液化石油气罐区消防安全问题
新闻来源：慧聪网
发布日期：2004-11-22 8:14:54
     液化石油气罐区，因存储有大量易燃、易爆物料，对企业安全生产、人员的生命安全及生态环境都构成了极大威胁。特别是现代石化企业正向大型化、特大型化发展。使得石化产品储罐、储罐越做越大。使得这种威胁时刻都有可能演变成为灾难（欧共体规定：易燃气体在储存量大于200吨时为重大危险源）。
    液化石油气的组成主要是：丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等碳三、碳四及少量的碳二、碳五物质。这些物质饱和蒸气压较高、爆炸极限范围宽、闪点低、点火能极低、燃烧热值高、易聚集静电，而且有相当一部分产品具有腐蚀性。液化石油气的这些特点给液化石油气的生产、加工、运输、存储带来了极大困难。本文根据液化石油气的特点结合工作实践就液化石油气罐区的消防安全问题进行讨论。 
 
   
    一、液化石油气的火灾、爆炸危险性
    液化石油气的最大危险是易燃、易爆。
    当罐区发生物料泄漏时，液化石油气与空气混合。当这种混合气体中物料的浓度达到爆炸极限范围内时，一但给以大于该物料的最小点火能的能量时，就会引起爆炸；而当混合气体中物料的浓度大于爆炸极限时，如给与点火能量，就会引发火灾，液化石油气的点火能量是如此的小，以至于一根铁钉从一米高的位置自由落下，碰在水泥地面上，就足以引爆。
    液化石油气火灾爆炸伤害模型有二种：
    1.蒸气云爆炸
    泄漏到空气中的液化石油气与空气的云状混合物,当油气浓度处在爆炸范围时,遇到火源发生爆炸的现象,称为蒸气云爆炸,其主要的破坏作用是冲击波引起的超压、冲击破坏.
    其爆炸当量为 WTNT =1.8 a WfQf/QTNT
式中:1.8为地面爆炸系数
     a=0.04为蒸气云当量系数
     Wf 为可燃物的质量
     Qf =41868kj/kg为可燃物爆热
汽车爆炸     QTNT =4180kj/kg为TNT 爆热
    当100m3的丁烷或丙烷全部气化并在爆炸极限范围内时，其爆炸相当于36吨TNT当量，爆炸火球温度2100℃。
    其伤害范围:
    死亡半径  51m
    重伤半径  99m
    轻伤半径  145m
    财产损失半径  63m
    2.沸腾液体扩展为蒸气云爆炸（BLEVE）：
    过热液态压缩气体瞬间气化而发生的爆炸现象,称之为沸腾液体扩展为蒸气云爆炸,它能产生巨大的火球,其主要危害是热辐射.
    当100m3的丁烷或丙烷液体扩展为蒸汽云爆炸时
    火球半径为92m
    火球持续时间为17s
    从以上伤害模型计算出的结论来看，液化石油气一旦发生火灾爆炸事故其破坏力极大，有时甚至是灾难性的。从实际发生的石油液化气火灾爆炸事故案例来看更是如此。例如：1998年西安煤气公司400立方米液化气储罐火灾爆炸事故造成死亡11人、受伤30人、直接经济损失477万元。2000年9月锦州石化公司400立方米丁二烯球罐空间爆炸事故造成死亡3人、重伤1人。
    二、诱发火灾、爆炸事故的原因
    （一）可燃物泄漏
    发生火灾、爆炸事故最基本的条件是可燃物的泄漏。正常情况下，可燃物都存在于容器内，不与氧接触，又无点火源，所以不会发生事故。
    物料泄漏 的原因：
    1、管线腐蚀穿孔
    管线腐蚀穿孔是石油液化气罐区发生泄漏最常见、最危险的情况之一，最常见是因为钢制管线外表都有保温层，这些保温材料通常是多孔易吸水的，保温层中的水份与钢管的长期电化学作用，出现锈蚀。另外液化石油气通常含有少量的硫和水，钢管内部也易腐蚀，常期的腐蚀使管壁减薄最终不能承受压力而出现穿孔。管线穿孔因其时间和空间上的不确定性，给罐区的安全生产带来危险。
    2、法兰、垫片
    液化石油气生产装置工艺连接，有许多是采用法兰连接。由于施工的不规范在一些液化石油气生产装置上使用了平面法兰，平面法兰由于其结构上的缺陷容易产生泄漏。需要特别指出的是，石油液化气储罐的第一道进出口法兰应使用凹凸面法兰。连接法兰的螺栓应采用高强度螺栓。
