煤制甲醇装置事故处置技战术措施探讨

苏文彬 傅柄棋

摘要：煤气化技术是整个煤化工产业的核心技术，煤气化单元也是煤化工区别于石油化工的关键装置，其火灾防控难度大、火灾危险性较高。根据工艺及设备特点，分析了煤制甲醇装置运行过程中存在的危险因素和事故特点，总结了处置煤制甲醇装置事故的消防技战术措施。

关键词：煤制甲醇；危险分析；防火防爆；技战术措施

随着国家经济的发展，为适应各方面需求，国内煤化工产业规模不断扩大。由于煤化工企业在生产过程中极易发生爆炸事故，造成人员伤亡，因此，加强煤化工工艺火灾危险性研究从而防止事故的发生，有很大的战略意义。

甲醇是重要的有机原料，是碳一化工的基础产品，其加工深度和工业应用是许多国家竞相开发的一个重要领域。甲醇在未来的能源领域中也会起到非常重要的作用，市场运用前景也被看好。考虑到我国的实际情况，作为煤炭能源大国，以煤为原料制备甲醇成为最重要的途径。

从实际生产建设方面来看，煤化工企业和设备种类纷繁复杂，覆盖面广；煤制甲醇生产过程常伴随高温高压、负压深冷以及高速传质传热等复杂条件进行的；生产过程所涉及使用的危化品种类广泛，数量众多，易发生爆炸、中毒等事故。[1]

1 危险性分析

煤制甲醇工艺流程为：煤气化后，合成气送入变换炉，将部分CO气转化为O2和H2；变换气送入低温甲醇洗装置，脱除H2S和CO2等酸性气体；净化后的气体送入甲醇合成装置，在高温高压、催化剂作用下产生粗甲醇，粗甲醇经过精馏工序产生精甲醇。

1.1  危险化学品泄漏起火

煤气化单元是煤化工事故灭火救援的重点和难点，具有典型的“固液气”三相并存、三相转换装置，有煤粉、CO2、H2、O2等易燃物质；变换单元、低温甲醇洗、甲醇合成单元有甲醇、CO、H2以及少量的H2S等易燃、助燃、有毒气体。

危险化学品泄漏是煤化工企业事故的一个重要方面，其中山洪地震、台风、泥石流等自然因素，发生战争或者遭遇恐怖袭击等人为破坏，勘察设计环节失误，从业人员操作不当，运输过程中存在混装混运、超载、不按照规定驾驶等五大问题最为突出。

1.2  窒息、中毒及核污染伤亡事故

煤气化单元粉尘爆炸时，不完全燃烧的气体中含有大量CO气体，会引起人员中毒。煤气化、变换单元、低温甲醇洗单元、合成单元生产过程中会产生甲醇、CO、H2S、CO2等有毒有害气体，泄漏到环境中容易造成人员窒息、中毒。

由于煤的理化性质特殊，在煤气化单元生产过程中有“固液气”三相并存的情况，普通料位计无法满足对于固体物料的监控，因此煤气炉设有比石油化工延迟焦化等装置更多的料位计，放射源一般采用钴-60、铯-137、钯。在发生事故时，由于高温高压等环境影响，易导致同位素盒屏蔽保护损坏，救援人员面临放射源辐射危害，易发生核污染。

1.3  高压冲击伤亡事故

在甲醇合成工序中，由于生产设备压力高、温度高，合成气、循环气及甲醇泄漏到作业环境中都可能引发火灾、发生爆炸。在高压设备外壳严重超温的情况下容易发生氢脆，导致焊缝开裂或设备损坏，还可发生着火、爆炸。

