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化工安全中关于火灾爆炸的认识

摘要:燃烧是可燃物质与氧或氧化剂发生伴有放热和发光的一种激烈的化学反应。爆炸是一种极为迅速的物理或化学能量释放的过程。现在,火灾和爆炸在化工生产中造成的损失极为巨大,后果严重。如何防火防爆是化工安全的重要研究课题。
      关键词:防火,防爆
 
      1.   燃烧。
⑴燃烧的条件。燃烧必须要三个条件:有可燃物质存在,有助然物质存在,有导致燃烧的能源。可燃物、助燃物和点火源是构成燃烧的三要素,有时这三要素都存在,可燃物未达到一定浓度、助燃物数量不够、点火源不具备足够的温度或热量,也不会发生燃烧。例如,氢气在空气中浓度少于4%时,就不能点燃。一般可燃物质在含氧量低于14%的空气中不能燃烧。一根火柴燃烧时放出的热量,不足以点燃一根木材或一堆煤。
⑵燃烧的形式。按参加燃烧反应相态的不同,可分为均一系燃烧和非均一系燃烧。按可燃性气体的燃烧过程,又可分成混合燃烧和扩散燃烧两种形式。在可燃液体燃烧中,通常不是液体本身燃烧而是由液体产生的蒸气进行燃烧,这种形式的燃烧叫蒸发燃烧。很多固体或不挥发性液体,由于热分解而产生可燃性的气体而发生燃烧,这种燃烧叫分解燃烧。
⑶闪燃和闪点。当火焰与炽热物接近易燃或可燃液体时,液体上面的蒸气与空气混合物会发生瞬间火苗或闪光,这种现象叫闪燃。闪点是指易燃液体表面挥发出的蒸气足以引起闪燃时的最低温度。通常把闪点低于45℃的液体叫易燃液体,把闪点高于45℃的液体叫可燃液体。
液体根据闪点分类分级表
 

种类 级别 闪点(℃) 举例
易燃液体 Ⅰ t≤28 汽油、甲醇、乙醇、乙醚、苯、丙酮
Ⅱ 28<t≤45 煤油、丁醇
可燃液体 Ⅲ 45<t≤120 戊醇、柴油,重油
Ⅳ t>120 植物油、矿物油、甘油

⑷自燃与自燃点。自燃是可燃物质自发着火的现象,可燃物质在没有外界火花或火焰的直接作用下能自行燃烧的最低温度称为该物质的自燃点。同系物的第一个化合物具有比其他化合物高的自燃点。正位结构物的自燃点低于其异构物的自燃点。饱和碳氢化合物的自燃点比与他相当的不饱和碳氢化合物的自燃点高。苯系低碳氢化合物的自燃点高于有相同碳原子数的脂肪族碳氢化合物的自燃点。
某些常见物品的自燃点
 

名称 燃点,℃ 名称 燃点,℃
松节油 53 蜡烛 190
樟脑 70 布匹 200
灯油 86 麦草 200
赛璐珞 100 硫磺 207
纸张 130 豆油 220
棉花 150 无烟煤 280-500
漆布 165 涤纶纤维 390

2.爆炸
⑴爆炸的分类。按爆炸的起因,可以将爆炸分为物理性和化学性爆炸两大类。化学性爆炸按爆炸时所发生的化学变化不同可分为三类:简单分解爆炸、复杂分解爆炸、爆炸性混合物的爆炸。
⑵粉尘爆炸。不同的粉尘有不同的爆炸特性。有些粉尘,如镁粉、碳化钙粉与水接触后会引起自燃或爆炸,有些粉尘,如磷、锌粉与溴接触混合能发生爆炸。粉尘在空气中只有达到一定的浓度范围,才能引起爆炸。
 

