化工管道系統(tǒng)的火災爆炸事故類型分析
1、泄漏引起火災爆炸
石油化工管道大多輸送易燃易爆介質(zhì),管道破裂泄漏時極易導致火災和爆炸事故。這是因為泄漏的可燃介質(zhì)遇點火源即可燃燒或爆炸。管道經(jīng)常發(fā)生破裂泄漏的部位主要有:與設(shè)備連接的焊縫處;閥門密封墊片處;管段的變徑和彎頭處;管道閥門、法蘭、長期接觸腐蝕性介質(zhì)的管段;輸送機械等。
管道質(zhì)量因素泄漏,如設(shè)計不合理,管道的結(jié)構(gòu)、管件與閥門的連接形式不合理或螺紋制式不一致,未考慮管道受熱膨脹問題;材料本身缺陷,管壁太薄、有砂眼,代材不符合要求;加工不良,冷加工時,內(nèi)外壁有劃傷;焊接質(zhì)量低劣,焊接裂紋、錯位、燒穿、未焊透、焊瘤和咬邊等;閥門、法蘭等處密封失效。
管道工藝因素泄漏,如管道中高速流動的介質(zhì)沖擊與磨損;反復應(yīng)力的作用;腐蝕性介質(zhì)的腐蝕;長期在高溫下工作發(fā)生蠕變;低溫下操作材料冷脆斷裂;老化變質(zhì);高壓物料竄入低壓管道發(fā)生破裂等。
外來因素破壞,如外來飛行物、狂風等外力沖擊;設(shè)備與機器的振動、氣流脈動引起振動、搖擺;施工造成破壞;地震,地基下沉等。
操作失誤引起泄漏,如錯誤操作閥門使可燃物料漏出;超溫、超壓、超速、超負荷運轉(zhuǎn);維護不,周,不及時維修,超期和帶病運轉(zhuǎn)等。
2、管道內(nèi)形成爆炸性混合物
在停車檢修和開車時,未對管道進行置換,或采用非惰性氣體置換,或置換不徹底,空氣混入管道內(nèi),形成爆炸性混合物;檢修時在管道(特別是高壓管道)上未堵盲板,致使空氣與可燃氣體混合;負壓管道吸人空氣;操作閥門有誤使管道中漏入空氣,或使可燃氣體與助燃氣體混合,遇引火源即發(fā)生爆炸。
3、管道內(nèi)超壓爆炸
管道的超壓爆炸與反應(yīng)容器的操作失誤或反應(yīng)異常有關(guān),冷卻介質(zhì)輸送管道出現(xiàn)故障,導致冷卻介質(zhì)供應(yīng)不足或中斷,使生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)生超溫、超壓的惡性循環(huán),最終導致設(shè)備、管線發(fā)生超壓爆炸事故。
在管道中由于產(chǎn)生聚合或分解反應(yīng),會造成異常壓力。如在乙烯和過氧化物催化劑的管道中,溫度過高,超過催化劑引發(fā)溫度,乙烯就會在管道內(nèi)聚合或分解,產(chǎn)生高熱,使壓力上升,導致管道脹裂或爆炸。
連續(xù)排放流體的管道,尤其是排放氣態(tài)物料的工藝管線,因輸送速度降低等因素會導致設(shè)備內(nèi)的物料不能及時排出,從而使設(shè)備發(fā)生超壓爆炸事故。
高壓系統(tǒng)的物料倒流人低壓管道,造成壓力增加。
4、管道內(nèi)堵塞爆炸
管道發(fā)生堵塞,會使系統(tǒng)壓力急劇增大,導致爆炸破裂事故。
輸送低溫液體或含水介質(zhì)的管道,在低溫環(huán)境條件下極易發(fā)生結(jié)冰“凍堵”,尤其是間歇使用的管道,流速減慢的變徑處、可產(chǎn)生滯留部位和低位處是易發(fā)生“凍堵”之處。
輸送具有粘性或濕度較高的粉狀、顆粒狀物料的管道,易在供料;處、轉(zhuǎn)彎處粘附管壁最終導致堵塞。管道設(shè)計或安裝不合理,如采用大管徑長距離輸送或管道管徑突然增大,管道連接不同心,有障礙物處易堵塞;物料夾雜過大碎塊時易造成堵塞;物料具有粘附物性,若不及時清理,發(fā)生滯留沉積等情況,可造成管道堵塞。
操作不當使管道前方的閥門未開啟或閥門損壞卡死,或接受物料的容器已經(jīng)滿負荷,或流速過慢,突然停車等都會使物料沉積,發(fā)生堵塞。
5、發(fā)生自燃火災
管道內(nèi)結(jié)焦、積炭,在高溫高壓下易自燃,引起燃燒或爆炸。在加工含硫原料油煉油廠的高壓管線中,硫化亞鐵是一種很常見的物質(zhì),它是鐵銹和硫化氫發(fā)生反應(yīng)的產(chǎn)物,設(shè)備停用后打開,以及維修之前與空氣接觸,就會迅速發(fā)生自燃。
管道內(nèi)介質(zhì)溫度為超過自燃點的物質(zhì),泄漏出來與空氣接觸便會自燃。
