工藝措施在化工裝置災害事故應急處置中的應用

王桂春(鎮(zhèn)江市消防救援支隊，江蘇 鎮(zhèn)江 212028)

0 引言

化工裝置發(fā)生災害事故，堅持“工藝處置措施與消防技戰(zhàn)術措施相結合”是一條重要處置原則。工藝處置措施是指利用化工裝置自身的設計和設備來控制以及處置化工裝置災害事故的技術手段。工藝措施在處置化工裝置災害事故時，往往會起到關鍵性作用，運用和操作得當，可以為后續(xù)災害事故處置贏得先機，甚至能直接成功處置災害事故。化工裝置的復雜性和多樣性決定了工藝處置措施的復雜性和多樣性，常見的化工裝置工藝處置措施主要有：緊急停車、關閥斷料、泄壓排爆、倒料輸轉(zhuǎn)、攪拌滅火、氮氣惰化、參數(shù)控制、切斷外排等等。

1 常見工藝處置措施

1.1 緊急停車

緊急停車是指化工裝置在正常運行過程中，突然因操作失誤、設備故障或工藝條件惡化等不可預見的情況，無法保持正常生產(chǎn)而造成的非計劃性緊急停止運行[1]。緊急停車作為一種工藝處置措施一般是通過緊急停車系統(tǒng)(emergency shutdown device，ESD)來實施和實現(xiàn)的。ESD 通過對化工生產(chǎn)裝置在運行過程中可能發(fā)生的危險或若不采取有效措施將繼續(xù)惡化的狀態(tài)進行應急響應和安全保護，使全部或局部化工生產(chǎn)裝置進入到預設的安全停車工況，從而使危險盡可能降到最低程度，以保證人員和設備的安全。

1.1.1 實施方法

在化工生產(chǎn)裝置中，有一種用于對生產(chǎn)過程進行全程動態(tài)監(jiān)控、使生產(chǎn)裝置在預設參數(shù)下平穩(wěn)運行的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)。ESD 通過對生產(chǎn)過程中的關鍵參數(shù)及工作狀況進行連續(xù)監(jiān)測，當監(jiān)測到的過程變量超過預設安全限定參數(shù)時，ESD 立即取代生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)進行自動操作，按照預設的安全邏輯順序進行動作，將生產(chǎn)過程設置成安全的工作狀態(tài)，把發(fā)生安全事故的可能降到最低程度。部分自動化程度較高的化工生產(chǎn)裝置，在生產(chǎn)現(xiàn)場設有緊急停車按鍵，當緊急情況發(fā)生后，現(xiàn)場操作員可以在第一時間按下此按鍵實現(xiàn)緊急停車。

1.1.2 注意事項

(1)發(fā)生爆炸、著火、大量物料泄漏等事故，發(fā)生緊急停車，應首先切斷物料源；

(2)出現(xiàn)緊急停車，現(xiàn)場人員應立即停止作業(yè)，迅速撤離現(xiàn)場；

(3)出現(xiàn)緊急停車，生產(chǎn)裝備降壓降溫必須符合幅度要求，按先高壓后低壓的順序進行。

1.2 關閥斷料

化工裝置災害事故現(xiàn)場，如果發(fā)生化學品泄漏，要控制或減少危害，關鍵是及時尋找泄漏源頭，設法關閉閥門，控制泄漏總量，直至泄漏徹底停止，危害徹底消除。

1.2.1 實施方法

化工裝置發(fā)生泄漏的關閥斷料，一般分兩步實施：一是查明情況，主要查明泄漏化學品的種類、部位、泄漏量、泄漏源頭，查明距離泄漏點最近且又能控制泄漏的閥門的位置、類型、編號、周圍情況及關閥路徑，查明現(xiàn)場有無爆炸和著火等危險情況；二是組織關閥，一般由消防救援隊伍派出精干力量和事故單位熟悉情況的技術人員組成關閥小組，制定關閥方案，加強個人防護，在噴霧水或泡沫掩護下實施關閥[2]。

