工艺措施在化工装置灾害事故应急处置中的应用

王桂春(镇江市消防救援支队，江苏 镇江 212028)

0 引言

化工装置发生灾害事故，坚持“工艺处置措施与消防技战术措施相结合”是一条重要处置原则。工艺处置措施是指利用化工装置自身的设计和设备来控制以及处置化工装置灾害事故的技术手段。工艺措施在处置化工装置灾害事故时，往往会起到关键性作用，运用和操作得当，可以为后续灾害事故处置赢得先机，甚至能直接成功处置灾害事故。化工装置的复杂性和多样性决定了工艺处置措施的复杂性和多样性，常见的化工装置工艺处置措施主要有：紧急停车、关阀断料、泄压排爆、倒料输转、搅拌灭火、氮气惰化、参数控制、切断外排等等。

1 常见工艺处置措施

1.1 紧急停车

紧急停车是指化工装置在正常运行过程中，突然因操作失误、设备故障或工艺条件恶化等不可预见的情况，无法保持正常生产而造成的非计划性紧急停止运行[1]。紧急停车作为一种工艺处置措施一般是通过紧急停车系统(emergency shutdown device，ESD)来实施和实现的。ESD 通过对化工生产装置在运行过程中可能发生的危险或若不采取有效措施将继续恶化的状态进行应急响应和安全保护，使全部或局部化工生产装置进入到预设的安全停车工况，从而使危险尽可能降到最低程度，以保证人员和设备的安全。

1.1.1 实施方法

在化工生产装置中，有一种用于对生产过程进行全程动态监控、使生产装置在预设参数下平稳运行的生产过程控制系统。ESD 通过对生产过程中的关键参数及工作状况进行连续监测，当监测到的过程变量超过预设安全限定参数时，ESD 立即取代生产过程控制系统进行自动操作，按照预设的安全逻辑顺序进行动作，将生产过程设置成安全的工作状态，把发生安全事故的可能降到最低程度。部分自动化程度较高的化工生产装置，在生产现场设有紧急停车按键，当紧急情况发生后，现场操作员可以在第一时间按下此按键实现紧急停车。

1.1.2 注意事项

(1)发生爆炸、着火、大量物料泄漏等事故，发生紧急停车，应首先切断物料源；

(2)出现紧急停车，现场人员应立即停止作业，迅速撤离现场；

(3)出现紧急停车，生产装备降压降温必须符合幅度要求，按先高压后低压的顺序进行。

1.2 关阀断料

化工装置灾害事故现场，如果发生化学品泄漏，要控制或减少危害，关键是及时寻找泄漏源头，设法关闭阀门，控制泄漏总量，直至泄漏彻底停止，危害彻底消除。

1.2.1 实施方法

化工装置发生泄漏的关阀断料，一般分两步实施：一是查明情况，主要查明泄漏化学品的种类、部位、泄漏量、泄漏源头，查明距离泄漏点最近且又能控制泄漏的阀门的位置、类型、编号、周围情况及关阀路径，查明现场有无爆炸和着火等危险情况；二是组织关阀，一般由消防救援队伍派出精干力量和事故单位熟悉情况的技术人员组成关阀小组，制定关阀方案，加强个人防护，在喷雾水或泡沫掩护下实施关阀[2]。

1.2.2 注意事项

(1)注意工艺流程要求。要考虑关闭阀门后是否会造成前道工序的设备出现超温超压，进而发生爆炸等危险；要考虑关闭阀门后，设备压力是否会由正转负、是否可能导致加热设备温度失去控制；要考虑关阀断料与主动紧急停车同时实施。

(2)注意实施保护措施。若阀门周围泄漏化学品已起火燃烧，要先扑灭火势，若不宜扑灭火势或情况紧急来不及扑灭火势，可组织水枪控制火势，确保关阀行动安全；若阀门周围泄漏物质浓度较大时，可先用水枪出喷雾水驱散稀释；若阀门处温度较高时，要先用水枪出水予以冷却降温。