6、具有多種引火源
物料在管道中輸送時,有多種引火源存在。啟閉管道閥門時,閥瓣與閥座的沖擊、擠壓,可成為沖擊引火源。閥門在高低壓段之間突然打開時,低壓段氣體急劇壓縮局部溫度上升,形成絕熱壓縮引火源。物料在高速流動的過程中,粉體與管壁、粉體顆粒之間、液體與固體、液體與氣體、液體與另一不相溶的液體之間、氣體與所含少量固態(tài)或液態(tài)雜質(zhì)之間,發(fā)生碰撞和摩擦,極易帶上靜電,產(chǎn)生火花。
危險物料輸送管道周圍具有摩擦撞擊、明火、高溫熱體、電火花、雷擊等多種外部點火源??扇嘉锪蠌墓艿榔屏烟幓蛎芊獠粐捞幐咚賴姵鰰r會產(chǎn)生靜電,成為泄漏的可燃物料或周圍可燃物的引火源。
7、易成為火災蔓延的通道
由于管道連接著各種設(shè)備,管道發(fā)生火災,不但影響管道系統(tǒng)的正常運行,而且還會使整個生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)生連鎖反應(yīng),事故迅速蔓延和擴大,特別是管內(nèi)介質(zhì)有毒時,對人的生命威脅更大。在管道中傳播的爆炸,一定條件下會發(fā)生由爆燃向爆轟的轉(zhuǎn)變,對生產(chǎn)設(shè)備、廠房等建筑物造成嚴重的破壞。
1、遵守安全布置原則
輸送火災危險性為甲、乙類介質(zhì)或有毒、腐蝕性介質(zhì)的,管道,不應(yīng)穿過與其無關(guān)的建筑物、構(gòu)筑物。集中敷設(shè)于同一管架上的各種介質(zhì)管道必須留有規(guī)定的間距。多層管架中的熱料管道應(yīng)布置在最上層,腐蝕性介質(zhì)管道應(yīng)布置在最下層;易燃液體及液化石油氣體管道嚴禁與蒸汽、熱料管道相鄰布置;助燃與可燃介質(zhì)管道之間,宜用不燃物料管道隔開或保持不低于250mm的間距。
2、選材、設(shè)計、加工、安裝合理
根據(jù)輸送介質(zhì)的性質(zhì)、溫度、壓力和流量等因素正確選擇管材,不可隨意選用代材或誤用,不得使用存有缺陷的管材,例如,要求高溫強度時,350℃以下使用沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼,在350℃時,應(yīng)根據(jù)不同溫度分別使用鎮(zhèn)靜鋼、鉬鋼、Cr —Mo鋼和不銹鋼,不得使用碳鋼;為了防止低溫脆性,要使用奧氏體不銹鋼以及鋁、鎳銅合金的管材??扇家后w架空管道的支架應(yīng)用不燃材料建造。為避免可燃液體管道在發(fā)生事故時液體漫流,可將管道敷設(shè)在不燃材料建造的地溝內(nèi),并保證良好的自然通風,以防止可燃蒸氣積聚。高溫物料管道應(yīng)用不燃材料裝設(shè)保溫層,以防止可燃物接觸高溫管道起火。
嚴格按照工藝設(shè)計要求設(shè)計,管道直徑的設(shè)計值應(yīng)盡量大些,彎曲和變徑處應(yīng)緩慢,而且彎管和變徑管要盡可能少,尤其是由水平向垂直過渡的彎管要少。管內(nèi)壁應(yīng)平滑,不準有折皺或凸起,不裝設(shè)網(wǎng)格狀的構(gòu)件。
管道的焊接質(zhì)量符合要求,焊縫須作無損探傷檢查。管道的連接方式合理,可用加偏墊或多層墊等方法消除斷面偏差、空隙、錯口或不同心等安裝誤差。管道穿墻、樓板和屋面時,應(yīng)加套管、防火肩、防水帽等裝置。焊縫、法蘭等接頭均應(yīng)避開墻和樓板。管道和管件不得與管架直:接接觸,應(yīng)按設(shè)計溫度、壓力等要求,采取加置木墊、軟金屬片或橡膠石棉墊等措施隔離。
3、采取防腐措施
根據(jù)輸送物料的腐蝕性選擇耐腐蝕材料,如對硫化氫的腐蝕,不同溫度下使用可采用鉻鋼,不銹鋼或滲鋁鋼;對高溫條件下的氫脆要用Cr—Mo合金鋼;對不同程度的硫腐蝕,分別采用5Cr、7Cr、9Cr鋼管;為了防止高溫氧化腐蝕,要用奧氏體不銹鋼管、5Cr或9Cr鋼管。
采取合理的防腐措施,如涂層防腐、襯里防腐、電化學防腐、使用緩蝕劑防腐等。其中涂層防腐用得最廣泛,而在涂層防腐中又以涂料防腐用的最多。
定期檢測管道的受腐情況,尤其是敷設(shè)于地下的管網(wǎng)系統(tǒng),及時修復或更換腐蝕嚴重的部位。
