甲醇罐區(qū)火災爆炸危險性分析及防火防爆措施摘要：根據(jù)甲醇的物化性質及儲存過程特點,對甲醇罐區(qū)潛在的火災爆炸危險性進行分析,提出設計中應采取的防火防爆措施以及設計審核時需著重檢查的項目和內容。1概述：甲醇(CH3.OH)是重要的基本有機化工原料,具有劇毒、易燃燒性,其蒸氣與空氣在一定范圍內可形成爆炸性混合物。同時也是一種清潔、高效的液體燃料,在國民經濟中占有十分重要的地位。由于甲醇的易燃性及其蒸氣與空氣在一定濃度區(qū)間內混合物的爆炸性,因此,如何安全、有效地儲存和使用是非常重要的。2.火災、爆炸危險性：由于甲醇的物理化學性質及儲存的條件和周圍環(huán)境等因素所致,甲醇儲存的火災、爆炸危險性主要體現(xiàn)在以下幾個方面。2.1揮發(fā)性：甲醇在常態(tài)下為液體,沸點64.5℃,2.0℃時的飽和蒸氣壓為12..8kPa(96mmHg),溫度愈高,蒸氣壓愈高,揮發(fā)性越強。以地面固定頂罐儲存甲醇為例,夏季晝夜溫差按10℃考慮,則1臺裝料系數(shù)為85%的5000m3.儲罐揮發(fā)損失達77.2.kg/d。由此可見,甲醇的揮發(fā)性較強,儲罐的“小呼吸”損失十分明顯。2.2.流動/擴散性：甲醇的粘度0.5945mPa.s(2.0℃),并隨溫度升高而降低,有較強的流動性。同時由于甲醇蒸氣的密度比空氣密度略大(～10%),有風時會隨風飄散,即使無風時,也能沿著地面向外擴散,并易積聚在地勢低洼地帶。因此,在甲醇儲存過程中,如發(fā)生溢流、泄漏等現(xiàn)象,物料就會很快向四周擴散,特別是甲醇儲罐一旦破裂,又突遇明火,就可能導致火災。2.3.高易燃性：甲醇的閃點11.1℃(閉杯),根據(jù)美國防火協(xié)會ANSI/NFPA3.0、中國國家標準《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》(GB50160-92.)、《危險貨物品名表》(GB12.2.68-90),甲醇屬中閃點(-18～2.3.℃)、甲類火災危險性可燃液體?？扇家后w的閃點越低,越易燃燒,火災危險性就越大。由于可燃液體的燃燒是通過其揮發(fā)的蒸氣與空氣形成可燃性混合物,在一定的濃度范圍內遇火源而發(fā)生的,因而液體的燃燒是其蒸氣與空氣中的氧進行的劇烈和快速的反應。所謂液體易燃,實質上就是指其蒸氣極易被引燃。甲醇的沸點為645℃,自燃點為473.℃(空氣中)、461℃(氧氣中),開杯試驗閃點為16℃。應當指出,罐區(qū)中常見的潛在點火源,如機械火星、煙囪飛火、電器火花和汽車排氣管火星等的溫度及能量都大大超過甲醇的最小引燃能量。2.4蒸氣的易爆性：由于甲醇具有較強的揮發(fā)性,在甲醇罐區(qū)通常都存在一定量的甲醇蒸氣。當罐區(qū)內甲醇蒸氣與空氣混合達到甲醇的爆炸濃度范圍6.7%～3.6%時,遇火源就會發(fā)生爆炸。此外,由于甲醇的引爆能量小,罐區(qū)內絕大多數(shù)的潛在引爆源,如明火、電器設備點火源、靜電火花放電、雷電和金屬撞擊火花等,具有的能量一般都大于該值,因此決定了甲醇蒸氣的易爆性。2.5熱膨脹性：甲醇和其它大多數(shù)液體一樣,具有受熱膨脹性。若儲罐內甲醇裝料過滿,當體系受熱,甲醇的體積增加,密度變小(如2.0℃時0.7915g/ml,3.0℃時0.782.0g/ml)的同時會使蒸氣壓升高,當超過容器的承受能力時(對密閉容器而言),儲罐就易破裂。如氣溫驟變,儲罐呼吸閥由于某種原因來不及開啟或開啟不夠,就易造成儲罐破壞或被吸癟。對于沒有泄壓裝置的罐區(qū)地上管道,物料輸送后不及時部分放空,當溫度升高時,也可能發(fā)生脹裂事故。另外,在火災現(xiàn)場附近的儲罐受到熱輻射的高溫作用,如不及時冷卻,也可能因膨脹破裂,增大火災的危險性。2.6聚積靜電荷性：靜電產生和聚積與物質的導電性能相關。一般而言[2.],介電常數(shù)小于10(特別是小于3.)、電阻率大于106Ω?cm的液體具有較大的帶電能力。而甲醇的介電常數(shù)為3.2..62.,電阻率為5.8×106Ω?cm,說明有一定的帶電能力。因此,甲醇在管輸和灌裝過程中能產生靜電,當靜電荷聚積到一定程度則會放電,故有著火或爆炸的危險。