順丁橡膠生產裝置災害事故處置措施的研究

張茂鵬

（江蘇省徐州市消防救援支隊，江蘇 徐州 221000）

隨著橡膠產業的發展，生產工藝迭代升級，橡膠制品種類不斷豐富，橡膠制品在日常生活、工業生產和軍事等方面得到更加廣泛的應用，橡膠制品產量也越來越大，橡膠產業已經成為國民經濟的重要基礎產業之一。合成橡膠是橡膠制品的主要原材料，其生產工藝復雜、自動化程度相對較低且機械設備更新緩慢，作為有機高分子材料其熱值高，有較大的火災危險性。

順丁橡膠是我國主要的合成橡膠品種之一，是丁二烯單體經溶解催化后聚合得到的高分子材料，其主要用于制造輪胎、鞋類和塑料改性等領域[1]。

我國自1959年就開始了順丁橡膠不同催化體系的研究，經過多年實踐，自主研究開發了有中國特色的順丁橡膠生產技術[2-3]。生產工藝是采用溶聚的方法使丁二烯、溶劑和引發劑等在連續釜式反應器中進行配位聚合，制得粘稠膠液，再通過水蒸氣凝聚、洗膠、干燥、壓塊等獲得順丁橡膠。其生產過程主要包括聚合、凝聚、后處理和回收等工序[4]，整個工藝過程中裝置內從原料到產品大部分為有機物，具有易燃易爆性，特別是在聚合過程中，丁二烯的自聚物易引起爆炸和設備、管道的堵塞。設備管道內部溫度遠高于主要物料的閃點，且大部分設備及管道壓力都高于大氣壓，具有較大的危險性。設備的大型化、規模化使得生產過程一旦發生故障極易發生嚴重事故[5-7]。

據統計，截至2020年年底，我國順丁橡膠生產企業共17家，產能占國內合成橡膠總產能的25%以上，且多數企業建廠時間長，設備已達到安全檢查年限。安全、科學、高效地處置順丁橡膠裝置事故已成為消防救援隊伍面臨的重要課題。本文結合江蘇某石化橡膠有限公司“1.12”爆燃事故探究順丁橡膠生產裝置事故的處置方案和注意事項。

1 順丁橡膠生產過程危險性分析

順丁橡膠等合成橡膠在生產過程中大部分存在火災、爆炸、中毒、窒息和墜落等危險因素，其生產儲存過程中都有較大的危險性。

1.1 生產原料

丁二烯常態下為無色、略帶蒜味的氣體，有麻醉性，特別刺激粘膜，其密度比空氣大，可溶于有機溶劑；閃點較低，為-78 ℃；性質活潑，易聚合，可與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限為2.16%～11.47%。丁二烯可致人急性中毒，輕者有頭暈、頭痛、惡心和心悸等癥狀；重者出現醉酒狀態、呼吸困難，進一步還可能出現抽搐、昏迷；濺到皮膚上，可引起凍傷。長期吸入低濃度丁二烯者有可能出現神經衰弱綜合癥。

在順丁橡膠生產過程中需要添加催化劑促進順式加成反應。三氟化硼是我國順丁橡膠生產過程鎳系催化劑的重要組分，其具有極強的腐蝕性，長期未清理會對設備進行腐蝕，造成設備泄漏；在反應釜內較高的溫度以及壓力下如不能及時移除，很有可能發生爆炸。此外，三氟化硼與空氣中的水反應或與滅火用水作用可產生氟化氣體，對裸露在外的皮膚造成腐蝕。計量單元中的三異丁基鋁遇到空氣與水會發生燃燒或爆炸，在火災撲救過程中是需要防范的重要風險隱患之一。

1.2 聚合設備

丁二烯聚合過程對反應釜的工藝要求較高。聚合反應會放出大量熱量，聚合效果取決于反應釜內溫度與壓力的控制情況。反應釜內部除裝有危險性物質外，內部壓力條件也是風險隱患之一。溫度過高會產生爆聚，反應釜在壓力與溫度的雙重作用下極有可能發生爆炸事故；若溫度較低，丁二烯不發生聚合反應，有可能發生泄漏 爆炸。

1.3 精制回收過程

回收過程中丁二烯會與空氣中的氧氣接觸而緩慢氧化，產生過氧化物及其聚集物。聚集物在光照、撞擊等狀態下可發生爆炸，其微溶于丁二烯，容易析出，是極危險的易爆化合物，具有較大的潛在危險性。