(3)注意关阀断料顺序。泄漏点处应先关闭进料阀门再关闭出料阀门。泄漏处的阀门关闭后，还要尽量将前道工序设备的进出阀门关闭，防止出现物料倒流。总体来说：先进料，后出料；先上游，后下游；先外围，后局部；先主线，后副线；先重点，后辅助；先断料，后抑制。

1.3 泄压排爆

泄压排爆是指化工装置出现系统超压时，打开紧急放空管线，将超压气体排入火炬管线或在灾害现场直接排放泄压，防止设备或系统超压爆炸的一种工艺处置措施。

1.3.1 实施方法

当化工装置压力容器因受热或其他原因导致内部压力急剧升高，或因系统工艺参数变化较大、压力和温度提升较快时，通过与设备相连的火炬放空总管，将部分或全部物料主动点燃形成稳定燃烧或直接排放，防止爆炸发生。火炬放空可以采用远程自动点火、远程手动点火或就地手动点火等3 种方式。

1.3.2 注意事项

(1)当化工装置灾害事故现场需要排放大量可燃有毒气体及蒸气时，不得直接排放到大气中，应排放到火炬系统燃烧处理；

(2)如果经过多次点火仍不能成功，应马上停止点火，及时组织技术人员排查原因，不得反复点火，否则存在爆炸危险；

(3)泄压排爆或火炬放空应由熟悉工艺流程的技术人员或专门操作人员操作，否则容易发生危险。

1.4 倒料输转

倒料输转是指通过倒罐等方法把化工生产装置中储罐、反应釜等容器里的物料转移出去，以减轻灾害事故现场危险的处置行为。它是处置化工装置灾害事故的有效手段，对控制险情、清除隐患、加快处置速度和降低事故损失起着重要作用。

1.4.1 实施方法

(1)利用压力差倒罐。不同设备压力和液位有较大差距时，可以利用此压力和液位差，将泄漏处容器中的物料转移到相邻容器中去；或先将相邻容器内的物料输转出去，再将泄漏处容器内物料输转至相邻容器[2]。

(2)利用输转泵倒罐。若泄漏处容器与邻近容器没有压力差或连接管道损坏无法直接倒罐，可以利用输转泵将泄漏处容器内物料输转至邻近容器、危化品槽罐车或其他安全的地方[2]。

(3)对冷凝状气体或黏稠状液体，具备条件时，可采取氮气或蒸汽吹扫，一方面减少泄漏设备内物料残余量，另一方面可以加快输转速度。

1.4.2 注意事项

(1)设定现场警戒。要根据泄漏物质、现场风向，划定三级警戒区域，输转作业要在上风或上侧风方向进行。

(2)选择合适输转泵。如果灾害现场泄漏的是易燃易爆化学品，采用输转泵输转时，要采用防爆输转泵。

(3)实施现场监护。要对现场进行实时监测，防止输转过程中发生二次泄漏；要安排喷雾水枪实时监护倒料输转行动。

(4)控制输转速度。输出设备内的压力正常情况下不应低于0.l MPa。条件允许，可向输出设备内输入氮气或水蒸气，防止形成负压。

1.5 搅拌灭火

当化工生产装置储罐或容器内液体着火，并处于燃烧初期或温度不高时，可从储罐或容器底部输入一定量的相同冷液或冷水(要确定液体遇水不发生化学反应)。也可输入惰性气体，使储罐或容器内的燃烧液体充分搅动，通过下层低温液体与上层高温液体之间的热传导，使液体整体温度下降，直至火灾熄灭或再使用灭火剂灭火。

1.5.1 实施方法

搅拌灭火一般分为两步：一是传输物料；二是搅拌物料。搅拌物料应通过储罐或容器内的搅拌系统实施。在实施搅拌灭火前，应检查化工装置搅拌系统是否好用，否则不能进行搅拌灭火。

