石油化工装置控制室的抗爆设计

石油化工装置控制室的抗爆设计

李雪菁

山东三维化学集团股份有限公司 山东淄博 255434

摘要：石油化工装置发生火灾极易造成爆炸等次生事故，所造成的后果相当严重，往往造成群死群伤，经济损失特别巨大。文章阐述了石油化工装置的特点，基于石油化工装置特点分析了装置火灾的特点，明确了火灾的控制措施。

关键词：石油化工；火灾；爆炸；控制措施

1前言

石化企业每一次火灾爆炸事故的发生，不仅容易造成人员伤亡，而且还会带来一定经济损失。目前，我国各大石化企业虽然采取了一些危险源消防措施，包括固定消防炮、消火栓等。由于这些消防措施均属于事后消防措施，未能起到防范于未然作用。另外，采用人工处理，致使消防员人身安全无法得到保障。智能化消防处理手段，能够及时发现火灾爆炸问题，为防范和处理争取更多时间，安全系数较高，是火灾爆炸事故消防发展的必然趋势。当前此方面研究较少，尚未形成完整的消防设计方案，本文引入智能消防思路展开探究。

2石油化工企业危险源火灾爆炸事故产生的原因分析

储罐区和生产装置是石化企业生产加工的重要模块，同时也是埋藏危险源的主要区域，容易引发火灾爆炸事故。

2.1储罐区火灾爆炸事故产生原因

2.1.1当前石化生产缺少火灾自动报警装置，虽然在储蓄区安排值班人员巡视，但是容易出现漏查，或者疏忽情况，导致火灾事故产生。其中，夜班执勤期间事故发生频率较高。

21.1.2该区域相关管理工作以人工管理模式为主展开，由于各个环节人工管理模式需要耗费大量时间，未能在灭火最佳时期处理，导致延长了火灾处理时间，人身安全很难得到保障，并且带来较大经济损失。

2.1.3火灾爆炸危险系数较高，当前事故需要人员冲锋靠近现场，危险系数较高。在没有远程操控情况下，现场安全事故发生频率难以下降。

2.1.4目前，部分储罐外壁添加了喷淋系统，利用化学品控制温度，达到安全保护目的。然而该系统作业未能做到每一个环节均覆盖自动化控制模式，需要人工开启，导致系统开启时间不及时。另外，该系统流量和压力两项指标参数数值比较小，未能达到标准。

2.1.5为了防止储罐泄漏，部分企业将灭火系统设置为常闭状态，延误了灭火时间，与管理规范不符。

2.2生产装置引发火灾爆炸事故的原因

2.2.1虽然添加了监控装置，但是没有实现有效的自动报警功能，需要依靠值班人员巡检或者查看监控显示装置，发觉火灾爆炸事故。而人工巡检和查看相关参数难免疏忽，所以当前在生产装置添加的自动报警模块未能起到有效的报警作用。

2.2.2由于生产装置火灾发生位置不确定，并且引发火灾的装置种类有很多。其中，内部发生火灾很难发现，外侧装置将其遮挡，很难在短时内发现，延误了最佳救火时期。

2.2.3当前采用的手动炮灭火、消防栓等装置，都需要人员带上装置进入现场，人身安全未能得到有效保障。

3石油化工企业火灾的特点

石油化工企业各个装置涉及的化学品储量大，化学品种类繁多，各类危险化学品爆炸范围分布特别广泛，所以，其火灾种类较多，火灾危险性质复杂多样，一旦发生火灾极易引起二次火灾、二次爆炸等事故，所造成的后果相当严重，往往酿成群死群伤，经济损失特别巨大，归纳总结石油化工企业火灾事故具有以下特点。发生火灾基本上就会伴随爆炸。危险化学品生产、储存过程中满足燃烧三要素就有可能发生着火，当发生着火控制不及时就会伴随火灾爆炸。可燃粉尘、可燃性气体及可燃性液体蒸汽的爆炸危险性。