1.4 后處理過程

干燥機對橡膠進行后期處理過程中，設備內部溫度較高，若橡膠未能及時排出，導致干燥機中殘留膠存留時間過長，殘留膠在高溫下會塑化，遇空氣易著火。橡膠輸送過程的揮發物受到靜電摩擦影響也易起火燃燒。

2 “1.12”爆燃事故火災現場風險評估

2.1 設備管道受損嚴重，火勢呈立體燃燒

2021年1月12日，江蘇某石化橡膠有限公司橡膠回收區發生爆炸后，順丁橡膠裝置回收單元框架、回流罐、緩沖罐及管線閥門受損嚴重，短時間內由單體設備初期災情衍變發展為裝置立體火的難控、失控災情，形成地面流淌火、裝置流淌火、氣相噴射火等多個火區，嚴重威脅鄰近裝置單元，有再次發生爆炸及裝置、管廊等坍塌的危險。

2.2 物料性質特殊，處置專業化要求高

順丁橡膠的原料丁二烯化學性質活潑、極不穩定、有毒、易燃、易爆、易自聚，且聚合物本身自燃。著火的順丁橡膠精制回收單元設備中存有不同純度的丁二烯，雖為正壓設計，但前期爆炸使得設備內部暴露在空氣中，丁二烯會與空氣中的氧氣反應緩慢氧化產生過氧化物或聚集物，聚集物在光照或撞擊等狀態下會發生二次爆炸。事故處置過程中，盲目用水撲滅丁二烯精制回收裝置火災，水流沖擊管線內部極易引起爆炸，必須結合廠區工藝設備情況綜合研判，落實處置措施，控制燃燒，防止二次爆炸。

2.3 工藝條件缺失，消防作戰安全評估難度大

爆炸發生后，通往順丁橡膠生產裝置回收單元的電纜橋架被高溫熔斷，集散控制系統（DCS控制系統）動力失效，無法監控裝置設備壓力、溫度和液位變化情況。裝置控制除流量調節閥外均為手動閥，且大部分閥門、氮氣管線被炸壞或燒損而無法使用，導致前期火勢快速蔓延，也加大了處置難度和風險。

2.4 不確定因素多，后續作業風險高

在關閥斷料、控制并熄滅火勢后，為防止塔、罐、器、槽及管線產生負壓而進入空氣，加速丁二烯殘留物料自聚反應以及發生燃燒爆炸，現場始終保持不間斷冷卻稀釋，降低設備溫度，持續用高純氮氣反復進行吹掃，以減少丁二烯集聚，降低二次爆炸的風險。

3 橡膠生產類火災現場處置措施

結合“1.12”爆燃事故的現場風險評估和處置經驗，總結橡膠生產類火災現場的處置措施。首先采取工藝處置的方法，對廠區設備進行初期控制，其次按照“立體冷卻、控而不滅”的戰術措施，對裝置主體實施冷卻覆蓋，重點冷卻燃燒區內的壓力設備，對燃燒區鄰近設備的受熱面進行充分冷卻，保護框架結構安全。待火情得到控制后，根據“控制性燃燒、保護性處置”的戰術，安全處置廠區設備內部的殘余危險物，最后做好安全檢測，保證無復燃危險。

3.1 采取工藝處置，減少爆炸現場危險物數量

當罐體和管道發生泄漏或火災爆炸事故后，廠區應第一時間采取緊急停車、泄壓排爆、關閥斷料等工藝措施，控制泄漏源。消防人員到場后，在廠區專家的指導下對管線閥門進行關閉處理。若未有廠區專家指導，禁止熄滅正在燃燒的氣體，以免發生回火，造成次生災害[8]。

3.2 選擇地勢較高位置作為消防作戰區域

丁二烯是有機物，且比空氣密度大，略溶于水。當丁二烯發生泄漏后，會隨著現場冷卻水流淌到各處，且易在低洼處聚集。在事故現場處置中，救援指揮部科學研判，應選擇地勢較高位置作為作戰區域，并結合丁二烯的理化性質，選取抗溶性泡沫對爆炸現場周圍進行覆蓋，防止泄漏的丁二烯聚集而發生火災或爆炸。