名称 云状粉尘
自燃点℃ 粉尘最低
引爆能量(毫焦) 爆炸下限
(毫克/升) 最大爆炸压力
(公斤/平方厘米)
铝(喷雾) 700 50 40 3.95
铝(研雾) 645 20 35 6.06
铁(氢还原) 315 160 120 1.98
镁(喷雾) 600 240 30 3.87
镁(磨) 520 80 20 4.43
锌 680 900 50 0.899
铝-镁齐
(50-50) 535 80 50 4.15
醋酸纤维 320 10 25 5.58
六次甲基四胺 410 10 15 4.35
甲基丙烯酸甲酯 440 15 20 3.87
碳酸树脂 460 10 25 4.15
邻苯二甲酸酐 650 15 15 3.33
聚乙烯塑料 450 80 25 5.63
聚苯乙烯 470 120 20 2.99
硫磺 190 15 35 2.79

典型案例
事故经过:某厂100 kt/a聚丙烯装置2D903B掺合仓,在2000年2月12日进料中发生闪爆。同
年9月16日2D903E又发生闪爆。
原因分析:
两次闪爆均为生产高熔融指数料(M1),物料含挥量偏高(如图2所示,随M1的增加,物料挥发
分相差1.8倍)。“9.16”事故时,2D501汽蒸机料位失(安全急救网www.aqjj120.com)控,料位过低(如图3),物料脱挥不足。汽蒸机正常时,进料挥发分(质量分数)约为2%~2.5%,出口小于500 mL/m3,粉料仓(2D803)气体约在20%一50%LEL。事故后检测,2D803粉料仓气体浓度高达100LEL(Y1600),而在正常生产时,同牌号只有57%LEL。
事故统计表明,粉尘爆炸多数是静电、粉尘、气体等诸因素共同作用引起的。静电是固
有隐患,工艺过程失误或失控引起的气体或微细粉尘意外增多,是料仓爆炸的触发因素或导火索。为减缓或抑制类似事故的发生,提出如下建议:
(1)结合装置特点和设计缺陷,开展危险评估和危险教育,使作业者了解物料和工艺过程与料仓粉尘爆炸的关系,以尽量减少制备过程和粉体处理过程“意外”因素的影响。
(2)减少风送物料的静电起电,去除或抑制金属突出物、绝缘导体等高能放电,通过设备改造,建立防止静电爆炸的本质安全系统。近几年,我国在消除粉体静电,以及抑制料位计火花放电等专项技术上,已走在国际前列,并在国内部分企业的不同装置中取得了令人满意的应用效果和可靠性考核。
⑶爆震。燃烧速度极快的爆炸混合物,在全部或部分封闭状态下或高压下燃烧时,若混合物的组成及预热条件适宜,可以产生一种比爆炸更激烈的现象,叫爆震。爆震产生的冲击波能引起远处其他炸药的爆炸,这种现象称为殉爆。为了防止殉爆的发生,在选择炸药的存放点及确定存放量时,应考虑一定的安全距离。
(4)爆炸极限(FL)。指可燃气体、可燃液体的蒸气与空气混合,遇到火源会发生爆炸的浓度范围,此范围的上限称作爆炸极限上限(UFL),下限称为爆炸极限下限(LFL),爆炸极限范围越宽,下限越低,爆炸危险性也就越大。控制爆炸性混合物的浓度使其远离爆炸极限,是工程实践中控制爆炸的主要方法之一。
(5)极限氧含量(LOC)。指可以导致爆炸发生的最低的氧气浓度,也叫做最低氧含量或最大
安全氧含量。极限氧含量是一个非常重要的参数,工程实践中通过控制氧气浓度,使其低于极限氧含量,可以使爆炸性混合物转变为非爆炸性混合物。
3.预防火灾与爆炸事故的基本措施
预防事故发生,限制灾害范围,消灭火灾,撤至安全地点是防火防爆的基本原则。根据火灾、爆炸的原因,一般可以从以下几方面加以预防。
一、火源的控制与消除。