    法兰连接所采用的垫片通常是石棉橡胶板垫片或金属缠绕垫片。石棉橡胶板垫片回弹力较差，在高温、低温、高压等恶劣工况下容易老化，导致物料泄漏。
    金属缠绕垫有较好的回弹性和耐热性，强度高。是液化石油气工艺装置法兰连接较为理想的垫片。使用时要特别注意尺寸、选型和安装质量，否则将金属缠绕丝压断就容易产生泄漏。
    3、阀门
    阀门是液化石油气工艺装置中最重要的控制部件。由于阀门频繁的开启、关闭使阀门的密封填料磨损、老化，产生泄漏。液化石油气中带有的杂质会卡在阀门的密封面上，造成阀门损坏。液化石油气中的游离水会沉降在储罐的底部，在冬季，如未及时脱水，就会冻坏阀门。
    4、容器
    液化石油气通常储存在球形压力容器（俗称球罐）中。球罐长期工作在高压、温差变化、和带有腐蚀性的工作介质中。工作环境十分恶劣。
    液化石油气中含有硫、氧会对球皮产生腐蚀；焊接材料、焊接质量不好、施工安装、热处理不到位会使焊缝在应力的作用下开裂；球罐超装、超压会使金属疲劳，强度下降。（需要特别指出的是在20世纪70－80年代投入使用的一部分球罐其球皮的对接口是“十字”型接口，已不符合现代规范的要求，应尽早退出运行。）正是由于这些隐患的存在，使球罐在各种不利条件的共同作用下发生破裂，当球罐破裂时罐内的液化气体大量蒸发，与周围空气混合，遇到适当条件通常会发生沸腾液体扩展为蒸汽云爆炸。酿成灾难性后果。1944年10月，美国东俄亥俄州发生的液化天然气储罐破裂爆炸事故，死亡128人，直接经济损失680万美元。
    (二)点火能源
    液化石油气罐区发生火灾爆炸事故，有可燃物存在并达到爆炸极限是爆炸的物质基础，而点火能源的存在则是爆炸发生的必要条件。
    在罐区做为点火能源主要有以下几种：
    1.人为用火
    人为火种是指因人的行为而发生的点火源， 使用喷灯、电焊、气焊、气割、烤炉、电加热炉、明火取暖、、；使用香烟、火柴、打火机、黑金属碰击、打磨；穿带有铁掌的鞋,穿带静电的衣服；使用未带阻火器的汽车、非防爆电器等。
    2. 雷电
    由于雷电发生在罐区的放电现象。
    3. 静电
    液化石油气是电的不良导体，在输送时极易产生静电积累，使系统带有静电。在一定条件下发生放电产生火花。
    4.化学能
    某些液化石油气产品如高纯度的丁二烯在一定条件下会产生 过氧化物和自聚物，过氧化物和自聚物是不稳定的化合物，在受到光、热、摩擦、撞击及接触氧时会自己分解引起燃烧爆炸。 
   （三）助燃剂
    罐区火灾爆炸时的助燃剂氧，广泛存在于是空气中。       
                         
    三、液化石油气火灾爆炸事故的预防
    1、球罐在设计时对选材应有明确的技术要求，其质量及规格应符合相应的国家标准和行业标准。要说明盛装介质的腐蚀性适用浓度范围，设计时要留有腐蚀裕度。运行时要严格执行工艺指标不得超浓度运行。
    2、球罐基础施工时，其基础承台地下隐蔽工程必须经监理部门验收，以防止球罐基础发生不均匀沉降，使罐体在不良应力下运行。
    3、球罐组装施工单位应具备相应的施工资质，施工时时应严格按照技术规范组织施工，严格按技术要求正确选用焊接材料、使用正确的焊接方法施工。
    4、球罐在投入使用前必须办理《压力容器使用许可证》，并建立设计、制造、安装、检验档案。球罐应按《压力容器安全技术监察规程》的规定，定期进行检验。
    5、球罐的安全附件（液面计、压力表、安全阀、紧急切断装质、温度表）必须齐全好用。
    6、建立、建全并严格落实《安全、消防管理规定》，特别是严格落实用火管理规定、规范用火作业。罐区工作人员必须 经过安全教育和技术培训，经考核取得上岗许可证后方可上岗。
    7、罐区必须配有完善的消防设施，罐体应配有喷淋冷却水和消防水幕。按规定液态烃罐区应配有高压消防水（0.8mpa-1.2mpa)系统，并配有蓄水池。建议最好在罐区配自动或手动的高压消防炮。
