煤直接液化項目初期火災處置情況分析

付曉東

摘 要： 神華煤制油工程項目是神華集團有限責任公司在內(nèi)蒙古地區(qū)興建的世界最大的煤直接液化項目，其項目的原料大多為可燃性固體、氣體或液體，輸入、加工、輸出過程中均有發(fā)生火災的危險，消防安全不容小覷。本文結合作者多年的工作經(jīng)驗，綜合考慮煤直接液項目裝置建筑、工藝、火災特點，對煤制油項目火災前期處置措施及要點進行分析研究，并分門別類對于各種火災撲滅方法做以闡述，研究火災處置情況為煤化工行業(yè)的火災防范提供理論依據(jù)。

關鍵詞：煤直接液化 特點 處置分析 措施

中圖分類號：TQ529 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）05-0294-02

作為世界上首個煤直接液化示范工程項目，項目建設各個階段都備受關注。因此，對于煤直接液化工程火災初期處置情況分析，顯得尤為重要。

一、煤直接液化生產(chǎn)裝置的基本特點分析

煤直接液化產(chǎn)品可分為：汽油、石腦油、柴油、航空煤油（暫不生產(chǎn)）、液化石油氣等。 煤直接液化所生產(chǎn)油品的火災危險性與石油煉制產(chǎn)品完全相同，因此，下面著重討論煤直接液化獨有特點。

1.建筑特點

1.1建（構）筑物與生產(chǎn)設備密切相關，并根據(jù)安裝生產(chǎn)設備的實際需要建造各種建（構）筑物。各種生產(chǎn)設備均是根據(jù)生產(chǎn)工藝流程的實際需要安裝在生產(chǎn)裝置中。

1.2建筑與生產(chǎn)設備整體性強。生產(chǎn)建（構）筑物與生產(chǎn)裝置形成一個整體。如加熱爐、汽提塔的基礎，架空生產(chǎn)管線等，使建（構）筑物與生產(chǎn)裝置形成牢固的整體結構。

1.3高層框架多，廠區(qū)內(nèi)40米以上的框架多達十幾處。

1.4露天建筑多，建筑根據(jù)防火、防爆、生產(chǎn)通風，以及生產(chǎn)工藝上的實際需要，大部分是無遮擋建筑。

1.5獨立的小型建筑較多。廠內(nèi)有許多獨立的小型建筑，擔負生產(chǎn)中特殊的功能，如熱油泵房、冷油泵房、壓縮機房、生產(chǎn)控制室等。

1.6煤粉儲運系統(tǒng)建筑兼有燃煤火力發(fā)電廠煤粉儲運裝置的特點。

2.工藝、設備特點

煤直接液化項目的生產(chǎn)工藝復雜、裝置密集、設備高大、種類繁多、工藝連貫、管線互通。煉油裝置多在高溫、高壓（低溫、真空）等情況下運行，生產(chǎn)的原料、中間體和產(chǎn)品多是可燃氣體和易燃液體，生產(chǎn)過程中極易著火和爆炸。

與傳統(tǒng)石油煉化項目相比，煤直接液化項目主要的不同點，就是整個生產(chǎn)過程高溫、高壓（可達到400多℃、20MPA），反應過程含固、臨氫。因此，管線閥門磨損、泄露出高壓高溫油煤漿遇見空氣立即起火是造成火災的主要因素；油煤漿泄露過程中逸散出的氫氣、硫化氫又有造成爆炸、窒息、中毒事故的可能。

3.原料及產(chǎn)品特點

煤直接液化工程中所用到原料煤H/C 原子比比較高、硫分高、揮發(fā)分較高、自然傾向性強。這生產(chǎn)過程中，煤經(jīng)過初步洗選、粉碎、存儲、運輸、研磨、與溶劑油混合成油煤漿等工序，這些工程均有可能發(fā)生火災。特別是研磨后的煤粉粒度達到20目以下，這種極微細的煤粉一旦接觸空氣極易發(fā)生粉塵爆炸。下面通過表格對煤直接液化所需煤及煤粉的火災危險性進行研究。

煤直接液化工程中所用到的煤粉有氣化煤粉、液化煤粉和催化劑煤粉三種，其中液化煤粉由原煤磨制而成，氣化煤粉磨制中則加入了煤氣化工序返回利用的含碳濾餅和飛灰，催化劑煤粉則是含有作為催化劑的FeOOH的煤粉。以神華煤直接液化工程所用的三種煤粉為例，其各自的粒徑分布、水份和堆密度參數(shù)測試結果如表3-1所示。

表3-1 神華煤直接液化工程煤樣的粒徑分布、水分和堆密度數(shù)據(jù)