可燃性粉尘、可燃性气体、可燃性液体蒸汽与空气接触组成的混合物，达到可燃物的爆炸极限范围内，当遇点火源时极易发生燃烧爆炸。并且爆炸极限范围越宽泛，爆炸危险性越大。可燃液体的爆炸危险性。可燃液体的表面有蒸汽存在，并且液体所处的温度越高，蒸汽的浓度越大。在一定温度下，液体表面的蒸汽和空气混合遇到火花极易发生闪燃，发生闪燃的温度叫做液体的闪点。可燃性液体的闪点越低，其本身具有的火灾危险性就越大，发生着火爆炸的可能性也就越高。可燃固体的着火爆炸危险性。在石油化工企业生产中，引起固体火灾事故较多的是化学品自热燃烧和受热自燃。例如硫、磷等低熔点的物质，还有赛璐珞棉、硝化纤维胶片、火胶棉等在常温下能自行分解或在空气中氧化，能够导致迅速自燃或爆炸。这些物质因其具有燃爆特性，危险性极大，所以对其储存条件要求极高。燃烧速度快，蔓延迅速。因化工企业的生产特殊性，生产及储存的物品多为极易扩散的油品和一些具有燃爆危险性的固体物品。对于油品来说，高温环境下极易发生闪燃，并且其燃烧速度之快，与油品的扩散速度是同步的。

燃烧面积大。石油化工企业发生火灾事故，一旦造成设备设施和物料管道破坏时，化工物料流体将会因为压力原因急速喷出，造成大面积流淌火，火灾就会急速扩散蔓延；更因化工生产设备高塔、框架密集并呈现立体布置，框架结构孔洞较多，火势从上而下更难以有效控制，极易形成大范围的立体火灾。火灾扑救难度高。石油化工企业产品生产工艺流程复杂多变，并且其中会涉及到不同物质的多种性质，如：物理、化学性质等。整个反应过程和生产产品极其复杂。一旦发生火灾事故，因燃烧物质的理化性质各不相同，需针对各物质选用相对应的灭火剂；因生产设备和着火位置不一样，需采用不一样的灭火战术，有的时候更需要强行堵漏、倒罐转移等特殊作业，导致火灾扑救工作难度极大。

社会负面影响巨大。化工生产装置一旦发生火灾，不仅生产物资、设备设施遭到严重破坏，造成巨大的人员伤亡，而且还会造成严重的环境污染，进而造成巨大的社会负面影响。而从直接、间接经济损失来看，石油化工火灾造成的经济损失，比其他类型的火灾都要大好多倍，甚至于十几倍。产生有毒气体，造成人员中毒。化学品经过高温燃烧反应后，绝大多数都会产生有毒有害气体，这些气体会对人体产生很大的伤害，甚至于会造成人员死亡。人员由于缺少必要的防护知识及紧张大意，未采取有效的个人防护措施，易造成人员中毒死亡。

4石化管道设计的关键内容

4.1明确流程

在进行设计之前，设计师需要先行同其他部门进行沟通，确定化工管道的施工流程顺序。除此之外，石油化工企业要及时转变设计理念，重视这项工作的进展。切忌不能对其的存在性进行质疑，认可其先见性、预见性的优势。同时，要认可工艺设计能为施工科学性带来的加强作用。设计人员要使用绿色环保的设计理念，促进技术实施的合理有效性，保证先进技术的使用并不会对施工当地的生态自然状况造成破坏。对施工产生的废弃物，设计人员要根据成本和国家政策等相关条件进行环保回收处理，实现建设企业良好正面形象的目的。

4.2优化石油化工厂的布局结构

为了实现石油化工装置工艺管道设计符合逻辑，条理清晰，能够为日后的维修检查带来便利的条件，这就要求对石油化工厂的布局结构进行优化。这一过程是为了保证石油化工厂内部建筑结构能够为管线的条理性铺设提供规则的室内环境。在此基础之上，还要保证各个管线之间的距离符合安全操作的标准，能够有效减少发生事故的可能。

4.3消防建设

石油化工产品处于易燃易爆品，为了保证石油化工管道安全稳定性，需要遵守相关的国家消防安全标准，确保整个管道的使用安全。减少因发生火灾使得厂房爆炸燃烧、周围人员伤亡的情况发生。

5石油化工装置工艺管道设计的合理性建议

5.1管道和阀门设计

石油化工装置工艺管道设计合理在管道和阀门设计的问题上，需要重视吹扫管线位置和采样点位置的安排。在主管道位置做好采样工作，能够顺利避开出现数据信息收集盲点的情况，根据分支管线的连通位置确认最终的采样点位置，实现采样点高度覆盖。吹扫管线主要用于蒸汽吹扫，其存在的意义是防止管道和阀门密闭性出现问题。一旦出现泄漏问题，那么就会及时封闭该管道所在区域的管道设备，以此确定其他的管道能够继续运作。这样的设计是为了防止运输延误造成的经济损失，也是出于经济效率的考量。

