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摘要分析了石油化工企业在正常生产储运中和事故情况下,因排放可燃气体或蒸气可能带来的火灾爆炸危险,从火炬系统、放空管两个方面具体阐述了在工艺上和设计上安全排放应采取的防火防爆安全技术措施。
关键词火炬;放空管;安全排放;防火防爆
石油化工生产的工艺装置和设备、储存运输设备,常常需要排放可燃气体或蒸气,为了确保排放安全,防止火灾爆炸事故的发生,排放设施必须从工艺上和设计上采取相应的安全措施。
排放设施的功能(安全管理交流-)
排放设施按其功能分为两种:一种是正常情况下排放,如生产装置开车时,工艺设备吹扫时和停车检修时,需将设备内的废气、废液排空;化工产品的储存区和装卸区,为保证系统在工艺上和安全上的需要,把可燃蒸气和气体排人大气。另一种是事故情况下排放,当反应物料发生剧烈反应,采取加强冷却,减少投料等措施难以奏效,不能防止反应设备超压超温、暴聚、分解爆炸事故,应将设备内物料及时排放,防止事故扩大;或紧急情况下安全阀、爆破片动作泄压;或火灾时,为了安全,将危险区域的易燃物料放空。甲、乙、丙类的设备均应有这些事故紧急排放设施。
排放设施
可燃气体或蒸气的排放系统可以利用专门的设施,或利用通常的工艺管线和容器进行排放。大型的石油化工生产都是通过火炬排放易燃易爆的气体,可燃气体、蒸汽或有毒气体经分离罐进行分离处理,捕集下来的液滴或污液进行回收或经地下排污管排至安全地点,其气态物经防止回火的密封罐后导入火炬系统,焚烧后排放到大气中。火炬系统包括将气体送至火炬的管线、火炬管(火炬筒)、燃料气管道、惰性气体管道、火炬点火、控制及信号装置等。
绝大多数中小型企业很少设置专用火炬进行排放,而是将易燃易爆无毒的气体通过放空管(排气筒)直接排入大气,一般放空管安装在化学反应器、储运容器等设备上。
可燃气体和蒸气排放的火灾危险性分析
火炬系统的火灾危险性分析
形成爆炸性气体混合物
火炬系统存在着外部空气通过火炬头末端的敞口、管道和管件上的不严密处漏入系统中,或系统中没有余压使空气吸入,或生产装置中含有助燃气体的介质排放入火炬系统,造成火炬系统爆炸的可能性。
火炬系统中某一部位发生泄漏,可燃气或蒸气扩散到空气中形成爆炸性气体混合物,遇点火源发生爆燃或爆炸。如管道或设备的低处积聚了大量冷凝液而引起管道中的水力冲击而破裂,或积水冻结使管道破裂,或瞬时排入大量气体时管道受到冲击而破裂等。
形成危险物质
同时向火炬系统排放性质相抵触的能反应生成敏感性爆炸物质,或能形成易爆气体混合物和聚合物等危险性物质,有的能立即发生燃烧或爆炸反应,有的已达到爆炸极限范围,还有的如聚合物可以沉积在管道、火炬内壁,严重时能堵塞火炬系统,某些聚合物还可发生受热自燃。
堵塞发生危险
火炬系统的管线发生堵塞,造成超压是促使火炬系统爆炸的又一危险,造成堵塞的原因几乎大都是由于结冰或油的凝固。一般在严寒的气候条件下,最容易造成冰的堵塞,特别是在有水蒸气进入管线的情况下。火炬管线的重质油品堵塞在严寒气候之中也多有发生。
产生辐射热
当大量可燃气体在火炬中燃烧,尤其是在工业设备紧急排放可燃气体时,由于火炬产生辐射热的作用,使厂区或火炬邻域范围内潜在较大的火灾危险性。一些危险设备,尤其是处于火炬影响区域内装有可燃和易挥发液体和气体的储罐和管道,由于热辐射和器壁表面温度的升高,也会使设备中物料加热到危险状态。
具有火花危险
当排放的可燃气体或蒸气在火炬中燃烧时,若火炬管或火炬喷头设计不当,或喷出的气体流速控制不当,会发生回火,或使火焰脱离火炬产生飞火。液体从火炬带出会下“火雨”,而存在火灾危险。