由表3-1可以看出三種煤粉粒徑分布大致相同，小于75μm的煤粉含量均大于80%，而火力發(fā)電廠所用褐煤粉中粒徑在90μm以上的占到35%～50%；三種煤粉的水份含量均很低，不超過3.50%，其中氣化煤粉的水份含量最低。

一般說來，煤粉的揮發(fā)份含量越高，水份含量越低，煤粉越細則越容易燃燒和爆炸。由于煤直接液化工程所用三種煤粉的揮發(fā)性高、粒度細、水份低，因此均具有燃燒爆炸的可能。

由于煤粉粒度越小，揮發(fā)份含量越高，煤粉的燃燒反應速度越快，因此與普通煤粉相比，煤直接液化工程所用三種煤粉的最大爆炸壓力高于普通煤粉的最大爆炸壓力（普通煤粉的最大爆炸壓力為0.50～0.65MPa），爆炸壓力上升速率也高于普通煤粉的爆炸壓力上升速率（普通煤粉的爆炸壓力上升速率為30～160MPa/s）。可見煤直接液化工程所用煤粉發(fā)生爆炸時，能夠在短時間內(nèi)釋放出巨大的能量，產(chǎn)生更大的破壞力。但是同可燃性氣體爆炸相比，煤粉爆炸較高壓力持續(xù)時間長，釋放的能量大，破壞力也強。

此外，一條年產(chǎn)能100×104 t的煤直接液化生產(chǎn)線每年要消耗約400×104t洗精煤。巨大的洗精煤消耗量使得煤儲運系統(tǒng)龐大。煤液化項目儲煤場多為采用筒倉等室內(nèi)儲煤方式，廠內(nèi)運輸送則以運煤棧橋的帶式輸送機為主。洗精煤煤粉在上述儲存和運輸過程中存在自燃危險。

圖3-2 燃煤電廠運煤棧橋例圖

二、煤直接液化項目生產(chǎn)裝置的火災特點

在煤直接液化生產(chǎn)過程中，因生產(chǎn)工藝的高溫、高壓，反應介質(zhì)含固、臨氫及易燃易爆，生產(chǎn)設備老化等自然因素和一些人為因素等都可能造成火災。煤液化項目火災具有以下特點：

貯煤筒倉煤層易發(fā)生自燃、爆炸筒倉自燃一般在中下部起火，滅火須從下部出口卸料，比較困難。當貯煤自燃后，切不可盲目地從頂部澆水滅火。因為在自燃較嚴重的情況下，澆水會促使燃煤因燃燒不充分而產(chǎn)生大量的一氧化碳氣體。致使火未撲滅，又增加了新的爆炸因素。

1.輸煤棧橋易發(fā)生煤粉燃燒及爆炸，屬于高空火災撲救困難

在燃煤電廠，煤的廠內(nèi)運輸大都采用帶式輸送機，煤液化等煤化工企業(yè)也不例外。當帶式輸送機設置在架空建筑內(nèi)時，將它與所屬建筑統(tǒng)稱為運煤棧橋或輸煤長廊。

帶式輸送機有發(fā)生火災的危險，且全封閉運煤棧橋還有煤塵爆炸的危險。在國內(nèi)燃煤電廠（與煤液化項目輸煤系統(tǒng)基本相似），由于全封閉運煤棧橋大都有除塵或降塵措施，煤塵爆炸事故案例均鮮有發(fā)生，而運煤棧橋的火災事故時有發(fā)生。導致帶式輸送機火災的原因包括：帶式輸送機故障導致皮帶摩擦生熱引發(fā)火災；煤粉自燃；輸送已經(jīng)自燃的煤而引發(fā)火災；電纜因過載、老化、短路等發(fā)生火災而引燃；他處火災累及；違章動用明火等。火災發(fā)生后，由于輸煤棧橋的建設高度和長跨度，消防只能通過高噴車及消防炮進行外部射水，深入內(nèi)部滅火困難較大，滅火成功率大大折扣。

2.裝置爆炸與著火并存

生產(chǎn)裝置爆炸會引起著火，如果不能及時控制事態(tài)，會引起連鎖反應，著火又會引起爆炸，著火和爆炸常常交替發(fā)生。火焰直接燒烤裝置，造成裝置溫度升高，壓力增大，超過耐壓極限發(fā)生爆炸。同時一些氣體、可燃液體蒸氣與空氣混合，形成爆炸混合氣體，也會發(fā)生爆炸。