5.3设计泵

泵能够平稳工作是做好石油化工装置工艺管道设计的合理性工作的重要内容。在之前要明确吸料管的安装和使用安全。杜绝液体进入泵内，导致的涡流漂移情况的发生，平衡液体流量安排，改良水头的安装位置，减少气体阻碍现象。做好这些防护措施能够顺利提升泵的使用效果，延长泵的使用期限，减少资金支出。这就需要设计石油化工装置工艺管道期间在泵的输入位置安装值管，这样的设计理念是出于减少泵受到的直接冲击。但是具体的管道形状安排，要根据泵的具体形式才能确定，不同的泵需要不同类型的管道还减缓冲击。管道的侧面吸收泵需要选择的直管长度需要保持在管道直径的三倍之间。之后还要注意，离心泵在液体进入之前会出现气穴现象，此时应该使用双吸嘴的方法，保证吸管和泵轴保持平行。一般这个情况下管径应该选取直管长度的七分之一。

5.4设计冷却设备管道

若在管道上安装了阀门或者调节器，应平行布置调节器与热换器附近的管道。恒温器是传热管道中的一项重要装置，应将其设置在通道阀和管道附近位置处。将其设置在该位置处的主要原因是便于工作人员对其进行观察，并且针对观察情况，完成相应的操作。同时，需要设计人员特别注意的是，在设计法兰与气缸时，距离一定要足够大，避免对管道的运行造成不良影响，引起安全事故。

5.5冷换设备

换热器、冷凝器、冷却器的总称为冷换设备。冷换设备存在的意义是压力和温度较高的情况，冷换设备使用冷热介质完成导管内部的冷热交换工作。为了保证化工工作的环境的压力系统符合相关标准，需要保证换热器管道的韧性符合国家的政策规定标准。要根据换热器本身的特质，压力表、阀门、元件、组件、温度计等部件的安装位置要尽可能地贴近维修通道附近，实现整个维修通道的便利使用。管道设备进出的设计，需要首先在分界处位置安排闸门，阀门，还要追加盲板和孔板保持相通的状态。这样的设计是为了保证一旦管道出现故障或者需要维修，也不会影响石油化工原料的正常运输，保证管道运输工作如期进行。为了实现工作人员的使用操作安全，减少操作使用的危险性，需要保证空冷器入口位置和分管连接保持50mm的间隔，气温恒定地区主管位置要安置冷凝设备。低温地区的冷凝器需要安置在旁通阀水管之上。配套的设备还需要准备防积水装置、放空阀等装置。确保管道的内测干燥，使得整个冷凝液分布匀称，保证设计的布局结构保持一致，使得液体流动均匀。

5.6人员组织工作

石油化工装置工艺管道设计的流程耗时较少，整个环节需要多方施工人员、后勤人员、管理人员的积极配合。设计组成员要积极整理收集多项数据信息，及时同设计人员沟通情况，保证工作状态的平稳有序执行。重点关注设计的使用的安全效果，确保整体工作的顺利实现。整个石油化工装置工艺管道的铺设需要花费的时间周期较长，整体的技术施工要求较高，在进行管道设计时，要将可能会延误的工期也要纳入最终的施工周期之中。这样做是为了防止出现突发状况导致无法顺利应对风险，导致造成施工单位的经济损失。为了保证管道建设配合充足的人力，优秀的专业技术人员，要事先做好各个工程的具体施工安排，做好各项工作的配合工作。不光是一段施工内容内部得衔接，还要做好各个施工段的衔接，以求实现整体管道的稳定使用，毫无泄漏。石油化工管道设计人员要具有全局性的判断事物的眼界，做好管道的安全防护工作。加强人性化设计，方便之后的同仁使用，维护管道。设计人员要选择环保绿色材料，关注施工地当地的生态自然环境，保证对生态的破坏性降到最低。