1.2.2 注意事項

(1)注意工藝流程要求。要考慮關閉閥門后是否會造成前道工序的設備出現(xiàn)超溫超壓，進而發(fā)生爆炸等危險；要考慮關閉閥門后，設備壓力是否會由正轉(zhuǎn)負、是否可能導致加熱設備溫度失去控制；要考慮關閥斷料與主動緊急停車同時實施。

(2)注意實施保護措施。若閥門周圍泄漏化學品已起火燃燒，要先撲滅火勢，若不宜撲滅火勢或情況緊急來不及撲滅火勢，可組織水槍控制火勢，確保關閥行動安全；若閥門周圍泄漏物質(zhì)濃度較大時，可先用水槍出噴霧水驅(qū)散稀釋；若閥門處溫度較高時，要先用水槍出水予以冷卻降溫。

(3)注意關閥斷料順序。泄漏點處應先關閉進料閥門再關閉出料閥門。泄漏處的閥門關閉后，還要盡量將前道工序設備的進出閥門關閉，防止出現(xiàn)物料倒流。總體來說：先進料，后出料；先上游，后下游；先外圍，后局部；先主線，后副線；先重點，后輔助；先斷料，后抑制。

1.3 泄壓排爆

泄壓排爆是指化工裝置出現(xiàn)系統(tǒng)超壓時，打開緊急放空管線，將超壓氣體排入火炬管線或在災害現(xiàn)場直接排放泄壓，防止設備或系統(tǒng)超壓爆炸的一種工藝處置措施。

1.3.1 實施方法

當化工裝置壓力容器因受熱或其他原因?qū)е聝?nèi)部壓力急劇升高，或因系統(tǒng)工藝參數(shù)變化較大、壓力和溫度提升較快時，通過與設備相連的火炬放空總管，將部分或全部物料主動點燃形成穩(wěn)定燃燒或直接排放，防止爆炸發(fā)生。火炬放空可以采用遠程自動點火、遠程手動點火或就地手動點火等3 種方式。

1.3.2 注意事項

(1)當化工裝置災害事故現(xiàn)場需要排放大量可燃有毒氣體及蒸氣時，不得直接排放到大氣中，應排放到火炬系統(tǒng)燃燒處理；

(2)如果經(jīng)過多次點火仍不能成功，應馬上停止點火，及時組織技術人員排查原因，不得反復點火，否則存在爆炸危險；

(3)泄壓排爆或火炬放空應由熟悉工藝流程的技術人員或?qū)ｉT操作人員操作，否則容易發(fā)生危險。

1.4 倒料輸轉(zhuǎn)

倒料輸轉(zhuǎn)是指通過倒罐等方法把化工生產(chǎn)裝置中儲罐、反應釜等容器里的物料轉(zhuǎn)移出去，以減輕災害事故現(xiàn)場危險的處置行為。它是處置化工裝置災害事故的有效手段，對控制險情、清除隱患、加快處置速度和降低事故損失起著重要作用。

1.4.1 實施方法

(1)利用壓力差倒罐。不同設備壓力和液位有較大差距時，可以利用此壓力和液位差，將泄漏處容器中的物料轉(zhuǎn)移到相鄰容器中去；或先將相鄰容器內(nèi)的物料輸轉(zhuǎn)出去，再將泄漏處容器內(nèi)物料輸轉(zhuǎn)至相鄰容器[2]。

(2)利用輸轉(zhuǎn)泵倒罐。若泄漏處容器與鄰近容器沒有壓力差或連接管道損壞無法直接倒罐，可以利用輸轉(zhuǎn)泵將泄漏處容器內(nèi)物料輸轉(zhuǎn)至鄰近容器、危化品槽罐車或其他安全的地方[2]。