    8、球罐底部接管的第一道法兰、阀、垫片的压力等级应比球罐本体提高一个压力等级，垫片应选用带有金属保护圈的缠绕垫片，法兰应选用对焊法兰，螺栓应使用高强度螺栓，球罐第一道法兰、阀门、垫片、螺栓的安装、使用、更换应有详细的记录。
    9 、为应急处理事故，宜在球罐底部的管线上增加注水管线，该管线在正常情况下应用盲板与物料系统隔开。冬季，要及时脱除罐内游离水，防止底部阀门冻裂。
    10、 配电设备应与罐距离大于80m，电缆沟内应充砂。
    11、罐区球罐必须设有防雷、防静电接地。
    12、球罐运行必须严格执行工艺技术规程，不得超温、超压、超负荷运行。
    四、液化石油气罐区消防作战应注意的问题
    1、消防作战指导思想
    鉴于液化石油气易燃易爆的特点和一旦发生事故带来的巨大破坏以及一旦形成火灾，其灾难性的后果和扑救的困难。罐区消防的重点是“预防”。以“防”为主，以“防”为重，首先“预防”在不同的时期有着不同含义，在正常情况下“防”是指以防火为中心的“防”，防物料泄漏、防火源、防静电、防化学爆炸。而火灾一旦发生“预防”重点的则是防止二次爆炸，防止二次爆炸可以说是罐区消防灭火作战的核心任务。当液化石油气罐区火灾爆炸事故发生时，消防人员的首要任务在火起之初要全力以赴在最短的时间内将火扑灭。如发生罐体破裂、发生大量物料泄漏，则不能简单地将火扑灭。一般来说，碳钢球罐最高使用温度为400-500摄氏度。高于500摄氏度，钢材的强度将大幅度下降。火灾发生时起火球罐 在5-8分钟内温度可达到500摄氏度以上必须抢在罐体温度上升之前控制火情，否则容易引发二次爆炸。从近年来发生的罐区火灾爆炸事故案例来看罐体破裂型的火灾一般都以物料燃烧尽而结束。如何保证相邻罐体不发生新的爆炸（殉爆），关键就是降温 ，控制火情和控制物料、储罐体温度，是防止事故扩大、最终彻底扑灭火灾最重要任务。前文已说过液化气的点火能极低（0.2-0.3mJ），且爆炸极限很宽(2%-10%)，液化石油气燃烧五分钟后的钢铁温度已达500℃以上，高于液化气燃点,此时如将大火扑灭,残存的液化气一但浓度达到爆炸极限就会发生二次爆炸。所以液化石油气火灾在未切断物料来源、未使可燃物环境温度降致燃点之下时,切不可将明火扑灭.
    2、要防止容器本体发生爆炸
    当发生火灾时盛装液化石油气的容器发生爆炸的危险性极大。在火场，球罐暴露在强大的辐射热中，如不及时采取措施球罐的温度压力会迅速上升。最终球罐因超压而发生爆炸，在罐体上加装喷淋水和消防水幕是防止罐体爆炸较为有效的手段。
    3、灭火要“军民结合”
    罐区火灾一般由专业消防队施救，但是，罐区人员如能在事故发生初期就及时的采取有效措施展开前期扑救工作（如快速地打开喷淋水和消防水幕，使用消防炮进行降温或使用灭火机扑救早期小火灾），就会给整个灭火工作赢得宝贵的时间，防止罐体温度上升。
    4、作战人员、设备要注意辐射热伤害
    当石油液化气发生爆炸燃烧时，火焰表面发出强烈的辐射热，(当正丁烷燃烧时其辐射热为307648kj/m2h，比气油的辐射热209000 kj/m2 h大得多。)
    当受到强烈的热辐射时，人就会被烧伤或引起死亡，有机物会燃烧。人裸体时能忍受的辐射热是4514kj/m2 h（盛夏时太阳的辐射热），人穿衣服在 受到 1672 kj/m2 h辐射热时，15s就感到痛苦，30s就会起泡，若以此作为临界值，人应当距离火球中心500-1000m。
    罐区火灾消防作战有作战时间长(5小时-72小时)，作业强度大，现场热辐射强度高的特点，特别是辐射热，使起火点50m内无法靠近人。
    在此情况下，一般的消防水(0.4Mpa)因水量、射程有限已无法满足消防作战要求。现在很多罐区已配备了高压消防水系统，高压消防水的射程能达到60-100米使得消防人员在较远的距离从事作业减少了热辐射的影响。应当注意的是高压消防水，使用高压消防水(0.8Mpa-1.2Mpa)手持式水，一个人已很难把握，时间一长几个人作业都困难，所以最好使用消防水炮。另外使用自动消防炮要注意保护其电源和炮体本身的降温。同时，消防车辆作战要考虑辐射热的影响，防止轮胎受热爆裂。