煉油廠火災爆炸危險性及防火對策

王勇，王延尚(山東省青島市消防救援支隊，山東 青島 266071)

0 引言

石油化工其主要使用到的原料為石油和天然氣，這兩種是化工過程中使用的主材料。石油產品種類較為多樣化，經過一系列的生產過程形成，常見的有汽油、煤油、柴油等，這些產品的生產形成都需要一個過程，石油煉制的這個過程也被稱為煉油，煉油生產工藝特點如下。

(1) 生產工藝苛刻度大。在煉油生產工藝中，涉及了很多的操作環節，基于其油品生產特點，對生產工藝有著極高的要求，需要保證溫度、壓力、流速等工藝指標，也正是如此，生產過程中要考慮的因素過多，極大程度上增加了火災發生的概率。如：制氫、苯乙烯加熱爐內爐膛溫度達1 150 ℃、加氫裂化反應壓力達15 MPa。

(2)生產裝置體量龐大。石油化工生產一般由多套裝置構成大型聯合生產裝置，上下游裝置之間大都存在進料關系，對塔器、換熱器、反應器等設備的質量要求越來越高，一旦發生火災爆炸事故損失嚴重。國內煉油單套加工量已經達到1.2×107t/a。

(3)生產裝置排列緊密。由于生產工藝的需要，同一工藝大部分裝置聚集在一起，設備和管道前后相隨，上下交織，裝置內空間狹窄。因生產裝置之間連接過于緊密，如果發生火災，基于其連接結構的緊密性，會使得火災通過生產裝置迅速蔓延，而且有些裝置本身裝有化學物質，容易產生連鎖反應，造成爆炸，進一步擴大火災蔓延范圍。

(4)生產綜合化，產品多樣化。在生產過程中，涉及的產品種類較為多樣化，常見的有汽油、煤油、液化石油氣等。這些產品絕大部分都易燃易爆，且燃燒、爆炸特性都不盡相同，給火災預防和撲救帶來了難度。

(5)煉油原料用及產品大多易燃易爆。煉油過程使用的原油、汽油、煤油等物質大部分閃點低，爆炸極限范圍廣，火災爆炸危險性大，著火后會產生大量的熱和有毒氣體，危害極大。如氫氣的爆炸極限在4.0%～74.2%，苯、硫化氫、氨等屬于高毒物品。

(6)裝置與管道縱橫交錯，立體交叉。裝置之間具有一定的連接性，而管道是主要的連接介質，管道負責完成裝置之間的一個運輸要求，對于大型石化企業來說，生產區域內，裝置內部管線交錯縱橫，如果出現火災，其蔓延速度是非常快的。

1 煉油廠火災爆炸及其他危險因素

1.1 易燃燒特性

油品的燃燒具有一定的差異性，主要以燃點、閃點進行評定[1]。對于易燃液體來說，由于燃點和閃點數值相差很小，因此在評定此類液體火災危險性時，常用閃點作為參數來評估，一般不考慮燃點的影響。閃點不同，燃燒的危險程度也不同，如果閃點高，那么燃燒的危險系數就越大，閃點低就說明燃燒的危險系數比較小。基于油品性質，一旦出現燃燒的情況，其燃燒蔓延速度非常快，不同質品的油其燃燒速度具有一定的分化性，最快的燃燒速度高達5 mm/min，不管是橫向燃燒還是縱向燃燒，其傳播速度都是較快的，油品出現燃燒情況后，會造成氧氣缺失，容易導致其他事故。

1.2 易爆炸性質

在石油煉制過程中，使用的原料和生產的產品種類繁多，有些物質化學性質非常活躍，在一定的條件下，遇到空氣時會形成高度的聚合性，在接觸火源的一瞬間就會發生劇烈的爆炸，爆炸的波及范圍主要受物質的爆炸下限和爆炸上限影響，上限與下限如相差很大，下限又較低，則物質容易爆炸，從而危險性就大。汽油蒸汽混合達到一定的量，摻雜濃度達到一定指標，其爆炸范圍是非常大的。通過對石油化工著火情況分析，發現在密閉容器中，其油蒸氣濃度是隨燃燒強度的不同不斷發生變化。

燃燒和大多數爆炸都是化學反應，在一定的條件下能夠發生轉變。許多油品的爆炸濃度下限很低，尤其是輕質油品。油蒸汽易積聚漂移及范圍大，很容易達到爆炸極限范圍，遇有點火源即可爆炸。油品的易爆性還由于油氣所需要的點火能量很低，最低的只有0.2 mJ，而油庫中各種引火能源，如明火、散熱設備的表面高溫、電氣設備點火源、通過的高溫氣體、三種形式的靜電放電閃火等，具有足夠的能量來引爆油氣混合物。