①明火㈠加热用火的的控制。加热易燃物质时,要避免采用明火而采用蒸气或其他载热体加热。明火加热设备的布置,应尽可能远离可能泄漏易燃液体或蒸气的工艺设备和储罐区,并应布置在其上风向或侧风向。㈡维修焊割用火的控制。㈢其他明火。
②摩擦与冲击。机器中轴承等转动的摩擦、铁器的相互撞击或铁质工具打击混凝土地面都有可能发生火花。因此,对轴承要保持良好的的润滑,危险场所要用铜制工具代替铁器,在搬运盛有可燃气体或易燃液体的金属容器时,不要抛掷,在易燃易爆车间,地面要采用不发火的材质铺成。
③热射线。紫外线有促进化学反应的作用。所以与阳光曝晒有火灾危险的物品,应采取避光措施。
④高温表面。要防止易燃物品与高温的设备、管道表面接触。高温物体表面要有隔热保温措施,可燃物料的排放口应远离高温表面,禁止在高温表面烘烤衣物。
⑤电器火花。电火花引起火灾爆炸事故发生率很高,所以要对电气设备认真选择防爆类型。特别注意对电动机、电缆、电缆沟、电气照明、电气线路使用、维护和检修。
⑥静电火花。在一定条件下,两种不同物质相互接触、摩擦就可能产生静电。静电能量以火花形式放出,则可能引起火灾爆炸事故。消除静电的方法有两种:一是抑制静电的产生,二是迅速把产生的静电排出。
易于产生静电的易燃、可燃液体在装卸等作业中,即使设备接地,如不消除其它危险因素,静电起火还是难以避免。实用中必须把握以下环节,并落实相应措施:
(1)限制管道输送液体流速。针对摩擦、冲击液体带电,控制流速是减少液体电量,避免静
电危害的基本措施。因为当液体平流时,产生的静电量与流速成正比,并与管道内径大小无关,当液体紊流时,产生的静电量则与流速的1.75次幂成正比,并与管内径的0.75次幂成正比。由于液体流动起电还受液体本身的性质、所含杂质的成分和数量、管道的材质等多种因素的影响。世界各国控制流速的标准尚不统一。根据原西德防静电标准对管道输送油品的推荐标准是:管径D(m)与平均流速V(m/s)应符合V2D≤O.64(m3/s)的关系。有的国家还根据液体电阻率(p)来限制流速,即:电阻率不超过10’Q·12:1时,允许流速不超过10 m/s;当电阻率在105109Q·m时,允许流速不超过5 m/s;当电阻率超过109 Q·m时,允许流速取决于液体的性质、管道的直径、管道内光滑程度,不能一概而论,但1.2 m/s是允许的。
实用中当容器或管道存在可燃气体时,初始流速应控制在1 m/s内,当管道被液体淹没时,才能使流速逐渐达到推荐值,不得已可采用多管道输送方式;
(2)采用正确的注入方式。实践证明,采用顶部注人时,由于液体在空气中喷射、飞溅,增
加摩擦、冲击带电,同时将大量的气泡、杂质的水分注入液体中,发生搅拌、沉浮和流动带电,都将大大增加液体的静电量。因此,应采用底部注人为宜,如再用泵循环、机械搅拌等调合措施更好;
(3)制造、检修容器时,必须保持内壁光滑避免粗糙面,防止感应形成金属尖端强电场放电
起火;
(4)要防止金属等杂物掉入容器中带电与液面形成充放电起火;
(5)采用绝缘管道输送液体时,为降低管道带电,防止管口与液体放电,管道内应衬有金属螺旋网并接地,管道外部应绕金属丝作屏避接地;
(6)针对带电液体的静电消散需要一段时间,装卸后要将液体静置一段时间再进行采样、测量操作,避免作业物体与液面放电起火。
(7)采用添加抗静电剂、增加空气湿度、控制温度、减少含氧量,强制通风、静电屏蔽等方法避免静电危害。
现在就电力电缆分析如何防火
电缆火灾的规律特点
(1)电缆火灾前期:电缆处于自燃状态,可嗅到焦糊味,有冒烟现象。
(2 )电 缆 火灾早期:电缆局部燃烧,烟开始大量冒出,电缆构筑物内局部温度上升,电缆处于熏燃状态。
