顺丁橡胶生产装置灾害事故处置措施的研究

张茂鹏

（江苏省徐州市消防救援支队，江苏 徐州 221000）

随着橡胶产业的发展，生产工艺迭代升级，橡胶制品种类不断丰富，橡胶制品在日常生活、工业生产和军事等方面得到更加广泛的应用，橡胶制品产量也越来越大，橡胶产业已经成为国民经济的重要基础产业之一。合成橡胶是橡胶制品的主要原材料，其生产工艺复杂、自动化程度相对较低且机械设备更新缓慢，作为有机高分子材料其热值高，有较大的火灾危险性。

顺丁橡胶是我国主要的合成橡胶品种之一，是丁二烯单体经溶解催化后聚合得到的高分子材料，其主要用于制造轮胎、鞋类和塑料改性等领域[1]。

我国自1959年就开始了顺丁橡胶不同催化体系的研究，经过多年实践，自主研究开发了有中国特色的顺丁橡胶生产技术[2-3]。生产工艺是采用溶聚的方法使丁二烯、溶剂和引发剂等在连续釜式反应器中进行配位聚合，制得粘稠胶液，再通过水蒸气凝聚、洗胶、干燥、压块等获得顺丁橡胶。其生产过程主要包括聚合、凝聚、后处理和回收等工序[4]，整个工艺过程中装置内从原料到产品大部分为有机物，具有易燃易爆性，特别是在聚合过程中，丁二烯的自聚物易引起爆炸和设备、管道的堵塞。设备管道内部温度远高于主要物料的闪点，且大部分设备及管道压力都高于大气压，具有较大的危险性。设备的大型化、规模化使得生产过程一旦发生故障极易发生严重事故[5-7]。

据统计，截至2020年年底，我国顺丁橡胶生产企业共17家，产能占国内合成橡胶总产能的25%以上，且多数企业建厂时间长，设备已达到安全检查年限。安全、科学、高效地处置顺丁橡胶装置事故已成为消防救援队伍面临的重要课题。本文结合江苏某石化橡胶有限公司“1.12”爆燃事故探究顺丁橡胶生产装置事故的处置方案和注意事项。

1 顺丁橡胶生产过程危险性分析

顺丁橡胶等合成橡胶在生产过程中大部分存在火灾、爆炸、中毒、窒息和坠落等危险因素，其生产储存过程中都有较大的危险性。

1.1 生产原料

丁二烯常态下为无色、略带蒜味的气体，有麻醉性，特别刺激粘膜，其密度比空气大，可溶于有机溶剂；闪点较低，为-78 ℃；性质活泼，易聚合，可与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限为2.16%～11.47%。丁二烯可致人急性中毒，轻者有头晕、头痛、恶心和心悸等症状；重者出现醉酒状态、呼吸困难，进一步还可能出现抽搐、昏迷；溅到皮肤上，可引起冻伤。长期吸入低浓度丁二烯者有可能出现神经衰弱综合症。

在顺丁橡胶生产过程中需要添加催化剂促进顺式加成反应。三氟化硼是我国顺丁橡胶生产过程镍系催化剂的重要组分，其具有极强的腐蚀性，长期未清理会对设备进行腐蚀，造成设备泄漏；在反应釜内较高的温度以及压力下如不能及时移除，很有可能发生爆炸。此外，三氟化硼与空气中的水反应或与灭火用水作用可产生氟化气体，对裸露在外的皮肤造成腐蚀。计量单元中的三异丁基铝遇到空气与水会发生燃烧或爆炸，在火灾扑救过程中是需要防范的重要风险隐患之一。

1.2 聚合设备

丁二烯聚合过程对反应釜的工艺要求较高。聚合反应会放出大量热量，聚合效果取决于反应釜内温度与压力的控制情况。反应釜内部除装有危险性物质外，内部压力条件也是风险隐患之一。温度过高会产生爆聚，反应釜在压力与温度的双重作用下极有可能发生爆炸事故；若温度较低，丁二烯不发生聚合反应，有可能发生泄漏 爆炸。