(3)對冷凝狀氣體或黏稠狀液體，具備條件時，可采取氮氣或蒸汽吹掃，一方面減少泄漏設備內(nèi)物料殘余量，另一方面可以加快輸轉(zhuǎn)速度。

1.4.2 注意事項

(1)設定現(xiàn)場警戒。要根據(jù)泄漏物質(zhì)、現(xiàn)場風向，劃定三級警戒區(qū)域，輸轉(zhuǎn)作業(yè)要在上風或上側風方向進行。

(2)選擇合適輸轉(zhuǎn)泵。如果災害現(xiàn)場泄漏的是易燃易爆化學品，采用輸轉(zhuǎn)泵輸轉(zhuǎn)時，要采用防爆輸轉(zhuǎn)泵。

(3)實施現(xiàn)場監(jiān)護。要對現(xiàn)場進行實時監(jiān)測，防止輸轉(zhuǎn)過程中發(fā)生二次泄漏；要安排噴霧水槍實時監(jiān)護倒料輸轉(zhuǎn)行動。

(4)控制輸轉(zhuǎn)速度。輸出設備內(nèi)的壓力正常情況下不應低于0.l MPa。條件允許，可向輸出設備內(nèi)輸入氮氣或水蒸氣，防止形成負壓。

1.5 攪拌滅火

當化工生產(chǎn)裝置儲罐或容器內(nèi)液體著火，并處于燃燒初期或溫度不高時，可從儲罐或容器底部輸入一定量的相同冷液或冷水(要確定液體遇水不發(fā)生化學反應)。也可輸入惰性氣體，使儲罐或容器內(nèi)的燃燒液體充分攪動，通過下層低溫液體與上層高溫液體之間的熱傳導，使液體整體溫度下降，直至火災熄滅或再使用滅火劑滅火。

1.5.1 實施方法

攪拌滅火一般分為兩步：一是傳輸物料；二是攪拌物料。攪拌物料應通過儲罐或容器內(nèi)的攪拌系統(tǒng)實施。在實施攪拌滅火前，應檢查化工裝置攪拌系統(tǒng)是否好用，否則不能進行攪拌滅火。

1.5.2 注意事項

(1)攪拌滅火只適用于儲量較大且閃點較高的液體儲罐和容器火災。若儲存量較少或液體閃點較低，則不可使用。

(2) 要計算好需要輸入冷液或冷水的數(shù)量和時間，防止超量造成溢流。在輸入時，必須同步做好其他滅火準備。

(3)實施攪拌滅火，應同步冷卻儲罐或容器外壁，內(nèi)外同時降溫，防止儲罐或容器變形爆炸，同時加快滅火速度。

1.6 氮氣惰化

氮氣惰化是指利用化工裝置設有的氮氣管道，向封閉的系統(tǒng)管道和著火設備內(nèi)通入氮氣窒息滅火的工藝措施。條件合適時，氮氣可以用水蒸氣代替。

1.6.1 實施方法

首先要檢查系統(tǒng)各部件是否正常運轉(zhuǎn)；其次主要是緩慢打開氮氣惰化管道閥門，將氮氣輸送到著火部位的生產(chǎn)裝置設備內(nèi)，待火勢熄滅后，關閉閥門。

1.6.2 注意事項

(1)確保氮氣源純度高且保持干燥，避免帶入雜質(zhì)影響滅火效率；

(2)操作過程中，要注意氮氣惰化系統(tǒng)相關閥門的打開順序，避免誤操作造成泄漏及污染。

1.7 參數(shù)控制

參數(shù)控制就是對發(fā)生災害事故后受破壞較小、系統(tǒng)比較完整的化工裝置，通過對系統(tǒng)參數(shù)進行調(diào)節(jié)，達到控制系統(tǒng)反應程度，使火勢逐漸減小直至熄滅的措施。

