5人失蹤，1人重傷，5人輕傷。經(jīng)調(diào)查，事故是由于裂解碳四罐泄漏，泄漏的可燃?xì)怏w濃度達(dá)到一定指標(biāo)，臨界爆炸點(diǎn)，產(chǎn)生靜電由此導(dǎo)致爆炸著火。在煉油化工生產(chǎn)過程中，靜電的形成因素有很多，常見的有液體噴射帶電、液體沉降帶電、液體輸送帶電等。但并不是靜電產(chǎn)生就會導(dǎo)致火災(zāi)爆炸，僅有當(dāng)靜電積累到一定程度時(shí)，達(dá)到靜電放電標(biāo)準(zhǔn)，其放電火花與可燃物接觸之后，方會出現(xiàn)火災(zāi)爆炸的情況。為了確保靜電不產(chǎn)生影響，需要做好相關(guān)預(yù)防工作，可以從以下三方面著手考慮：(1)盡量減少靜電的產(chǎn)生；(2)如果靜電無法避免，需要盡可能減少靜電的積累；(3)靜電如果大量積累，需要采取合適的阻隔措施，避免放電發(fā)生，控制可燃物的數(shù)量。

2.7 控制雷電

雷電能夠產(chǎn)生巨大的電流，其電流指標(biāo)有時(shí)候高達(dá)幾百千安，這種過高的電流就算是瞬間產(chǎn)生，持續(xù)時(shí)間很短，但其溫度放熱量是非常高的，能夠引起可燃物爆炸，也可造成電氣火災(zāi)。青島黃島油庫火災(zāi)就是因?yàn)槔纂姄糁袃τ凸拊斐傻?。因此，石油化工企業(yè)必須采取有效的防、避雷措施。

3 結(jié)語

本文在介紹煉油廠生產(chǎn)工藝特點(diǎn)的同時(shí)，重點(diǎn)對煉油廠生產(chǎn)、儲存、使用物料的火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)行了闡述，提出煉油廠火災(zāi)爆炸的防控措施，目的在指導(dǎo)相關(guān)部門人員科學(xué)開展檢查工作[3]，幫助煉油廠消防管理人員發(fā)現(xiàn)問題苗頭，及時(shí)排除隱患，防止火災(zāi)爆炸事故的發(fā)生，確保企業(yè)消防安全。