2 技战术处置措施

处置煤制甲醇装置事故时，现场处置人员必须牢牢贯彻“消防与工艺”相结合的战术理念，灵活运用各种战术，科学高效地处置事故。

2.1  工艺处置措施

工艺处置措施主要是切阀断料、堕化保护等，具体措施如下：

2.1.1  紧急停车处置

处置人员应该根据灾害类别、范围、程度及时做出控制措施，分别对设备事故部位、生产单元、整套装置紧急停车处理，防止连锁反应。

现场指挥员到达现场后应立即与事故相关人员紧急会商，做好决策。基本处置流程为：单体设备部位停车→生产单元停车→整套装置停车→邻近装置停车→全厂性生产系统紧急停车等。

2.1.2  泄压防爆

当生产设备出现压力异常或者着火爆炸等事故时，工艺人员对发生事故的设备和关联设备采取远程手动紧急放空，进行现场直排泄压。

2.1.3  关阀断料

按照工艺流程关闭着火部位与其他关联的设备互通阀门，切断易燃易爆物料来源是关阀断料的基本原则。在实施时，要选择距离燃烧点最近的阀门予以关闭，并且若剩余可燃物量太多，燃烧时间长，现场处置人员要考虑辅以導流措施。装置火灾爆炸一时难以控制时，应该首先考虑对装置的雨排系统、化污系统、电缆地沟、物料管沟的封堵，防止回火爆炸波及邻近装置或者罐区，切断灭火废水的外排，达到安全环保处置要求。

2.1.4  调整工艺参数

发生事故时，若装置工艺流程和参数处于非正常状态，工作人员需要通过控制系统对装置的流量、温度、压力等参数进行调整；若控制系统损坏，则需要派员到现场进行手动调节阀门。

2.2  消防处置措施

发生事故时，灭火救援力量要第一时间控制灾情，避免引发连锁反应。企业需要采取相应的工艺措施，结合灭火救援力量，控制灾情的发展。[2]

2.2.1  侦查研判

煤化工企业火灾现场设备众多、情况复杂，火灾蔓延速度快，灾情难以预料，后果难以预料。救援力量到达现场后要迅速了解和全面掌握现场信息，控制初期火灾。

加强火场侦查，全面掌握情况包括：事故装置生产类别、主要原料及产品性质，装置工艺流程以及工艺控制参数，着火部位所处部位以及工艺关联的流程、管线走向，邻近设备、容器、储罐、管架等受火作用的程度，事故装置所处控制状态，已采取的工艺消防控制措施，消防水源等公用工程保障能力等。调取事故装置平面图、工艺流程图、生产单元设备布局立体图、事故部位及关键设备线构图、公用工程管网图等基础资料，与生产工艺人员一道核对事故部位、关键设备及控制现场信息，从事故发生部位入手分析判断灾情发展趋势。

发生火灾要第一时间确定同位素料位计是否安全可靠，若气化厂房发生爆炸，必须着防辐射服，携带有毒气体探测仪、可燃气体探测仪、同位素放射源探测仪和放射源收集器，快速找到并且安全转移放射源。[3]

2.2.2  冷却降压

煤化工生产厂房结构特殊，干式煤化炉高度一般在100m以上，湿式一般在50m左右，气化厂房高度也在60～120m之间，相当于高层建筑。冷却时，对于受火势威胁的高大装置应分层布置水枪（炮）阵地，从上往下均匀冷却；煤气化操作压力都在3.0～8.0MPa、操作溫度都在1000～1300℃之间，对于高压、高温设备，冷却同时要采取工艺措施降低内部压力，但要保持一定程度的正压；避免直流水枪对生产设备法兰、管道及接口等处的直接冲击，以防松动泄漏，造成灾情的扩大。

2.2.3  果断堵截

具体方法有以下几种：①对外泄可燃气体的设备火灾，应该在关阀断料的同时，迅速用喷雾水在下风方向稀释外泄气体。②地面液体流淌火，应该筑堤围堵，或定向导流，防止蔓延。③对于设备管线部位的液体流淌火，应关阀断料，对燃烧液体流经部位进行冷却；地面燃烧液体则按地面流淌火处理。④对于甲醇（醇类）储罐的泄漏，罐体的破裂存在一个短暂的过程，罐体从泄漏口开始崩坏，罐内的液面下降，最后成为湍流，进一步形成液池。处置这类情况时要及时关阀断料，根据泄漏情况筑堤围堵，防止蔓延。[4，5]