1.7.1 實施方法

參數(shù)控制主要分為控制流量參數(shù)、控制溫度參數(shù)和控制壓力參數(shù)3 種方法：控制流量，即對化工生產(chǎn)裝置管道閥門進行調(diào)節(jié)或關閉，達到可以使火災逐漸熄滅所需的物料流量；控制溫度，即對化工生產(chǎn)裝置進行操作使著火部位溫度得以提升或降低，直至達到所需的控制溫度；控制壓力，即調(diào)節(jié)化工生產(chǎn)裝置相關閥門，以達到系統(tǒng)所需的控制壓力。

1.7.2 注意事項

參數(shù)控制對化工裝置的設計與維護要求較高，并且僅適用于發(fā)生險情后還能保持比較完整的化工裝置。

1.8 切斷外排

化工裝置發(fā)生災害事故，一時難以控制，應考慮對事故區(qū)域排水系統(tǒng)、排污系統(tǒng)、電纜溝槽、物料管溝實施封堵，切斷泄漏物料和滅火廢水外排。

1.8.1 實施方法

若能在化工裝置災害事故發(fā)生時實施切斷外排措施，前提是化工裝置生產(chǎn)區(qū)域甚至是全廠區(qū)域要建立內(nèi)外環(huán)保應急隔離系統(tǒng)，對內(nèi)部雨水和污水能做到分流，設置獨立的雨水、污水排放口，分別在排放口末端設置閘門，并在閘門附近設置排水泵或其他排水設備。實施切斷外排，首先要將雨水和污水排放口閘門分別關緊，并啟動排水泵或其他設備將管網(wǎng)中的廢水抽送至企業(yè)污水處理站、應急事故池或雨水收集池。

1.8.2 注意事項

(1)企業(yè)污水處理站、應急事故池或雨水收集池應能容納可能出現(xiàn)的液體體積之和，通常包含化工裝置泄漏出的液體量、事故延續(xù)時間內(nèi)消防救援用水量、雨水和污水管道內(nèi)自帶液體量及事故處置期間可能出現(xiàn)的雨水量；

(2) 若雨水、污水管道沒有設置可開閉的閘門，那就應設置事故發(fā)生時可迅速切斷廢水外排的物資，比如沙土、沙袋等，并制定能將廢水導入儲存設施的預案；

(3)事故中泄漏物質(zhì)若為揮發(fā)性有害物質(zhì)，則還應提前制定相應的安全應對措施。

2 工藝處置措施應用層次分析

除上述介紹的常見8 種化工生產(chǎn)裝置災害事故工藝處置措施外，實際工作中還有一些其他工藝處置措施。那么在處置化工生產(chǎn)裝置災害事故時，如何選擇工藝處置措施？這需要對上述工藝處置措施進行比較、判斷、評估，最后做出決策。這個過程中，各種因素的影響和可能造成的后果很難量化，從而給決策造成困難。可以借助層次分析法[3](analytic hierarchy process，AHP)得出化工裝置災害事故處置工藝措施應用選擇的一般規(guī)律。

2.1 緊急停車為首選項

事故即將發(fā)生或發(fā)生后，采取緊急停車，可以對化工生產(chǎn)裝備可能發(fā)生的險情或不采取措施將進一步惡化的狀況進行響應和保護，從而使危害程度降低到最低限度，以保證人員、設備及周邊設施的安全。

2.2 關閥斷料和泄壓排爆為次選項

實施關閥斷料和泄壓排爆可以切斷物料來源、防止超壓爆炸，能從根本上控制事故態(tài)勢，最大程度降低事故損失，為事故成功處置創(chuàng)造先決條件。

2.3 倒料輸轉(zhuǎn)和氮氣惰化為第三層次選項

實施倒料輸轉(zhuǎn)和氮氣惰化是僅次于關閥斷料和泄壓排爆的隔離物料和降低物料濃度的方法，但是它受系統(tǒng)設計和維護程度、發(fā)生事故后裝置完好程度和事故現(xiàn)場環(huán)境等因素影響較大，有可能無法實施、不能在第一時間實施或者實施的危險性較大。所以，需要優(yōu)先考慮實施首選項和次選項，在首選項和次選項無法實施的情況再考慮實施這兩項措施。