3.易造成人員傷亡

在生產(chǎn)過程中，裝置中的高溫油品泄漏，揮發(fā)出大量的油品蒸氣、及油煤漿中散發(fā)的硫化氫、氫氣、氮氣等有毒有害氣體，不僅會造成現(xiàn)場人員中毒或窒息，而且一旦著火或爆炸也會造成現(xiàn)場人員傷亡。在火災撲救中高溫、熱輻射、爆炸、倒塌和中毒等危險，對消防人員的滅火行動構成嚴重的威脅。

4.油氣燃燒速度快

煤直接液化項目的原料和產(chǎn)品大都是易燃易爆的氣體、液體。氣體、液體物料著火后，會迅速燃燒。煤化工企業(yè)火災熱值高，火勢猛，火焰中心溫度可達1050至1400攝氏度，火焰直線蔓延速度可達2至3米/秒，火焰可瞬間高達十多米。生產(chǎn)、儲存或中轉的絕大部分裝置為鋼制，火焰輻射強，易形成爆炸。

5.易形成立體火災

生產(chǎn)裝置著火均是由裝置的油氣泄漏造成的。生產(chǎn)裝置高大，生產(chǎn)設備高大密集，框架結構孔洞多，相鄰儲罐管線縱橫，無論裝置的上部著火，還是裝置的下部著火，都會在極短的時間內(nèi)形成立體火災。

6.火災撲救困難

6.1滅火技術要求高。煤化工一個工序著火會危及整個生產(chǎn)裝置，撲救火災必須根據(jù)生產(chǎn)原料、生產(chǎn)工藝設備特點和固定消防設施情況，采取科學合理的滅火方法。

6.2滅火劑選擇性強。在撲救火災時，必須根據(jù)燃燒部位、燃燒的形態(tài)和可能發(fā)生爆炸的危險情況，選擇水、干粉、泡沫實施冷卻和滅火，同時又要根據(jù)需要配合使用。

6.3安全防護任務重。現(xiàn)場存在爆炸的危險性、氣體的毒害性、物料的腐蝕性，必須做好安全防護工作，確保戰(zhàn)斗行動安全。

6.4滅火作戰(zhàn)時間長，動用滅火設備多。煤化工企業(yè)發(fā)生火災后，形成裝置、地面的不同燃燒形式，冷卻防爆又是撲救的重點，因此撲救火災作戰(zhàn)持續(xù)時間長，所需特種裝備、滅火藥劑和用水量非常大。特別是油罐火或裝置起火和爆炸后，自身保護裝置和半固定泡沫滅火系統(tǒng)容易破壞失效。

三、煤化工火災前期處置措施及要點

煉油廠發(fā)生火災后，必須按照確保重點、冷卻防爆、固移結合、工藝處理等戰(zhàn)術要點和先地面、后裝置，先重點、后一般的作戰(zhàn)順序，科學組織、有序展開，順利完成滅火作戰(zhàn)任務。

1.加強第一出動

加強第一批出動力量，適時啟動公司級火災滅火作戰(zhàn)預案和其他輔助指揮決策系統(tǒng)，集中優(yōu)勢滅火力量，以快制快，贏得滅火戰(zhàn)斗的主動權。

2.迅速查明火情

通過外部觀察、詢問知情人和運用儀器檢測等偵察方法，準確了解掌握火場情況。

3.氣防救護及早介入

由于煤液化工藝過程中，還有硫化氫、氫氣、氨氣、氮氣等有毒有害氣體，發(fā)生窒息和中毒事故的可能性較大，因此應急處置第一時間應以開展有毒有害氣體救護為主。

4.積極開展工藝處置

煤液化及以后裝置部分發(fā)生火災，前期處置以工藝處置為主，不得盲目射水。生產(chǎn)裝置區(qū)現(xiàn)場撲救視情況而定，主要任務是配合和掩護工藝采取管閥斷料、降壓、導流、放散、停止供熱、停爐吹掃等工藝措施。

5.確保重點，兼顧一般

在滅火力量不足或泄漏危險源未得到有效控制的情況下，應堅持確保重點、兼顧一般的原則，迅速撲滅危險嚴重的火勢，保護重點設備的安全，依據(jù)火勢情況，有計劃、有步驟地撲滅火災。首先迅速撲滅地面火。其次要采取工藝處置和稀釋、冷卻措施，防止爆炸。第三要確定冷卻保護重點。根據(jù)生產(chǎn)工藝特點、各種裝置的分布情況，確定重點保護對象，分別采取冷卻保護措施，防止重點設備毀壞。

6.做好協(xié)同作戰(zhàn)