1.3 易蒸發特性

蒸發量與速度和液體的溫度特別是表層溫度、液面壓力、氣體空間、蒸發面積、接觸空氣的流速，以及本身的密度有關。煉油生產過程使用的一些輕質油品有著良好的揮發特性，如每千克汽油大約可以蒸發出0.4 m3的汽油蒸氣，隨著溫度升高揮發出來的油蒸氣也大量增加。煉油化工產品在靜止和流動時都會發生蒸發現象，且蒸發速度與產品密度大小有關，一般密度越小，蒸發越快，油蒸氣越多，爆炸危險性就越大。

1.4 易產生積聚靜電荷

靜電荷是一種處于靜止狀態的電荷。靜電荷如積聚數量不多，不產生放電或者靜電壓放電電流達不到可燃物質的引燃溫度，就不會造成災害。靜電荷積聚通常和下列原因有關：(1)輸油時，靜電電荷數量多少與輸油管道內壁是否光滑有關；(2)空氣的相對濕度越大，產生靜電荷越少；(3)流動速度和流動時間都大的情況下，靜電荷產生數量也多；(4)除柴油外，流動介質溫度與靜電荷呈正比關系，溫度越高，靜電越易產生和聚集；(5)如果油品中存在雜質，混合到其他油品中時會產生大量靜電荷；(6)油品通過過濾網產生的靜電荷多少與過濾網網目數大小成正比；(7)油品流動時，流過的管道或容器使用彎頭數量越多，其靜電荷數量也就越多；(8)用絕緣性材料制成的容器或管道，油品流過產生靜電荷多于非絕緣性材料制成的容器或管道。

1.5 易受熱膨脹

油品在受熱的情況下，其內部的溫度指標會明顯上升，體積呈一個膨脹趨勢，基本上所有油品都會受熱膨脹，膨脹程度主要受溫度指標變化影響，溫度每升一度，體積就會跟著膨脹到一定范圍，溫度升高的情況下，其蒸氣壓力也會出現不同幅度的上漲。也正是如此，在存儲汽油的時候，需要做好對密封油桶的處理工作，不能將密封油桶放在高熱或者陽光下暴曬，避免溫度過高影響其內部溫度性。在容器內部灌入熱油，油品的體積會出現收縮的情況，內部壓力呈負增長，使得容器向內收縮，使得容器發生形變。而受熱脹冷縮影響，也更容易導致漏油增大火災發生的概率。由于油品的熱膨脹性，若容器灌裝過滿，管道輸油后不及時排空，又無泄壓裝置，由于外界溫度上升或下降速度過大，會造成設備脹破、吸癟等事故。還有就是過低的溫度影響，會使得油罐向內凹陷。故儲油容器，尤其是各種規格的油桶，不同季節都規定不同的安全容量，輸油管線上應有泄壓裝置。

1.6 易流動擴散

液體物質都具有一定的流動性，對于易燃流動液體來說，其擴散速度主要受本身黏度影響，如果油品的黏度比較低，那么流動性就很強，流動速度就很快，其擴散速度越快，那么也更容易導致火災蔓延。有些油品的黏度較高，流動性相對來說不那么強，但在高溫影響下，會使得油品黏度降低，擴散速度加快，同樣會導致火災情況加重。

1.7 易沸溢性

重質油品一般不易燃燒，一旦燃燒不易撲滅。重質或含水分的油品(如原油)著火燃燒時容易產生突沸、噴濺現象，產生極大的危險性，有些噴射的燃燒物距離很遠，增加救援難度的同時也增加了救援危險系數。而且由于火焰輻射熱量高，容易造成油罐間的火勢蔓延。油中的水滴遇到如此高的溫度必然汽化，體積膨脹，形成泡沫狀，以很大的壓力升騰到油面，并把著火油品帶到上面，向周圍噴濺。這種火災破壞性極大，波及面也寬。

2 煉油廠著火爆炸預防對策

2.1 控制明火(包括吸煙和生產中的明火)

香煙的燃燒溫度為650～800 ℃，自燃時溫度為450～500 ℃，且可以陰燃很長時間，因此，煉油廠嚴禁攜帶煙火。在生產過程中，需要制定嚴格的生產標準，控制明火的使用，明確要求明火使用范圍。明火具有高溫性，對于需要加熱的易燃易爆物，需要采取合適的加熱措施，一定要避免直接使用明火加熱。加熱的時候需要在固定范圍區域，遠離氣體或者蒸汽存儲區域。維修過程中涉及到對火的使用時，對照明設備有一定要求，不能使用一般的照明設備，必須是防爆照明設備，能夠起到一個阻隔的作用，避免明火造成影響。在廠區和機動車輛的排氣管中，需要安裝好阻火器，保證其排出氣體安全性。

