2. 天然氣火災爆炸危險性特征天然氣及其處理過程產品均為易燃、易爆物質,只要存在空氣(或氧氣)等助燃物及火源,就可燃燒甚至爆炸。
天然氣處理過程一旦發生火災爆炸事故,不僅直接損失巨大,而且對周圍環境和公共安全構成嚴重威脅,危害程度極大。設計不合理、施工質量、外力破壞、違章作業、設備和設施質量、腐蝕等原因,都可能引起設備、機械、管線、閥門、儀器儀表等出現泄漏。泄漏的天然氣及其凝液等遇雷擊火、電氣或靜電火花、機動車排煙噴火、明火或其他散發火時,將會引發火災事故。如果氣體濃度達到爆炸極限,還將發生爆炸事故。
天然氣處理過程中存在的導致火災爆炸的因素主要如下;
(1)管線和壓力容器破裂、泄漏引發火災爆炸。
天然氣處理過程中的管線和壓力容器,在運行時可能因竄氣、超壓、腐蝕、選材不當和制造缺陷等導致破裂和泄漏,如遇火源即可發生火災爆炸。
(2)靜電火花引起火災爆炸。
火災爆炸是靜電火花引發的最為嚴重的危害。靜電電量雖然不大,但因其電壓很高而容易發生火花放電。如果所在場所存在天然氣與空氣形成的爆炸性混合物,即可由靜電火花引起火災爆炸。當帶靜電的人體接近接地體,或接地體的人體接近帶靜電物體時,都可能發生放電火花,引發火災爆炸。
(3)電氣設備開關電火花引起火災爆炸。
電氣設備高電壓火花放電、短時間的弧光放電、接觸點上微小火花放電等都是引發火災爆炸的火源。
(4)點火、熄火和回火引起爆炸。
加熱爐點火前未徹底吹掃,或因點火工具不可靠以及直接利用爐膛高溫引燃燃料氣可能引起點火爆炸;緊急停電及燃料氣系統波動,可能引起熄火爆炸;硫磺回收裝置反應爐(燃燒爐)回火可能引起酸氣系統回火爆炸;火炬系統回火可能引起放空系統爆炸。
(5)動火作業引起火災爆炸。
在廠區或裝置區有天然氣存在的區域進行動火作業時,特別是在對介質為天然氣或其凝液的設備、管線進行焊割施工時,當置換不徹底或有關閥門未關死、周圍存在有泄漏的天然氣,以及其他區域的天然氣竄入焊割施工的動火區等,極易引發火災爆炸。
(6)硫化鐵自燃引發火災爆炸。
鋼材中的鐵元素可與天然氣中的H2S反應生成極易自燃的硫化鐵(或硫化亞鐵)。硫化鐵的自燃屬于自熱氧化自燃類型,即在常溫下發生氧化反應產生的熱量,如不及時散發掉,則將聚積起來使堆積的硫化鐵溫度上升,達到其自燃點以上,就會劇烈燃燒,并引燃周圍易燃、易爆物質發生火災甚至爆炸事故。
(7)碰撞和摩擦火花引起火災爆炸。
在天然氣處理過程中,有時會因金屬物體與金屬物體之間碰撞摩擦產生火花,導致火災爆炸。
3. 天然氣火災爆炸事故防護天然氣的主要組分甲烷屬于易燃易爆氣體,甲B類火災危險性,爆炸極限為5.3%~15%(體積分數),最小點火能僅為0.28mJ,燃燒速度快,燃燒熱值高(889.5kJ/mol,或33440kJ/m3),對空氣的相對密度為0.55,擴散系數為0.196,極易燃燒、爆炸,且擴散能力強,火勢蔓延迅速。
因此,設備和管線中的天然氣一旦出現泄漏并遇火源,火災爆炸將會同時發生,火焰傳播速度將達到1000~4000m/s,局部爆燃壓力可達8MPa,甚至更高,因而破壞力很強,事故通常難以控制和施救。所以,天然氣處理過程中最嚴重的危險是火災和爆炸,它會出現在每一處天然氣可能泄漏的區域;其次的危險是壓力容器的物理爆炸。
由此可知,預防天然氣火災爆炸事故發生的關鍵是清除火源和防止形成爆炸性混合物。
4.處置天然氣火災的應急反應措施為了確保天然氣處理裝置安全可靠運行,必須從設計、施工、投產試運、日常運行管理及維修等各個環節切實抓好安全工作,嚴格遵守有關安全規范和安全管理規定。
(1)設計控制
實踐證明,確保工程設計質量是控制事故的關鍵環節。為此:①嚴格遵循國家、行業標準和規范進行設計,保證設計質量;②采用技術先進、經濟合理、成熟可靠、節能環保的工藝:技術、設備、材料;③設計中應考慮設置火災及氣體檢測系統(FGS)、電視安全監視系統以及獨立的安全儀表系統(SIS),后者即緊急停車(ESD)和安全聯鎖系統,其中,安全儀表系統系完成異常工況或重大事故狀況時安全聯鎖保護,并實現全廠、某一裝置或設備的緊急停車,火災及氣體監測系統完成全廠可燃氣體泄漏和火災監測,在中心控制室實現集中報警,并向安全儀表系統或自動消防滅火系統發送聯鎖保護信號;④自行設計的容器材質應正確合理,并有明確的制造、檢驗和驗收要求,以確保設備制造質量;⑤外購設備、機械應有技術規格書,對其設計參數、制造標準、承擔責任、供貨范圍、技術指標、監造驗收等提出明確要求;⑥按照國家安全生產監督管理總局有關天然氣處理廠建設項目初步設計《安全設施設計專篇》的要求編寫《安全設施設計專篇》。
(2)施工控制
施工中應通過以下幾方面控制質量:①嚴格按照國家、行業標準和規定施工,確保工程建設優質、高效和安全;②選擇施工經驗、組織管理能力強、技術水平高的施工單位施工;③建立質量目標,健全質量管理體系,切實執行設計文件,確保施工全過程始終在規定的技術標準和要求下控制;④采用質量可靠、性能穩定的設備、材料,認真進行檢驗、驗收及建立質量檔案;⑤嚴格按照技術要求在容器制造過程進行監造、檢驗及驗收;⑥通過階段驗收、竣工驗收、技術資料整理、文件檔案建立實現施工事后質量控制。
(3)生產管理
安全為了生產,生產必須安全。為此應該做到:①強化安全管理,建立健全各項規章制度和消防組織,管理和作業人員要經過嚴格的崗位安全培訓,并經考試方可持證上崗;②切實做好生產過程的巡查、維護和檢修工作;③對于火災爆炸等危險危害事故必須制定科學、合理而且針對性強的應急預案,并認真做好事故應急預案的演練工作;④嚴格執行用火管理規定和要求。
(1)發現——快速認定天然氣泄漏的源點、范圍和起火的可能性是至關重要的;
(2)設備停運——為防止天然氣泄漏進一步擴大,天然氣設備的停運隔離是必要的,停運程序還應包括事故區域的隔離和人員的撤離,停運和控制天然氣泄漏必須同時進行;
(3)控制——天然氣釋放和火災控制,需要最大程度地減少人員傷亡和財產損失,最好的控制方法是把要釋放的天然氣,導向不易起火和不易引發人員傷害的區域;
(4)火災撲救——救火首要的目標是阻止火勢的蔓延,滅火人員應著防火保護服,救火設備應包括干粉滅火器和二氧化碳滅火器和自動滅火系統。
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