4、消除管道殘余應(yīng)力
為了避免管道振動,可采取設(shè)置減振裝置,增加柔性設(shè)計等措施。
為了減弱熱應(yīng)力的破壞作用,采用增加管系可撓性,緩解熱應(yīng)力的熱補償方法,如采用專用的熱補償器;利用彈簧吊架結(jié)構(gòu)或止動器約束管道在約束方向上的位移,在設(shè)備管口附近設(shè)置固定支架,削弱管口的應(yīng)力和力矩,加設(shè)彎管,改變管道走向,增加管系總的可撓性或利用絕熱保溫等方法。
針對不同外部載荷采取措施,如防止基礎(chǔ)下沉,可采用改變管道設(shè)置位置或支撐方式或強化基礎(chǔ)設(shè)計的方法;預防外力沖擊,可通過加強防護設(shè)施,可撓性設(shè)計,合理設(shè)置,加護欄或套管以及加強施工監(jiān)督等方法。
5、嚴格安全操作
生產(chǎn)操作過程中嚴格按照工藝要求控制物料的輸送溫度、壓力、流速等工藝參數(shù),尤其是用于輸送可燃氣體、可燃液體、可燃粉粒狀物料的管道,輸送速度不應(yīng)高于工藝值。生產(chǎn)的要害部位,如加熱爐口、塔底部、反應(yīng)器底部、高溫機泵等進出口處的管道和工作條件苛刻,受交變載荷的管道,要特別重視。
冷卻介質(zhì)的輸送管道要確保冷卻介質(zhì)的供應(yīng)量,避免中斷,必要時可安裝雙路水源和電源控制,以防止生產(chǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)超溫、超壓的惡性循環(huán)。
及時清除管道內(nèi)的污垢、沉淀等沉積物,并嚴禁采用鐵質(zhì)工具或能產(chǎn)生火星的器具輸通易燃易爆、易自燃的不安定沉積物。定期清除管道以及周圍的設(shè)備、設(shè)施上的積塵,以減少粉塵沉積。
在冰凍季節(jié)前后,要注意管道的防凍和化凍,如積水彎、壓力表的彎管,排凝閥等處,發(fā)現(xiàn)問題要及時采取保溫防凍措施。暫時不用的水或易凍的管線要將管內(nèi)介質(zhì)排凈。
及時維修管道,嚴禁超負荷,超期和帶病運轉(zhuǎn)。
6、加強防火安全管理
在用管道要遵照《壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定》定期進行檢驗,檢測管道的泄漏和受損情況,防止管道系統(tǒng)出現(xiàn)跑冒滴漏現(xiàn)象。
停車檢修和開車前應(yīng)按規(guī)定進行管道的排氣置換作業(yè),檢測合格后方可動火檢修或開車。進行動火檢修作業(yè)時,要嚴格執(zhí)行動火作業(yè)的各項規(guī)章制度。
嚴禁危險物料管道和高溫管道周圍堆放易燃易爆物質(zhì)。需要散熱的輸送管道上嚴禁堆放各種雜物,以防止熱量積累引起火災。
危險物料輸送管道的周圍杜絕各種火源。
7、采取防靜電措施
粉粒狀物料的輸送管道應(yīng)選用導電性能良好的材料制造,并設(shè)性能良好的靜電消除裝置。工廠和車間的氧氣管道、乙炔管道、油料儲運設(shè)備、通風裝置、空氣管道等必須連成一個整體,并予以接地。地上或管溝敷設(shè)管線的始端、末端、分支處以及直線段,每隔lOOm應(yīng)設(shè)置防靜電接地裝置,接地電阻不宜大于30Ω,接地點宜設(shè)在固定管墩(架)處。
8、設(shè)置防火防爆安全裝置
在容易發(fā)生超壓爆炸的管道上需設(shè)置安全閥等防爆卸壓裝置;在容易造成火焰?zhèn)鞑サ墓艿郎闲柙O(shè)置水封、砂封、阻火器或防火閥。在高壓和低壓系統(tǒng)之間的接點處和容易發(fā)生倒流的管道上、需設(shè)置止回閥和切斷閥。在泵和閥門的進口裝設(shè)管道過濾器,防止由于雜質(zhì)或夾雜物造成事故。
具有著火爆炸危險的輸送管道,應(yīng)配備惰性介質(zhì)管線保護??扇細怏w的尾氣排放管線應(yīng)用氮氣封或設(shè)置阻火器等防止火勢蔓延的裝置?;馂奈kU性較大的密集管網(wǎng)系統(tǒng)可設(shè)置可燃氣體濃度檢測報警裝置,以及時發(fā)現(xiàn)火險隱患,亦可設(shè)置水噴淋等滅火設(shè)施,以便及時撲救初起火災。