3.防火防爆設計：由于甲醇的物化性質以及儲存過程中潛在的火災爆炸危險性,甲醇罐區(qū)的防火防爆設計必須既要注意預防火災和爆炸的發(fā)生,也要盡量減少火災和爆炸造成的損失。為此,一般應遵循或充分考慮下述要求。3.1選址和布置：甲醇罐區(qū)的廠址選擇與布置應符合ANSI/NFPA3.0、《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》所規(guī)定的防火要求。其中的要點包括：和組別,選擇相應的電氣設備;(6)防爆電氣設備的級別和組別不應低于甲醇蒸氣混合物的級別和組別(IA級、T1組)。3.5控制甲醇蒸氣與空氣混合物的濃度：甲醇罐區(qū)發(fā)生起火爆炸的條件之一,是有濃度合適的甲醇蒸氣與空氣混合物。雖然罐區(qū)中受設備和操作條件限制,完全消除甲醇蒸氣混合物是不可能的,但是通過合理布置、減少蒸氣排放、通風、惰化和設置甲醇蒸氣濃度監(jiān)測等措施,盡量減少甲醇蒸氣與空氣混合物的存在范圍,控制混合氣濃度,使之達不到爆炸極限是完全可以做到的。3.51減少蒸氣排放：減少蒸氣排放是罐區(qū)防火防爆的關鍵。設計上應做好下列幾點:(1)選擇合適的罐型,減少“呼吸”引起的蒸氣外泄;(2.)采用密封性能良好的閥門、泵、法蘭、墊片等;(3.)設置正確的防火堤、污水收集池等。3.52通風：罐區(qū)內的建筑物(如配電、控制室等)應設有通風設施(自然或強制)。3.53惰化：向甲醇蒸氣空氣混合物中充入惰性氣體,可以減少甚至消除爆炸危險和制止火焰蔓延。當混合氣中氧含量降到一定值時,即使已著火的火焰也會熄滅,這種不能使物質燃燒的最大氧含量稱為最高允許含氧量。對于甲醇蒸氣而言,當用N2.氣惰化時,最高允許含氧濃度為10%;當用CO2.時,則為13.5%[3.]。甲醇罐區(qū)適用的惰性氣體有N2.、CO2.和煙道氣,但需注意這些惰性氣體本身的氧含量一般不得超過2.%[3.]。3.6設置阻火器：阻火器能有效地阻止外界火源進入儲罐。根據(jù)《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》規(guī)定,儲存像甲醇這種甲類易燃液體的固定頂儲罐,頂部與大氣相通的呼吸管道上必須設置阻火器,且應安裝在呼吸閥的下部。3.7管道與閥門：在甲醇罐區(qū)的管道安全設計時,工藝物料管道應符合下列基本要求:(1)采用無縫管道,管道之間除必須用法蘭或螺紋連接外,其余均應采用焊接;(2.)管道應架空或沿地面敷設。必須采用管溝敷設時,應采取措施防止物料在管溝內積聚,并在進、出罐群及建(構)筑物處密封隔離,管溝內的污水應經水封井排入污水管網;(3.)管道不得穿越與其無關的建(構)筑物的上方或地下。如必須跨越鐵路或道路,應敷設在管涵或套管內,且保持足夠的凈高度(分別為≥5m、5.5m);(4)跨越鐵路、道路或建(構)筑物的管道上不應設置閥門、法蘭、螺紋接頭和補償器等,以免漏料著火;(5)進、出儲罐的主管道根部宜設雙重閥門;(6)進、出儲罐群的主管道,在罐群的邊界處應設隔斷閥和“8”字盲板。3.8噴淋冷卻：甲醇具有較強的揮發(fā)性,甲醇罐在夏季操作時,固定頂儲罐由于“小呼吸”作用造成的甲醇蒸氣外逸損失是十分明顯的,因此,有必要設置水噴淋冷卻設施,以減少物料損失,并保證安全。3.9防止靜電與雷擊：3.91防止靜電甲醇罐區(qū)內可能引起燃燒、爆炸的靜電火源主要來自物料輸送、人員行走、穿脫衣服以及其它物體摩擦產生的靜電。因此,與罐區(qū)安全設計密切相關的則是防止和減少物料輸送產生的靜電,其主要內容包括:(1)控制物料流速：液體物料在管道中的流速越高,接近管壁處的速度梯度就越高,因而產生的靜電量也越大。(2.)控制進料方式：甲醇液體經管道進入儲罐時應設防沖擊檔板。如甲醇從頂部進入儲罐,進料管應伸至罐底部,距底不大于100mm,以減少靜電產生;(3.)防止水等雜質混入甲醇物料：由于不同物質間的相對運動要產生靜電,因此,應盡力防止水等雜質進入物料系統(tǒng);(4)管道、儲罐等的接地與跨接：靜電荷的產生并不危險,實際的危險在于電荷的積聚,一旦儲備到足夠的能量,就會放電產生火花將可燃氣體引燃引爆。