2.2 控制高熱物及高溫表面

高熱物具有一定的傳導性，在特定的環境下能夠完成熱量傳遞，還能誘導可燃物著火，高熱物和高溫表面包含的種類比較多，常見的有蒸汽管道表面、液體管道、裂解爐等。這些高熱物和表面都具有高溫的特性，而且表面積比較大，分化程度比較高，散發的熱量也比較多，因具有這種種特點，也更容易誘導火災爆炸的形成。基于此，需要嚴格控制高熱物和高溫表面，采取有效的隔熱措施進行預處理，防止表面高熱物和高溫表面與易燃物有直接接觸。

2.3 控制自燃發熱及化學反應熱

在生產過程中，涉及到了多種化學物質，很多化學物質發生反應的時候都會產生熱量，不同物質由于反應類型的不同其反應熱也是有區別的。比如煤和黃磷等是因為氧化反應產生的發熱，而硝化棉和火藥等是因為分解反應產生的發熱。還有因為發酵引起的發熱，比如濃硫酸和濃硝酸，針對不同物質的化學反應特點，需要做好相關保管工作，使用的時候也要清楚各個物質特性和撲救方法。

2.4 控制沖擊與摩擦

摩擦主要是兩個物體之間相互接觸產生的，兩個物體表面都粗糙，在緊密接觸的期間，很容易受摩擦影響產生火花。這種火花雖然小，但是能量如達到可燃物質的臨界點，能夠點燃可燃氣體和液體，還有就是物體沖擊的時候，容易造成設備損傷，沖擊過程中振蕩摩擦等都會產生火花。在日常管理中，需要加強維修和定期檢查，做好機械管理工作，對機械轉動部分進行潤滑處理，降低摩擦系數，應用銅制工具，能夠極大程度規避火花的產生。

2.5 控制電氣火花

很多電氣設備引發的火災爆炸事故都是因為電氣火花導致的[2]。當然也并不是電氣火花就一定能夠導致火災發生，主要是取決于電氣火花的能量大小。電氣火花能量受引火電流、電壓的影響，對于電氣火花的控制，側重于從電氣設備方面入手，對電氣設備采取防爆措施，應用防爆裝置，以隔離安裝的方式避免設備產生火花。典型案例有新疆克拉瑪依獨山子煉油廠在建油罐在防腐刷漆時，油漆中有機溶劑揮發，遇到電氣火花閃爆，造成12人死亡。

2.6 控制靜電火花

2010年1月8日5時，蘭州石化公司303廠原料罐區發生爆炸，事故造成5人失蹤，1人重傷，5人輕傷。經調查，事故是由于裂解碳四罐泄漏，泄漏的可燃氣體濃度達到一定指標，臨界爆炸點，產生靜電由此導致爆炸著火。在煉油化工生產過程中，靜電的形成因素有很多，常見的有液體噴射帶電、液體沉降帶電、液體輸送帶電等。但并不是靜電產生就會導致火災爆炸，僅有當靜電積累到一定程度時，達到靜電放電標準，其放電火花與可燃物接觸之后，方會出現火災爆炸的情況。為了確保靜電不產生影響，需要做好相關預防工作，可以從以下三方面著手考慮：(1)盡量減少靜電的產生；(2)如果靜電無法避免，需要盡可能減少靜電的積累；(3)靜電如果大量積累，需要采取合適的阻隔措施，避免放電發生，控制可燃物的數量。

2.7 控制雷電

雷電能夠產生巨大的電流，其電流指標有時候高達幾百千安，這種過高的電流就算是瞬間產生，持續時間很短，但其溫度放熱量是非常高的，能夠引起可燃物爆炸，也可造成電氣火災。青島黃島油庫火災就是因為雷電擊中儲油罐造成的。因此，石油化工企業必須采取有效的防、避雷措施。

3 結語

本文在介紹煉油廠生產工藝特點的同時，重點對煉油廠生產、儲存、使用物料的火災危險性進行了闡述，提出煉油廠火災爆炸的防控措施，目的在指導相關部門人員科學開展檢查工作[3]，幫助煉油廠消防管理人員發現問題苗頭，及時排除隱患，防止火災爆炸事故的發生，確保企業消防安全。