(3 )电 缆 火灾中期:伴随大量热浓烟,成束电缆群体燃烧,构筑物内温度急剧上升,能视度明显降低,火灾沿成束电缆向四周迅速延燃。
(4 )电 缆 火灾晚期:电缆群体处于轰燃阶段,构筑物内的电缆基本烧尽,铜、铝、铅等熔体遍地流,甚至电缆梯架、支架变形或烧毁。电缆火 灾 的前期和早期阶段,时间大约5一20min,电缆构筑物内成束电缆延燃的速度较快。由此看来,电缆火灾发展蔓延的速度非常快,因此当发生火灾时应能极早探明并尽快给予扑救,这对避免大的损失是非常重要的。
电缆火灾的原因分析
内部原因
(1 )对 于 目前大多数的常用电缆来说,所用的绝缘材料如聚乙烯、聚氯乙烯、交联聚乙烯等均为高分子聚合物,在高温下可自燃,而且当构成电缆束时被引燃的温度比自燃温度要低。
(2 )电 缆 发生接地和短路事故时,继电保护失灵,引起电缆严重过电流而自燃。
(3 )电 缆 中间接头处导体连接不紧密,造成接触电阻大,引起电缆局部过热而自燃。
(4 )电 缆 构筑物内防水措施不当,造成电缆受水浸渍,其绝缘电阻下降,击穿强度降低,易造成电缆接地或短路事故而引起火灾。
(5 )电 缆 长时间运行,超过使用年限而使得电缆的绝缘材料所能承受的过载能力差,绝缘的老化速度比新电缆快,自燃温度也降低很多,极易造成火灾。
外部原因
(1 )电 缆 因施工过程中受到机械性损伤,投入运行后常发生局部放电,从而导致电缆接地或短路事故而引起火灾。
(2) 施 工 时违章操作将焊接火花掉落到电缆上引起火灾。
(3 )电 缆 构筑物与变、配电室连接处未封堵严密,由于变压器或油开关漏油使构筑物内存油,易弓I起火灾。(4) 设 计 中对开关和电气设备选择不当,使遮断容量、动热稳定不满足要求,一旦发生短路故障,致使设备燃炸而引起火灾。
(5 )电 气 产品或电缆在生产制造过程中,未达到所规定的质量标准或施工质量差而引起火灾。
(6 )电 缆 构筑物与其它建筑物连接处电缆进出口未封堵严密,使得小动物进人并咬坏电缆外皮绝缘层,造成短路事故而引起火灾;或因外部火灾侵人电缆构筑物内引起成束电缆延燃而扩大火灾事故。
(7 )电 缆 在敷设时与蒸气线等距离保持不够,蒸气泄漏或保温破损时将电缆烫伤,使电缆绝缘降低,发生崩烧引起火灾。防止电缆着火蔓延的措施
(1 )设 置 阻火隔墙。在防空洞电缆隧道每隔30 m设置阻火隔墙和防火门;在主电缆沟通风区段处设置阻火隔墙;在电缆竖井口每隔7m设置阻火隔层;在长距离的电缆沟内每相隔一段距离,设置阻火墙;在公共主电缆沟内的分支处设置阻火墙;在至控制室、变配电装置及生产装置界区的沟道人口处设置阻火墙并设置长度为2m的充沙井。
(2 )电 缆 沟充砂。在生产装置区内的电缆沟采用填沙子的方式来进行电缆防火。在 200 5 年联合装置大检修中,变电所及电缆得到全部更新。电缆沟充沙采用电缆敷设一层覆盖不小于50 mm厚的一层沙子;电缆敷设完成并在最上层电缆上覆盖不小于50 mm厚的一层沙子后,电缆沟每隔10 m设置阻火墙并填满2m长的沙子隔离;电缆沟盖上150 mm厚的盖板后,在盖板上覆盖100 mm厚混凝土进行封闭的方式。这样既达到了防止电缆沟进油气后引起闪爆,同时也防止了装置火灾伤及电缆沟中电缆,达到电缆防火的目的,在很大程度上降低了电缆再敷设的工作量。
(3 )应 用 防火隔板。近几年新建装置(进口原油罐区、连续重整装置、延迟焦化装置等)普遍采用电缆桥架的电缆敷设方式。电缆桥架根据环境的不同选用XQJ系列、DQJ一T等型号镀锌钢制桥架,LQJ系列铝合金桥架以及玻璃钢全封闭桥架(设在特别危险的罐区管廊区)。在电缆桥架上,为防止上下层之间的电缆火灾蔓延,均在上下层电缆之间设置防火隔板,在顶层桥架上扣了盖子。在电缆夹层的上、下层电缆之间,动力电缆与控制电缆之间,高压与低压动力电缆之间均设置防火隔板。在配电盘、开关柜的底部用防火隔板、防火堵料进行隔离封堵。