故為了加速靜電荷的釋放,甲醇罐區(qū)內的管道、儲罐上的導電不連續(xù)處應采用金屬導體跨接,并進行靜電接地處理;(5)其它防靜電設施：除采取上述措施外,對大型甲醇罐區(qū),在甲醇物料管線上還可設置靜電緩和器、靜電消除器等防止和減少靜電荷積聚的設施。3.92防止雷擊：由于雷電在極短時間內放出巨大的能量,如果甲醇罐區(qū)內的易燃易爆區(qū)域遭受雷擊,就易造成火災、爆炸事故。為抑制和減少雷電的危害,應設置防雷裝置,常見的有避雷針、避雷線、避雷網、避雷帶、避雷器。針對甲醇罐區(qū)不同的儲罐型式(如固定頂、浮頂),防雷設施的設置也各異。3.10消防設施3.101可燃氣體報警及聯(lián)動系統(tǒng)在甲醇罐區(qū)內存在著大量的可燃液體甲醇,當其蒸氣在空氣中的濃度達到爆炸下限時(6.7%),遇火源就會著火甚至爆炸。因此,在易泄漏的部位(如人孔、法蘭、閥門、機泵的密封點等)通常都設置固定式可燃氣體檢測報警器,以隨時監(jiān)測泄漏情況。當甲醇蒸氣在空氣中的濃度達其爆炸下限的2.0%～2.5%時(即濃度為～1.5%),便發(fā)出聲光信號報警,以提示盡快進行排險處理;當濃度達爆炸下限的40%～50%時(即濃度為～3.%),報警的同時,應與消防水泵、噴淋冷卻水、固定滅火系統(tǒng)、進入罐區(qū)的物料閥和通訊/廣播等設施聯(lián)動。3.102滅火系統(tǒng)對于甲醇罐區(qū),主要的滅火設施有:(1)固定式雨淋噴水滅火系統(tǒng)該系統(tǒng)由水噴頭、傳動裝置、噴水管網、雨淋閥等組成。發(fā)生火災時,系統(tǒng)管道內給水是通過火災探測系統(tǒng)控制雨淋閥來實現(xiàn)的,并設有手動開啟閥門裝置。只要雨淋閥啟動后,就可在它的保護區(qū)內迅速地、大面積地噴水滅火,降溫和滅火效果十分顯著。在夏季時,該系統(tǒng)也可作為噴水降溫、減少儲罐“小呼吸”損失之用;(2.)固定式低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)該系統(tǒng)由泡沫液儲罐、泡沫比例混合器、泡沫液混合液管線、消防泵、泡沫產生器、閥門以及水源和動力源組成。對甲醇罐區(qū),應選擇液上噴射泡沫滅火系統(tǒng),且泡沫液應具有抗溶性。此外,該系統(tǒng)不宜與滅火水槍同時使用。(3.)移動式滅火系統(tǒng)在甲醇罐區(qū),應設置足夠的移動式滅火器。當發(fā)生局部小型火災時,工作人員能夠使用推車式、手提式滅火器將火災迅速撲滅。常用的滅火藥劑有二氧化碳滅火劑、干粉滅火劑、鹵代烷滅火劑等;(4)完善的消防水管網罐區(qū)內應按規(guī)范設置完善的消防水管網系統(tǒng),該系統(tǒng)包括消防水池(罐)、消防水泵、環(huán)狀管網、消防栓等。特別是消防泵應采用能在斷電等緊急情況下迅速啟動的驅動機,如柴油機。4.防火防爆設計審查：為做好安全可靠和經濟合理的設計,在防火防爆設計工作以及對防火防爆設計的檢查和審核中,都應根據(jù)甲醇儲存過程和設備的火災爆炸危險性,以及發(fā)生著火爆炸危險的各種條件逐項進行分析、研究,建立可靠的防火防爆安全防護體系,確保罐區(qū)安全運行。甲醇罐區(qū)的防火防爆設計檢查和審核的依據(jù)是相應的標準和規(guī)范,包括ANSI/NFPA3.0、《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》、《建筑設計防火規(guī)范》、《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》?，F(xiàn)將其項目及要點歸納如下。4.1罐區(qū)規(guī)劃：(1)廠址及總平面布置(2.)安全距離及道路(3.)建(構)筑物及附屬設備：①耐火等級與結構;②建造材料;③排水、排氣及其它;④安全標識。(4)滅火設施①滅火劑的選用;②消防水及滅火劑的用量;③滅火設施的配置。(風險世界網-RiskMW.com專業(yè)研究安全風險管理,安全員的門戶網站!)4.2過程/設備設計：(1)泵的配置與密封方式(2.)罐型與單罐容積(3.)甲醇流速與進料方式(4)管道、閥門的型式、位置、連接