1.3 精制回收过程

回收过程中丁二烯会与空气中的氧气接触而缓慢氧化，产生过氧化物及其聚集物。聚集物在光照、撞击等状态下可发生爆炸，其微溶于丁二烯，容易析出，是极危险的易爆化合物，具有较大的潜在危险性。

1.4 后处理过程

干燥机对橡胶进行后期处理过程中，设备内部温度较高，若橡胶未能及时排出，导致干燥机中残留胶存留时间过长，残留胶在高温下会塑化，遇空气易着火。橡胶输送过程的挥发物受到静电摩擦影响也易起火燃烧。

2 “1.12”爆燃事故火灾现场风险评估

2.1 设备管道受损严重，火势呈立体燃烧

2021年1月12日，江苏某石化橡胶有限公司橡胶回收区发生爆炸后，顺丁橡胶装置回收单元框架、回流罐、缓冲罐及管线阀门受损严重，短时间内由单体设备初期灾情衍变发展为装置立体火的难控、失控灾情，形成地面流淌火、装置流淌火、气相喷射火等多个火区，严重威胁邻近装置单元，有再次发生爆炸及装置、管廊等坍塌的危险。

2.2 物料性质特殊，处置专业化要求高

顺丁橡胶的原料丁二烯化学性质活泼、极不稳定、有毒、易燃、易爆、易自聚，且聚合物本身自燃。着火的顺丁橡胶精制回收单元设备中存有不同纯度的丁二烯，虽为正压设计，但前期爆炸使得设备内部暴露在空气中，丁二烯会与空气中的氧气反应缓慢氧化产生过氧化物或聚集物，聚集物在光照或撞击等状态下会发生二次爆炸。事故处置过程中，盲目用水扑灭丁二烯精制回收装置火灾，水流冲击管线内部极易引起爆炸，必须结合厂区工艺设备情况综合研判，落实处置措施，控制燃烧，防止二次爆炸。

2.3 工艺条件缺失，消防作战安全评估难度大

爆炸发生后，通往顺丁橡胶生产装置回收单元的电缆桥架被高温熔断，集散控制系统（DCS控制系统）动力失效，无法监控装置设备压力、温度和液位变化情况。装置控制除流量调节阀外均为手动阀，且大部分阀门、氮气管线被炸坏或烧损而无法使用，导致前期火势快速蔓延，也加大了处置难度和风险。

2.4 不确定因素多，后续作业风险高

在关阀断料、控制并熄灭火势后，为防止塔、罐、器、槽及管线产生负压而进入空气，加速丁二烯残留物料自聚反应以及发生燃烧爆炸，现场始终保持不间断冷却稀释，降低设备温度，持续用高纯氮气反复进行吹扫，以减少丁二烯集聚，降低二次爆炸的风险。

3 橡胶生产类火灾现场处置措施

结合“1.12”爆燃事故的现场风险评估和处置经验，总结橡胶生产类火灾现场的处置措施。首先采取工艺处置的方法，对厂区设备进行初期控制，其次按照“立体冷却、控而不灭”的战术措施，对装置主体实施冷却覆盖，重点冷却燃烧区内的压力设备，对燃烧区邻近设备的受热面进行充分冷却，保护框架结构安全。待火情得到控制后，根据“控制性燃烧、保护性处置”的战术，安全处置厂区设备内部的残余危险物，最后做好安全检测，保证无复燃危险。

3.1 采取工艺处置，减少爆炸现场危险物数量

当罐体和管道发生泄漏或火灾爆炸事故后，厂区应第一时间采取紧急停车、泄压排爆、关阀断料等工艺措施，控制泄漏源。消防人员到场后，在厂区专家的指导下对管线阀门进行关闭处理。若未有厂区专家指导，禁止熄灭正在燃烧的气体，以免发生回火，造成次生灾害[8]。

3.2 选择地势较高位置作为消防作战区域

丁二烯是有机物，且比空气密度大，略溶于水。当丁二烯发生泄漏后，会随着现场冷却水流淌到各处，且易在低洼处聚集。在事故现场处置中，救援指挥部科学研判，应选择地势较高位置作为作战区域，并结合丁二烯的理化性质，选取抗溶性泡沫对爆炸现场周围进行覆盖，防止泄漏的丁二烯聚集而发生火灾或爆炸。