2.2.4  控制冷却

煤化工装置事故的处置过程中，实施及时充分的冷却控制是消除或者减弱装置发生爆炸、撕裂变形、倒塌破坏等危险的最有效措施，指挥员应分清轻重缓急，正确确定火场的主要方面和主攻方向，对受火势威胁最为严重的设备应该采取重点突破，消除影响火场全局的主要威胁。[6]

冷却的重点分为两部分：①燃烧区内的压力设备因为受到火焰的直接作用，其爆炸的危险性最大，应该组织力量对其实施不间断地充分冷却，部署力量扑灭有爆炸危险设备周围的火势，减弱火焰对设备的威胁。②燃烧区邻近设备容器、管道、塔釜等在热辐射和热对流的作用下，发生爆炸的危险性比较大，应该部署力量控制火势蔓延趋势，根据距离以及危险程度分别布置水枪水炮阵地对受热面实施充分冷却。

根据不同的对象所采取的冷却方法也有差异：①对受火势威胁的高大的塔、釜反应器应分层次布置水枪、水炮阵地，从上往下均匀冷却，防止上或者中部出现冷却断层，导致设备强度不同。②对着火的压力设备，在积极冷却的同时采取工艺措施，降低内部压力，但要保持一定正压，防止设备负压被大气压压变形。③对于着火的负压设备，在积极冷却的同时，应该关闭进、出料阀，防止回火爆炸。在必要或者可能的情况下，可以向负压设备注入氮气、过热水蒸气等惰性气体进行保护，调整设备内部压力。此外，在冷却设备与容器的同时，还应该注意对受到火势影响的框架结构、设备装置承重构件的冷却保护。

2.2.5  谨慎选择内攻灭火

煤化工厂房设备繁多，管道复杂，涉及高温、高压、有毒等极端环境，且甲醇等燃烧物在燃烧时热烟气较少，光照强烈条件下甚至会出现肉眼观察不到燃烧的情况发生。在发生火灾时，若未查明着火部位、着火范围、同位素料位计等情况下，禁止组织人员内攻。在确保各项工艺和预备措施到位的前提下，可以谨慎考虑开展内攻，但必须携带相关检测仪器。

2.2.6  水幕驱散稀释

利用水幕水枪、喷雾水枪、自摆式移动水炮等设备形成水幕，对已经泄漏出来的可燃或有毒的气体实施驱散、稀释或阻隔，抑制其可能遇火种发生闪爆和毒害的风险，防止扩散。

具体方法有：①在事故部位、单元之间设置水幕隔离带。②在泄漏的塔釜、机泵、反应器、容器或者储罐的四周布置喷雾水枪。③对于聚集于控制室、物料管槽、电缆地沟内的可燃气体，应该打开室内、管槽的通风口或地沟的盖板，通过自然通风或者机械送风、氮气吹扫进行驱散。

2.2.7  洗消监护

设备事故处理完毕后，需要对现场进行洗消作业，且实施现场监护，直至隐患彻底排除。

3 注意事项

甲醇储罐因为其特殊的火灾燃烧特性，故而在战法上有特殊性。

煤化工企业储存成品甲醇一般为内浮顶储罐，但是该原则不是一定，根据实际情况、预案、询问知情人及厂方、现场观察等方法确定事故罐的类型。一般来说，钢制浮盘按密封圈对待，其他类型的则按照全液面准备泡沫灭火剂。

在研判现场风险时，要特别注意甲醇的燃烧特性对现场处置带来的风险，充分利用热成像仪监控现场情况，结合现场风向、检测结果、燃烧现象等情况判断现场灾情。特别是指挥员、安全员必须配备热成像仪，尽量减少储罐周边的战斗员，以移动炮、高喷车、灭火机器人为主要力量，同时力量尽量布置在地势较高的地方或者受到泄漏影响较小的地方，防止发生流淌火而现场战斗员不易察觉，造成人员伤亡。[7，8]