2.4 攪拌滅火和參數(shù)控制為第四層次選項

攪拌滅火時要注意攪拌速度，若攪拌過快，則物料會產(chǎn)生一定熱量，對閃點較低的物料來說可能會加劇燃燒，或是輸入過量物料，也會導致火勢擴大[4]。實施參數(shù)控制時，要嚴格注意參數(shù)控制操作的精確性，若參數(shù)控制失誤，反而會延誤事故處置時間，導致火勢蔓延擴大。所以，攪拌滅火和參數(shù)控制作為工藝滅火方法要謹慎選擇。

2.5 切斷外排是必選項

只要化工裝置發(fā)生有毒有害危化品泄漏或者有災害事故處置用水流入雨水或污水管網(wǎng)，都要采取切斷外排措施，一方面是防止災害事故擴大，另一方面也是防止污染和保護環(huán)境需要。

3 工藝處置措施滅火應用案例

3.1 某石化烯烴廠泵站管線火災處置案例

2017 年3 月30 日，某石化烯烴廠烯烴儲罐區(qū)輸送泵站突然爆炸起火。事故裝置為乙烯裝置，裝置內(nèi)共有13 個全壓力球型儲罐，分別存有乙烯、丙烯、碳四等易燃易爆物質(zhì)，泄漏后氣體體積急劇膨脹，且不易擴散，極易沉積形成爆炸性混合氣體，一旦冷卻不到位或處置不當，易引發(fā)連鎖反應，造成災難性事故[5]。經(jīng)過消防員3 個多小時艱苦鏖戰(zhàn)，大火被成功撲滅，事故未造成人員傷亡和次生災害。此次事故處置分為初戰(zhàn)布控、冷卻抑爆、工藝處置、收殘監(jiān)護4 個階段。工藝處置在此次事故處置中發(fā)揮了重要作用，此次事故處置一共運用了三種工藝處置措施：一是關閉所有罐區(qū)進出料液相、氣相閥門，實施緊急停車；二是點燃火炬系統(tǒng)，降低全廠生產(chǎn)性負荷；三是及時啟動氮氣吹掃系統(tǒng)，加快物料排出，防止儲罐及管道中殘留物料再次引發(fā)燃燒爆炸。

3.2 某公司雙氧水生產(chǎn)裝置爆炸事故處置案例

2021 年10 月14 日，某公司發(fā)生爆炸泄漏事故。爆炸部位為凈化塔，爆炸后引發(fā)燃燒，燃燒主要物料為重芳烴和雙氧水。發(fā)生事故的雙氧水生產(chǎn)裝置的主要原輔材料為氫氣、磷酸、重芳烴、碳酸鉀、活性氧化鋁、磷酸三辛酯、四丁基脲等化學物品。在此次事故處置初期、中期和后期都運用了工藝處置措施：處置初期，消防員組織企業(yè)對生產(chǎn)裝置區(qū)的雨排和化污系統(tǒng)進行封堵，切斷滅火廢水外排。處置中期，第一時間確認緊急停車、關閥斷料等工藝處置措施實施到位；在非著火裝置物料進出管線閥門增設盲板，實施物理隔離，確保鄰近裝置安全；處置后期，消防救援力量協(xié)同企業(yè)共同做好事故裝置殘液惰化、吹掃、置換、倒料等善后工作。

4 結語

本文重點介紹了常見的8 種化工裝置災害事故工藝處置措施及其實施方法和注意事項，運用層次分析法對8 種工藝處置措施進行實際應用分析，得出了工藝處置措施在實際應用中的一般規(guī)律。并介紹了部分工藝處置措施在兩起化工裝置災害事故處置中的應用，為更好處置化工裝置災害事故提供借鑒。