(4) 涂 刷 防火涂料。在防空洞隧道的电缆,使用非阻燃电缆的开闭所、变电所电缆夹层的电缆,电缆桥架上的一些非阻燃电缆以及一些重要电缆的表皮上涂刷防火涂料。
(5 )对 电 缆穿墙和楼板的孔洞以及变压器室与变电所母线桥的墙洞等用防火包及防火堵料进行封堵。
(6 )设 置 火灾自动报警与灭火装置。为了防止火灾的发生和蔓延,在近几年新建装置的变配电室、电缆夹层,防空洞电缆隧道等易引发火灾危险的一切场所设置火灾报警系统。此系统能及时、准确地反映出火灾的发源地,并将信号发送到有人员值守的装置控制室、调度室、值班室等场所。起到及时发现并扑救火灾的作用。
(7 )选 用 阻燃电缆。近几年,动力电缆广泛选用ZRB一HF一YJV2:一6kV、ZRB一HF一YJVn-
1kV型阻燃电缆,控制电缆J‘一泛选用GXF一KV22 -0.45 /0.75 kV 型消防电缆。这对于电缆着火后的火灾的延燃将会起到很好的遏制作用。
(8 )设 计 中选择适当的空气开关和电气设备。除使遮断容量、动热稳定满足要求外。对电动机回路,在满足电动机启动电流的情况下,空气开关速断保护应根据电缆长度、截面积、材质等计算短路电流,保证电缆在短路或接地时,空气开关可靠跳闸。对照明回路,空气开关的速断保护的整定应考虑电缆载流量、负荷额定电流和电缆短路电流,不仅要保证电缆在短路或接地时,空气开关可靠跳闸,还要保证在回路出现高出额定电流的故障电流时,也能可靠跳闸。
二、爆炸预防与控制
从影响爆炸敏感性的因素可以发现,避免爆炸性混合物的形成和控制点火源都可以预防爆
炸,但是在化工生产过程中,点火源的数量太多,存在范围广,不足以作为预防爆炸的首要手段。通常比较实用的途径是将防止爆炸性混合物的形成作为预防爆炸的主要手段,把消除和控制点火源作为辅助的预防手段。而判断爆炸性混合物是否存在的一个很重要的工具是燃烧区域图。
燃烧区域图提供了避免爆炸性混合物形成的目标,惰化和吹扫则提供了实现这种目标的途径。惰化和吹扫是通过惰性气体来改变工艺单元中的气体浓度使其不可燃烧。通常用到的惰化和吹扫方法有真空惰化、压力惰化和吹扫等:
(1)真空惰化。将容器抽真空至预定状态,然后充人惰性介质至大气压,如此循环数次,直至容器中氧气达到预定浓度。
(2)压力惰化。向容器加入加压的惰性介质直至扩散到整个容器后,容器中的混合气体排人大气直至容器压力降到大气压,循环数次,直至容器中氧含量达到预定浓度。
(3)吹扫。将惰性介质连续从容器的一端充人,混合气体从另一端排除。
①惰性介质保护。化工生产中,采用惰性气体主要有氮气、二氧化碳、水蒸气、烟道气等。
②系统密闭,防止可燃物料泄漏和空气进入。对危险设备及系统应尽量采用焊接接头,少用法兰连接。为防止有毒或爆炸性危险气体向容器外逸散,可以采用负压操作系统。
③通风置换,是可燃物质达不到爆炸极限。
④安装爆炸遏制系统。
 
参考文献:《化工安全技术》(化学工业出版社,周忠元 田维金   邹德敏 编)
   《化工工艺设备防火防爆》(中国劳动社会保障出版社,黄正华 李建华 主编)
   《化工安全工程学》(中国石化出版社 王凯全 主编)
   《危险化学品安全技术》(化学工业出版社)
   《电力电缆的防火措施》(崔光元)
   《浅谈接地防静电火灾的效力及辅助措施  》(王全林)
   《近期聚烯烃料仓粉尘爆炸的分析与对策 》(谭凤贵)

 

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