3.3 利用雾状水冷却确保现场处于稳定燃烧状态

按照“立体冷却、控而不灭”的战术措施，通过雾状水冷却设备管道，利用固定消防设施、移动炮、高喷车对与回收单元相邻的聚合单元和后处理单元进行冷却降温。采用雾状水冷却覆盖，重点冷却保护燃烧区内的压力设备，冷却作业面选取管道或设备的侧面，严禁直流水冷却设备管道的破坏面，此外要对燃烧区邻近设备的受热面进行充分冷却，保护框架结构安全。

3.4 注入惰性气体降低装置风险

根据“控制性燃烧、保护性处置”的战术可向着火装置、设备内部缓慢注入氮气，发挥其抑制、惰化作用，减小爆炸风险和燃烧强度。

3.5 做好后续安全监测

火势扑灭后，应继续对装置主体和周边环境实施水雾覆盖，对装置内外温度和扩散性气体浓度进行不间断监测，确保无复燃危险。

4 橡胶生产企业日常安全管理工作建议

4.1 加强厂区综合防爆措施监督检查

丁二烯的流量、温度、压力等仪表设施应齐全有效，企业应安装可燃气体自动报警器、紧急放空管、紧急放料管等安全装置，以及紧急放空导入火炬系统，并在日常监督检查过程中着重对安全装置进行检查。企业应落实凝聚过程中的自聚物质定期清理制度，对厂区内部消防设施设置的科学性进行研判和掌握。

回收装置四周设立的环装高压消防供水管网压力应充足，厂区大型设备附近除常用水炮外，企业应设置水雾两用水炮，才能保障灾害初期冷却的科学性与有效性。

4.2 优化信息收集程序

化工火灾需要指挥部全面掌握救援现场基本情况，灭火救援现场指挥部应将企业负责人、技术员、操作员等纳入到指挥部作战助理体系中，并及时收集相关平面图、工艺流程图等信息，掌握现场灾害变化和处置过程，为灭火救援工作打好信息基础。

4.3 强化常态组织复盘推演

企业及消防救援队应建立典型案例复盘推演制度，及时进行指挥调度和桌面推演。检验工作得失，提出改进措施，“全链条”推动改进灭火救援工作。针对化工装置灾害，应坚持“工艺优先、冷却抑爆、适时关阀、注氮保压”的战术原则，充分利用DCS系统实施侦察监控，科学采取紧急停车、放空引燃等工艺措施，并做到“三个结合”，即工艺保护措施与消防处置技战术相结合、现场指挥部与专家技术力量相结合、消防救援力量与企业消防力量相结合。

4.4 加强企业处置预案更新

消防救援队伍应将辖区重点单位熟悉工作变为常态，双方合作定期组织并开展灭火救援演练，持续加强对工艺设备的学习，定期组织理论授课，及时更新灭火处置预案，切实做到底数清、情况明了、措施可落实。

4.5 加强专业力量建设

在化工企业相对聚集的地区，应共享政府应急部门、高校院所、大型化工企业等技术资源，分级分类建立建强化工专业队伍。化工企业无论规模大小，都应建立工艺处置队和灭火救援队，或签署相应联防协议，并定期组织相关培训演练；应制定完善的应急操作制度，明确岗位职责，熟悉生产工艺流程，具备事故状态下的逆向应变和处置能力，确保一旦发生事故能及时采取关阀断料、排空泄压等有效控制措施。

5 结语

随着我国工业化进程的快速推进，石油化工企业逐渐趋于规模化、快速化发展，其中顺丁橡胶广泛应用，是国家经济发展不可或缺的一大产业。虽然其自主知识产权技术且工艺应用成熟，但其具有易燃、易爆、高压操作和生产工艺复杂等特点，易引发火灾、爆炸事故，造成较大损失。

橡胶企业生产安全关乎国家和人民的生命财产安全，企业必须深刻认识事故预防和企业安全生产的重要性，通过完善安全生产制度和规范，健全安全生产责任制，提高企业的安全管理水平，有效地预防、控制和减少安全事故的发生。大部分事故发生前都有不安全隐患，如果事故防范措施周密，在一般情况下都能够使隐患得到及时消除，避免和减少事故。