合理利用好固定、半固定消防设施。一是对于固定、半固定泡沫系统还有效的储罐，要根据现场情况，严格按照操作程序利用好设施，并且确保充分发挥好泡沫灭火剂的效能，同时要严控一到就启动、一启动就失效或者长时间开启的情况。二是利用好氮封设施，可以打开直通阀注氮灭火，抑或者可以利用干粉消防车、移动制氮车、移动氮气瓶组保障氮气源的供应充足。[9]

调用灭火剂充分合理。根据现场情况，当现场处置时间较长、储罐储量较大需要调集泡沫时，应调集抗醇类泡沫，且尽量保证泡沫型号、比例一致，防止影响出泡和灭火效率。现场发动总攻时，由于压力、流量提高，泡沫攻击强度要按照一般油品的2倍进行计算，进攻的时间不要低于0.5 h，防止无法扑灭火势或者发生复燃。在调集泡沫时，要合理利用叉车等装备，减少供液距离，也避免过多的晃动产生泡沫，增长析液时间。[10-13]

4 结论与展望

文章主要通过对当前主流煤制甲醇装置的危险性进行分析，探讨了相关类型设备事故处置流程及注意事项。粉尘爆炸、封闭半封闭厂房事故、甲醇储罐火灾爆炸事故是煤化工有别于石油化工的特殊灾害类型，也是煤化工事故处置的重中之重，值得广大消防救援人员深入探讨分析。

参考文献：

[1]杨增光.基于消防专业的煤化工火灾危险性与事故处置难点分析[J].化学工程与装备，2019（12）：237-239．

[2]王小岩，蒋亚峰，武爱玲.煤化工企业编制生产事故应急预案要点浅析[J].江西化工，2020（1）：38-40．

[3]陈昱含.煤化工企业火灾风险性分析及防控对策研究[J].神华科技，2018（12）：12-16．

[4]邓祥国.煤化工企业甲醇泄漏扩散事故分析[J].广州化工，2016（3）：200-202．

[5]戴云信，王浩.煤化工企业危险化学品泄漏事故研究[J].科技风，2017（7）：172．

[6]周航.煤化工设备事故分析与控制对策[J].化工设计通讯，2019（7）：27-28．

[7]叶兆昇.煤制甲醇危险性及安全管控措施探究[J].石化技术，2020（1）：115-116．

[8]任晓东.煤制甲醇主要危害源分析及安全生产应对策略[J].同煤科技，2011（1）：17-19．

[9]黄克明.提升我国煤化工行业安全生产的对策研究[J].城市建设理论研究（电子版），2019（21）：64+63.

[10]徐振刚.提中国现代煤化工近25年发展回顾·反思·展望[J].煤炭技术，2020（8）：1-25．

[11]弓人.钛-碳素钢制热交换器的火灾事故[J].安装，1994（6）．

[12]罗永强，杨国宏.石油化工事故灭火救援技术[M].北京：化学工业出版社，2017．

[13]魏悍東.煤化工事故灭火救援技术[M].北京：化学工业出版社，2019．

Discussion on technical and tactical measures

for accident disposal in coal-to-methanol plant

Su Wenbin， Fu Bingqi

（Kunming Fire Services Training School of Ministry of Emergency Management， Yunnan Kunming 650000）

Abstract：Coal gasification technology is the core technology of the entire coal chemical industry. Coal gasification unit is also a key device that distinguishes coal chemical industry from petrochemical industry. It is difficult to prevent and control fires and has high fire risk. According to the characteristics of technology and equipment， the paper analyzes the dangerous factors and accident characteristics in the operation of coal-to-methanol plant， and summarizes the fire fighting technical and tactical measures to deal with the accident of coal-to-methanol plant.

Keywords：coal-to-methanol; hazard analysis; fire and explosion protection; technical and tactical measure