放空管的火灾危险性分析
可燃气体或蒸气直接通过放空管排放,最大危险是在排放管的邻近区域内形成爆炸性气体混合物,遇点火源便会导致火灾或爆炸。尤其是当排放比空气重的可燃气体或蒸气时,排放的气体会很快沉降到地面上,在地面上形成爆炸性气体混合物。
安全排放的技术措施
火炬系统的安全排放措施
火炬的安全布置
全厂性火炬,应布置在工艺生产装置、易燃和可燃液体与液化石油气等可燃气体的贮罐区、装卸区,以及全厂性重要辅助生产设施及人员集中场所全年最小频率风向上风侧。火炬与甲、乙、丙类工艺装置,隔油池,天然气等石油气压缩机房,液化石油气等可燃气体罐区和灌装站,油品罐区,仓库,以及其他全厂性重要设施等的防火间距,应符合《石油化工企业设计防火规范》的要求。距火炬筒30m范围内严禁可燃气体放空。
火炬的高度符合要求
火炬的高度依据顶端火焰的辐射热对地面上人员的热影响,或大风时火焰长度及倾斜度对邻近构筑物及生产装置的热影响确定,应使火焰的辐射热不致影响人身及设备的安全。
保证火炬的排放能力
火炬的排放能力应根据正常运转时,停车大检修时,全停电或部分停电时,仪器、设备故障或发生火灾时等可能出现的排放量中最大可能的排出气量为准。必须保证火炬燃烧嘴具有能处理其中最大的气体排放量的能力。
保证排出气体处理质量
火炬具有净化、排放并使可燃性气态物质燃烧而消除可燃性的作用。当火焰脱离火炬和熄灭时,会有大量的有毒和可燃气体进入大气,火炬的顶部应设常明灯或其他可靠的点火设施。
火炬燃烧嘴是关系到排出气体处理质量的重要部件,要求其喷出的气流速度要适中,一般控制在音速的1/5左右,即不能吹灭火焰,也不可将火焰吹飞。
严格安全操作
火炬系统必须制定完善的安全操作规程,并由工程技术人员负责操作控制。火炬装置的各组成部分,应由岗位责任人负责操作控制。规程中要明确规定各排放源的最大允许排放量和火炬系统中各操作岗位的控制指标和设备管理规定。
为了防止空气进入火炬系统,应尽量减少管线敞开的时间及开口的大小和数量。对于空气有进入火炬系统可能的操作,如开工时进行工艺设备清扫时,应将容器直接向大气放空而不向火炬排放,直到空气被排完。对于有可能出现蒸汽冷凝使系统产生真空而使空气从开口吸人的场合,应设法避免吹扫设备的蒸汽进入火炬系统。正常操作下的火炬系统中,废气的流量极小且有波动,火焰会忽长忽短,有时还会发生回火或者发生熄灭,当气体平均流量过低时,考虑补充一些吹扫气体,使火炬火焰保持稳定。
注意火炬检修安全
不允许在火炬装置运行时拆卸系统。当火炬系统被隔断和清除气体时,在空气可能进入之前,应熄灭火炬头的引燃源,用蒸汽或惰性气体对设备和管道进行彻底的吹扫,排出可燃气体,以免进入空气并形成爆炸性混合物。特别对于含有硫化氢的放空气体,因为析出的自燃性硫化铁与空气接触后会成为一个引燃源,当氨气与硫化氢同时存在的条件下,生成自燃性混合物的可能性最大,特别是存在有微量水分的情况下更为显著。
防止火炬系统堵塞
火炬管线敷设时应有一定坡度,在有水进入系统时(如与火炬相连设备的水洗或蒸汽清扫),必须将水或蒸汽赶净;冬季要经常检查水封是否结冰,如出现结冰可采取加热方法溶化之。
避免火炬与粘度很高的油品设备连接;必须连接时,应采取措施以减少重质油品进入火炬管线的危险性,如可采用隔离设施、火炬系统用蒸汽加以伴热等。还应注意火炬管线的任一阀门或盲板,避免疏忽所造成的人为堵塞。通常在阀门上安装链条和挂锁,并且定期检查,在检查记录上注明阀门的开启状态。