在公安消防隊沒有到場之前，企業(yè)專職消防隊是第一到場隊。當火勢不大，自身力量足以滅火時，應盡快滅火；公安、企業(yè)到場的滅火力量足以滅火時，應在火場指揮部的統(tǒng)一指揮下，靈活組合，優(yōu)勢互補，可分可合，相互保護，協(xié)同作戰(zhàn)，速戰(zhàn)速決。

7.做好火場供水

撲救油品火災用水量大，要充分使用一切可用的各種水源，科學合理的組織好火場供水，確保火場供水不間斷。

四、分門別類有針對性的撲滅各種火災

1.撲救煤粉火災

煤粉火災及煤粉塵爆炸，是煤化工區(qū)別于石油化工火災最顯著地特點。煤儲運及煤粉制備部分滅火要點以抑制自燃、防止火勢蔓延和稀釋降塵、防止粉塵爆炸為主；理由是煤直接液化所需煤質(zhì)高揮發(fā)性、反應所需粒度極小，極易發(fā)生自燃或粉塵爆炸。可優(yōu)先使用固定炮、移動炮打到開花狀態(tài)，同時現(xiàn)場設置開花水槍陣地進行稀釋并撲滅。對于煤粉底層的陰燃，可利用大型機械、車輛翻攪的同時進行射水撲滅。對于儲煤筒倉煤層自燃，發(fā)現(xiàn)局部升溫過高、自燃發(fā)煙等現(xiàn)象后應立即停止筒倉入煤運行作業(yè)，并且對倉頂所有孔洞進行封堵，以隔絕空氣。有條件或必要時，筒倉內(nèi)注入惰性氣體，阻止燃燒。

2.撲救裝置火

生產(chǎn)裝置著火后，要首先啟動可以使用的固定設施冷卻、滅火，同時配合移動滅火裝備迅速撲滅裝置火。

在冷卻滅火的同時，積極配合工廠的工程技術人員，實施工藝滅火。主要包括：

2.1 關閥斷料。切斷著火設備的反應裝置之間的物料來源，中斷可燃物的物料供應，降低著火設備的壓力。

2.2開閥導流。利用塔底泵或旁通管線，將物料倒入備用罐或直接進入下一流程。

2.3 斷絕熱源。關閉常壓加熱爐閥，打開泛水閥。有噴淋裝置的，應立即打開噴淋裝置，冷卻塔頂、塔壁；沒有噴淋裝置的，應使用水槍由上至下加以冷卻并降低塔底溫度。

2.4其他措施。對受火勢威脅或熱輻射作用的臨近生產(chǎn)裝置和設備，還要視情采取降壓、放散火炬點燃等措施，消除爆炸危險，輔助控制火勢。

撲救高大設備框架的立體火災，在對相鄰設備管線充分冷卻的前提下，采取干粉、泡沫聯(lián)用，效果較好。

3.撲救管道火

根據(jù)不同管道建造形式和輸送物料的性質(zhì)采取不同的滅火措施。

3.1輸送可燃氣體架空管道火災的撲救

3.2輸送油品架空管道火災的撲救

3.3地下管線火災撲救

① 對設有阻火設施和滅火設施的輸油管線溝，可在開啟蒸汽或氮氣滅火設施的同時，封閉管線溝，窒息滅火。

② 對輸油管線油品流淌的火災，關閉進油處的閥門，并從兩側筑堤，噴射泡沫滅火或封閉管線溝注入高倍泡沫滅火，在沒有泡沫的情況下，則可以邊填沙土、邊噴水或直接使用土覆蓋，窒息滅火。

4.撲滅油品儲罐初期火災

油品罐區(qū)現(xiàn)場火災撲救，與一般的油罐火災基本相同。前期處置應盡快啟動泡沫滅火系統(tǒng)進行罐內(nèi)注射、覆蓋液面。同時，第一時間啟動鄰近罐的噴淋冷卻系統(tǒng)和固定式消防炮、自擺炮等設施進行全方位、不間斷冷卻降溫。

5.撲滅氣體火災

氣體泄漏時嚴禁采用直流水沖擊泄漏部位，應采用開花或噴霧水進行驅散、稀釋；對有毒物料泄漏時應及時對現(xiàn)場的處置人員進行洗消。

結語：煤直接液化工程項目因其獨有的特殊性，很多裝置的危險性與傳統(tǒng)的化工工程有所不同，如何做好防火設計是目前亟待解決的難題。本文主要針對煤直接液化生產(chǎn)裝置的基本特點，對生產(chǎn)裝置的火災特點、煤液化裝置火災前期處置措施及要點、對各種火災類型進行分門別類分析研究，這些火災的撲救方法對煤化工其他行業(yè)的生產(chǎn)安排和行業(yè)健康發(fā)展提供了一定的借鑒。

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