1.5.2 注意事项

(1)搅拌灭火只适用于储量较大且闪点较高的液体储罐和容器火灾。若储存量较少或液体闪点较低，则不可使用。

(2) 要计算好需要输入冷液或冷水的数量和时间，防止超量造成溢流。在输入时，必须同步做好其他灭火准备。

(3)实施搅拌灭火，应同步冷却储罐或容器外壁，内外同时降温，防止储罐或容器变形爆炸，同时加快灭火速度。

1.6 氮气惰化

氮气惰化是指利用化工装置设有的氮气管道，向封闭的系统管道和着火设备内通入氮气窒息灭火的工艺措施。条件合适时，氮气可以用水蒸气代替。

1.6.1 实施方法

首先要检查系统各部件是否正常运转；其次主要是缓慢打开氮气惰化管道阀门，将氮气输送到着火部位的生产装置设备内，待火势熄灭后，关闭阀门。

1.6.2 注意事项

(1)确保氮气源纯度高且保持干燥，避免带入杂质影响灭火效率；

(2)操作过程中，要注意氮气惰化系统相关阀门的打开顺序，避免误操作造成泄漏及污染。

1.7 参数控制

参数控制就是对发生灾害事故后受破坏较小、系统比较完整的化工装置，通过对系统参数进行调节，达到控制系统反应程度，使火势逐渐减小直至熄灭的措施。

1.7.1 实施方法

参数控制主要分为控制流量参数、控制温度参数和控制压力参数3 种方法：控制流量，即对化工生产装置管道阀门进行调节或关闭，达到可以使火灾逐渐熄灭所需的物料流量；控制温度，即对化工生产装置进行操作使着火部位温度得以提升或降低，直至达到所需的控制温度；控制压力，即调节化工生产装置相关阀门，以达到系统所需的控制压力。

1.7.2 注意事项

参数控制对化工装置的设计与维护要求较高，并且仅适用于发生险情后还能保持比较完整的化工装置。

1.8 切断外排

化工装置发生灾害事故，一时难以控制，应考虑对事故区域排水系统、排污系统、电缆沟槽、物料管沟实施封堵，切断泄漏物料和灭火废水外排。

1.8.1 实施方法

若能在化工装置灾害事故发生时实施切断外排措施，前提是化工装置生产区域甚至是全厂区域要建立内外环保应急隔离系统，对内部雨水和污水能做到分流，设置独立的雨水、污水排放口，分别在排放口末端设置闸门，并在闸门附近设置排水泵或其他排水设备。实施切断外排，首先要将雨水和污水排放口闸门分别关紧，并启动排水泵或其他设备将管网中的废水抽送至企业污水处理站、应急事故池或雨水收集池。

1.8.2 注意事项

(1)企业污水处理站、应急事故池或雨水收集池应能容纳可能出现的液体体积之和，通常包含化工装置泄漏出的液体量、事故延续时间内消防救援用水量、雨水和污水管道内自带液体量及事故处置期间可能出现的雨水量；

(2) 若雨水、污水管道没有设置可开闭的闸门，那就应设置事故发生时可迅速切断废水外排的物资，比如沙土、沙袋等，并制定能将废水导入储存设施的预案；

(3)事故中泄漏物质若为挥发性有害物质，则还应提前制定相应的安全应对措施。

2 工艺处置措施应用层次分析

除上述介绍的常见8 种化工生产装置灾害事故工艺处置措施外，实际工作中还有一些其他工艺处置措施。那么在处置化工生产装置灾害事故时，如何选择工艺处置措施？这需要对上述工艺处置措施进行比较、判断、评估，最后做出决策。这个过程中，各种因素的影响和可能造成的后果很难量化，从而给决策造成困难。可以借助层次分析法[3](analytic hierarchy process，AHP)得出化工装置灾害事故处置工艺措施应用选择的一般规律。

2.1 紧急停车为首选项

事故即将发生或发生后，采取紧急停车，可以对化工生产装备可能发生的险情或不采取措施将进一步恶化的状况进行响应和保护，从而使危害程度降低到最低限度，以保证人员、设备及周边设施的安全。

