工藝措施在化工裝置災(zāi)害事故應(yīng)急處置中的應(yīng)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(zāi)害事故，堅持“工藝處置措施與消防技戰(zhàn)術(shù)措施相結(jié)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(shè)計和設(shè)備來控制以及處置化工裝置災(zāi)害事故的技術(shù)手段。工藝措施在處置化工裝置災(zāi)害事故時，往往會起到關(guān)鍵性作用，運用和操作得當，可以為后續(xù)災(zāi)害事故處置贏得先機，甚至能直接成功處置災(zāi)害事故。化工裝置的復(fù)雜性和多樣性決定了工藝處置措施的復(fù)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(guān)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(shè)備故障或工藝條件惡化等不可預(yù)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(yīng)急響應(yīng)和安全保護，使全部或局部化工生產(chǎn)裝置進入到預(yù)設(shè)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(shè)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(yù)設(shè)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(guān)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(yù)設(shè)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(yù)設(shè)的安全邏輯順序進行動作，將生產(chǎn)過程設(shè)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(shè)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(yīng)首先切斷物料源；

(2)出現(xiàn)緊急停車，現(xiàn)場人員應(yīng)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(guān)閥斷料

化工裝置災(zāi)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(guān)鍵是及時尋找泄漏源頭，設(shè)法關(guān)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(guān)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(guān)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(guān)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(shù)人員組成關(guān)閥小組，制定關(guān)閥方案，加強個人防護，在噴霧水或泡沫掩護下實施關(guān)閥[2]。

1.2.2 注意事項

(1)注意工藝流程要求。要考慮關(guān)閉閥門后是否會造成前道工序的設(shè)備出現(xiàn)超溫超壓，進而發(fā)生爆炸等危險；要考慮關(guān)閉閥門后，設(shè)備壓力是否會由正轉(zhuǎn)負、是否可能導(dǎo)致加熱設(shè)備溫度失去控制；要考慮關(guān)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(guān)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(guān)閥斷料順序。泄漏點處應(yīng)先關(guān)閉進料閥門再關(guān)閉出料閥門。泄漏處的閥門關(guān)閉后，還要盡量將前道工序設(shè)備的進出閥門關(guān)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(zāi)害現(xiàn)場直接排放泄壓，防止設(shè)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(shè)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(zāi)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(yīng)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(yīng)馬上停止點火，及時組織技術(shù)人員排查原因，不得反復(fù)點火，否則存在爆炸危險；

(3)泄壓排爆或火炬放空應(yīng)由熟悉工藝流程的技術(shù)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(yīng)釜等容器里的物料轉(zhuǎn)移出去，以減輕災(zāi)害事故現(xiàn)場危險的處置行為。它是處置化工裝置災(zāi)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(shè)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(shè)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(shè)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(cè)風方向進行。

(2)選擇合適輸轉(zhuǎn)泵。如果災(zāi)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(shè)備內(nèi)的壓力正常情況下不應(yīng)低于0.l MPa。條件允許，可向輸出設(shè)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(yīng))。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(dǎo)，使液體整體溫度下降，直至火災(zāi)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(yīng)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(yīng)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(zāi)。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(yīng)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(shè)有的氮氣管道，向封閉的系統(tǒng)管道和著火設(shè)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(shè)備內(nèi)，待火勢熄滅后，關(guān)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(guān)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(zāi)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(yīng)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(guān)閉，達到可以使火災(zāi)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(guān)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(shè)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(zāi)害事故，一時難以控制，應(yīng)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(zāi)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(yīng)急隔離系統(tǒng)，對內(nèi)部雨水和污水能做到分流，設(shè)置獨立的雨水、污水排放口，分別在排放口末端設(shè)置閘門，并在閘門附近設(shè)置排水泵或其他排水設(shè)備。實施切斷外排，首先要將雨水和污水排放口閘門分別關(guān)緊，并啟動排水泵或其他設(shè)備將管網(wǎng)中的廢水抽送至企業(yè)污水處理站、應(yīng)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(yīng)急事故池或雨水收集池應(yīng)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(shè)置可開閉的閘門，那就應(yīng)設(shè)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(dǎo)入儲存設(shè)施的預(yù)案；

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

2 工藝處置措施應(yīng)用層次分析

除上述介紹的常見8 種化工生產(chǎn)裝置災(zāi)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(zāi)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(zāi)害事故處置工藝措施應(yīng)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(yīng)和保護，從而使危害程度降低到最低限度，以保證人員、設(shè)備及周邊設(shè)施的安全。

2.2 關(guān)閥斷料和泄壓排爆為次選項

實施關(guān)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(guān)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(shè)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(dǎo)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(dǎo)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(zāi)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(zāi)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(yīng)用案例

3.1 某石化烯烴廠泵站管線火災(zāi)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(yīng)，造成災(zāi)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(zāi)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(guān)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(guān)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(shè)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(jié)語

本文重點介紹了常見的8 種化工裝置災(zāi)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(yīng)用分析，得出了工藝處置措施在實際應(yīng)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(zāi)害事故處置中的應(yīng)用，為更好處置化工裝置災(zāi)害事故提供借鑒。