3.3 利用霧狀水冷卻確保現場處于穩定燃燒狀態

按照“立體冷卻、控而不滅”的戰術措施，通過霧狀水冷卻設備管道，利用固定消防設施、移動炮、高噴車對與回收單元相鄰的聚合單元和后處理單元進行冷卻降溫。采用霧狀水冷卻覆蓋，重點冷卻保護燃燒區內的壓力設備，冷卻作業面選取管道或設備的側面，嚴禁直流水冷卻設備管道的破壞面，此外要對燃燒區鄰近設備的受熱面進行充分冷卻，保護框架結構安全。

3.4 注入惰性氣體降低裝置風險

根據“控制性燃燒、保護性處置”的戰術可向著火裝置、設備內部緩慢注入氮氣，發揮其抑制、惰化作用，減小爆炸風險和燃燒強度。

3.5 做好后續安全監測

火勢撲滅后，應繼續對裝置主體和周邊環境實施水霧覆蓋，對裝置內外溫度和擴散性氣體濃度進行不間斷監測，確保無復燃危險。

4 橡膠生產企業日常安全管理工作建議

4.1 加強廠區綜合防爆措施監督檢查

丁二烯的流量、溫度、壓力等儀表設施應齊全有效，企業應安裝可燃氣體自動報警器、緊急放空管、緊急放料管等安全裝置，以及緊急放空導入火炬系統，并在日常監督檢查過程中著重對安全裝置進行檢查。企業應落實凝聚過程中的自聚物質定期清理制度，對廠區內部消防設施設置的科學性進行研判和掌握。

回收裝置四周設立的環裝高壓消防供水管網壓力應充足，廠區大型設備附近除常用水炮外，企業應設置水霧兩用水炮，才能保障災害初期冷卻的科學性與有效性。

4.2 優化信息收集程序

化工火災需要指揮部全面掌握救援現場基本情況，滅火救援現場指揮部應將企業負責人、技術員、操作員等納入到指揮部作戰助理體系中，并及時收集相關平面圖、工藝流程圖等信息，掌握現場災害變化和處置過程，為滅火救援工作打好信息基礎。

4.3 強化常態組織復盤推演

企業及消防救援隊應建立典型案例復盤推演制度，及時進行指揮調度和桌面推演。檢驗工作得失，提出改進措施，“全鏈條”推動改進滅火救援工作。針對化工裝置災害，應堅持“工藝優先、冷卻抑爆、適時關閥、注氮保壓”的戰術原則，充分利用DCS系統實施偵察監控，科學采取緊急停車、放空引燃等工藝措施，并做到“三個結合”，即工藝保護措施與消防處置技戰術相結合、現場指揮部與專家技術力量相結合、消防救援力量與企業消防力量相結合。

4.4 加強企業處置預案更新

消防救援隊伍應將轄區重點單位熟悉工作變為常態，雙方合作定期組織并開展滅火救援演練，持續加強對工藝設備的學習，定期組織理論授課，及時更新滅火處置預案，切實做到底數清、情況明了、措施可落實。

4.5 加強專業力量建設

在化工企業相對聚集的地區，應共享政府應急部門、高校院所、大型化工企業等技術資源，分級分類建立建強化工專業隊伍。化工企業無論規模大小，都應建立工藝處置隊和滅火救援隊，或簽署相應聯防協議，并定期組織相關培訓演練；應制定完善的應急操作制度，明確崗位職責，熟悉生產工藝流程，具備事故狀態下的逆向應變和處置能力，確保一旦發生事故能及時采取關閥斷料、排空泄壓等有效控制措施。

5 結語

隨著我國工業化進程的快速推進，石油化工企業逐漸趨于規模化、快速化發展，其中順丁橡膠廣泛應用，是國家經濟發展不可或缺的一大產業。雖然其自主知識產權技術且工藝應用成熟，但其具有易燃、易爆、高壓操作和生產工藝復雜等特點，易引發火災、爆炸事故，造成較大損失。

橡膠企業生產安全關乎國家和人民的生命財產安全，企業必須深刻認識事故預防和企業安全生產的重要性，通過完善安全生產制度和規范，健全安全生產責任制，提高企業的安全管理水平，有效地預防、控制和減少安全事故的發生。大部分事故發生前都有不安全隱患，如果事故防范措施周密，在一般情況下都能夠使隱患得到及時消除，避免和減少事故。