2.2 关阀断料和泄压排爆为次选项

实施关阀断料和泄压排爆可以切断物料来源、防止超压爆炸，能从根本上控制事故态势，最大程度降低事故损失，为事故成功处置创造先决条件。

2.3 倒料输转和氮气惰化为第三层次选项

实施倒料输转和氮气惰化是仅次于关阀断料和泄压排爆的隔离物料和降低物料浓度的方法，但是它受系统设计和维护程度、发生事故后装置完好程度和事故现场环境等因素影响较大，有可能无法实施、不能在第一时间实施或者实施的危险性较大。所以，需要优先考虑实施首选项和次选项，在首选项和次选项无法实施的情况再考虑实施这两项措施。

2.4 搅拌灭火和参数控制为第四层次选项

搅拌灭火时要注意搅拌速度，若搅拌过快，则物料会产生一定热量，对闪点较低的物料来说可能会加剧燃烧，或是输入过量物料，也会导致火势扩大[4]。实施参数控制时，要严格注意参数控制操作的精确性，若参数控制失误，反而会延误事故处置时间，导致火势蔓延扩大。所以，搅拌灭火和参数控制作为工艺灭火方法要谨慎选择。

2.5 切断外排是必选项

只要化工装置发生有毒有害危化品泄漏或者有灾害事故处置用水流入雨水或污水管网，都要采取切断外排措施，一方面是防止灾害事故扩大，另一方面也是防止污染和保护环境需要。

3 工艺处置措施灭火应用案例

3.1 某石化烯烃厂泵站管线火灾处置案例

2017 年3 月30 日，某石化烯烃厂烯烃储罐区输送泵站突然爆炸起火。事故装置为乙烯装置，装置内共有13 个全压力球型储罐，分别存有乙烯、丙烯、碳四等易燃易爆物质，泄漏后气体体积急剧膨胀，且不易扩散，极易沉积形成爆炸性混合气体，一旦冷却不到位或处置不当，易引发连锁反应，造成灾难性事故[5]。经过消防员3 个多小时艰苦鏖战，大火被成功扑灭，事故未造成人员伤亡和次生灾害。此次事故处置分为初战布控、冷却抑爆、工艺处置、收残监护4 个阶段。工艺处置在此次事故处置中发挥了重要作用，此次事故处置一共运用了三种工艺处置措施：一是关闭所有罐区进出料液相、气相阀门，实施紧急停车；二是点燃火炬系统，降低全厂生产性负荷；三是及时启动氮气吹扫系统，加快物料排出，防止储罐及管道中残留物料再次引发燃烧爆炸。

3.2 某公司双氧水生产装置爆炸事故处置案例

2021 年10 月14 日，某公司发生爆炸泄漏事故。爆炸部位为净化塔，爆炸后引发燃烧，燃烧主要物料为重芳烃和双氧水。发生事故的双氧水生产装置的主要原辅材料为氢气、磷酸、重芳烃、碳酸钾、活性氧化铝、磷酸三辛酯、四丁基脲等化学物品。在此次事故处置初期、中期和后期都运用了工艺处置措施：处置初期，消防员组织企业对生产装置区的雨排和化污系统进行封堵，切断灭火废水外排。处置中期，第一时间确认紧急停车、关阀断料等工艺处置措施实施到位；在非着火装置物料进出管线阀门增设盲板，实施物理隔离，确保邻近装置安全；处置后期，消防救援力量协同企业共同做好事故装置残液惰化、吹扫、置换、倒料等善后工作。

4 结语

本文重点介绍了常见的8 种化工装置灾害事故工艺处置措施及其实施方法和注意事项，运用层次分析法对8 种工艺处置措施进行实际应用分析，得出了工艺处置措施在实际应用中的一般规律。并介绍了部分工艺处置措施在两起化工装置灾害事故处置中的应用，为更好处置化工装置灾害事故提供借鉴。