设置自动控制系统和安全装置
在中央控制室内应安装具有气体排放、输送和燃烧等的参数控制仪表和信号显示装置主要参数应以极限值信号装置的调节仪表来控制,如送往火炬喷头的可燃气体和辅助燃气的流量低于计算流量的信号,火炬喷头火焰熄灭的信号,高限排放量的信号等。
为了防止排出的气体带液,可燃气体放空管道在接入火炬前,应设置分液器。为了防止火焰和空气倒人火炬筒,在火炬筒上部安装防回火装置。为及时发现空气倒人火炬系统的情况,须设置火炬管内出现真空的信号装置,并能随即进行联锁,以改变吹洗可燃气体和惰性气体的供给量。为了防
止气体通过液封时产生水力冲击或发生泄漏,应该在分离器、液封和冷凝液受槽上,安装最高和最低液位的信号装置。为更好地提高火炬装置的耐爆性,还可在排放气体的管道上安装气体的最低余压和流速的自动调节系统。为保证气体的无烟燃烧,应设有自动调节送至火炬喷头的可燃气和蒸汽比例的调节器。当排放气中含有乙炔、存在爆炸分解危险时,在火炬筒的人口前,应设置拉西环填料的塔式阻火器。
放空管的安装要求
放空管一般应安设在设备或容器的顶部,室内设备安设的放空管应引出室外,其管口要高于附近有人操作的最高设备2m以上。
此外,连续排放的放空管口,;间歇排放的放空管口,;平台或建筑物应与放空管垂直面呈
45°角,如图1所示。
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防止排出气体达到爆炸浓度石油化工生产过程中存在各种火源,如明火、电火花、静电火花等,要完全消除放空排
放的可燃气扩散区域内可能存在的引火源实际上是不可能的。因此,必须消除使排放气体扩散至地面和随之与空气形成具有爆炸浓度混合物的条件。
根据排放气体的火灾危险性、最大排放量、扩散条件和距可能存在的点火源距离,确定放空管的直径、高度和设定位置,以保证排放的气体在大气中较快地消散,不致使可燃气体“云”扩散到地面被点火源所引燃。
保证必要的排放能力放空管的设计必须具有足够的排放能力,以保证在事故发生之前能够及时通过放空管线
将可燃气体和蒸气排放掉。为此,事故放空所需的时间应小于事故放空允许时间。
采取分散排放的措施
排放的可燃气体量越大,形成爆炸性蒸气云的几率和在大气中的爆炸力就越大,因此在现代化的、单机容量很大的生产装置中,必须采取分散气体排放源的措施。例如,可以考虑通过许多排气管直接将气体或蒸气排往大气,排气管相互间要有足够的距离,以避免排出物汇集成气云。如果不可能分散安装放空管,则应将排出口设在不同的高度上。
严禁将混合后可能发生化学反应并形成爆炸性混合气体的几种气体混合排放。
设置安全装置
排放后可能立即燃烧的可燃气体,应经冷却装置冷却后接至放空设施。放空管上应安装阻火器或其他限制火焰的设备,以防止气体在管道出口处着火,并使火焰扩散到工艺装置中去。
由于紧急放空管和安全阀放空管口均装于高出建筑物顶部,且排放易燃易爆介质,其冲出气柱较高,容易遭受雷击,因此放空管口应处在防雷保护范围内。当放空气体流速较快时,为防止因静电放电引起事故,放空管应有良好的接地。有条件时,可在放空管的下部连接氮气或水蒸气管线,以便稀释排放的可燃气体或蒸气,或防止雷击着火和静电着火。
防止大气污染
为了防止火灾危险和有害人身健康的大气污染,事故放空大量可燃有毒气体及蒸气时均须排放至火炬燃烧。排放可能携带腐蚀性液滴的可燃气体,应经过气液分离器分离后,接人通往火炬的管线,不得在装置附近未经燃烧直接放空。
(作者系河北廊坊武警学院、河南郑州经济管理干部学院、河北廊坊武警学院摘自:《化工安全与环境》)