6石化危险源智能消防设计

6.1智能火灾探测系统设计

为了弥补传统石化危险源灭火消防模式的不足，本研究建议引入多种现代化技术，通过人工智能图像识别，远距离探测，实现储罐区和生产装置现场环境信息的自动采集和识别。按照设定的火灾隐患参数安全范围，判断当前是否存在火灾隐患。如果存在隐患，则确定并显示具体坐标位置，发出火警信号，以达到警示现场工作人员的目的，为火灾抢救争取更多时间。该架构将火灾探测系统拆分为两部分，分别是现场探测模块和无线操控模块。

6.1.1现场探测模块

该模块在现场主机的控制下，驱动图像型火灾探测器，对储罐区和生产装置环境现状进行探测。其中，采集信息指标包括辐射光谱、燃烧相关参数数值、烟雾动态变化外形、火焰动态变化外形等，经过识别算法处理，准确识别现场火灾状况，为火灾处理提供可靠依据。另外，火灾坐标的显示，以共享世界坐标为主。如果探测到现场某处发生火灾，或者存在火灾隐患，通过无线网络向无线操控模块发送相关信息。需要注意的是，火灾探测器的布设，与储罐外围绿化带的距离保持在15m以上，根据生产装置分布特点，合理布设探测器，确保装置覆盖到每一个监控区域即可。

6.1.2无线操控模块

为了便于操控，该模块设置了2种通信控制模式，主要由云服务器、远程指挥中心、移动端3部分组成。其中，云服务器作为信号处理模块，负责接收和发送相关信息。当现场信息通过无线模块发送至无线操控终端时，由云服务器接收，而后同时向远程指挥中心和移动端发送相关信息，大大提高了数据传输效率，以便灭火指挥工作的开展，为火灾处理争取更多时间。

6.2智能消防炮灭火模块设计

目前，大部分储罐区布设的消防装置为手动炮，为了节约成本，打造可行性较高的灭火系统，本研究利用现有的消防供水管路，提出一些改造方案：不再使用原有的手动跑，用电控泡沫炮代替，要求两种装置规格相同，避免产生过多费用，继续使用原有的供水管，靠近路边安装控制箱，从而为现场救援创造便利条件。继续使用手动炮，在此基础上增加一路电控泡沫炮，当火灾发生时，同时开启两种装置，两者互不干涉。另外，供水管保持不变，选择靠近路边位置安装电控泡沫炮。增加钢结构消防炮塔，均在原有的手动炮旁边搭建，要求炮塔高度超出原有手动炮罐高，使用的设备均为防爆型，采用架空手法安装相关设备。生产装置区消防灭火模块该区域消防灭火模块的设计方案与储罐区设计方案相似，消防炮布置位置存在一定差异，以管廊钢结构和地面为主进行布设。

6.3智能消防云平台监控模块

拓扑设计为了加强石化企业生产现场的安全管理，借助现代化设备及物联网等技术，打造功能较为全面的监控模块，利用此模块实现火灾自动监控及报警管理，将石化企业消防管理部门与企业指挥中心、119指挥中心连接到一起，采取业务联动管理。

7结语

综上所述，消灭和控制石油化工企业火灾，必须采取控制温度、控制投料配比及速度、把好石油化工企业设计施工关，在生产厂房、仓库、员工休息室等有限空间内，设置火灾探测装置及各类灭火措施，在石油化工企业投用生产阶段和企业的整个生产过程中，应该努力消除物的不安全状态，避免人的不安全行为，避免装置跑、冒、滴、漏现象。除此以外，由于石油化工装置的特殊性，企业应及时组织员工培训，学习了解各类化工装置火灾事故爆发的原因，掌握控制和扑灭火灾的科学处置方法，从根本上提高扑救火灾的能力。进而能够“科学、安全、环保、专业”地处置石油化工装置火灾事故，减少财产损失和人员伤亡，推动企业高质量发展。

参考文献：

[1]王万通.石油化工火灾扑救组织指挥训练研究[J].广东化工，2019,46(2):139-140.

[2]罗永强，杨国宏.石油化工事故灭火救援技术[M].北京：化学工业出版社，2017.

[3]唐虎潇.常见石油化工装置火灾事故处置措施探究[J].广东化工，2019(14):116-117.

[4]叶华灿，庄添福.石油化工装置火灾和泄漏事故的应急救援研究[J].中国石油和化工标准与质量，2020(08):05-06.