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          VOCs輸送管道火災及爆炸事故分析及預防

          作者: 發布時間:2022-05-30 10:44:16點擊:171

          信息摘要:

          化工企業管道內的物質主要為有機化學原料及產品,環保設施中的廢氣管道也是涉VOCs廢氣,這些管道輸送的物質其實絕大多數為VOCs!化工管道同化工設備一樣是化工生產裝置中不可缺少的組成部分,起著把不同工藝功能的設備連接在一起的作用,以完成特定的工藝過程,在某些情況下,管道本身也同化工設備一樣能完成某些化工過程,即“管道化生產”。同樣,化工VOCs廢氣也通過管道輸送,經常有企業在廢氣收集管道上收集不合理或去除靜電措施不理想,會導致管道發生燃燒及爆炸安全事故! 

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          化工管道布置縱橫交錯,管道種類繁多,被輸送介質的理化性質多樣,管道系統接點多,火災爆炸事故發生率高。管道發生破裂爆炸事故,容易沿著管道系統擴展蔓延,使事故迅速擴大。

          圖片
          化工管道系統的火災爆炸事故類型分析


          1、泄漏引起火災爆炸


          石油化工管道大多輸送易燃易爆介質,其實這些物質基本均屬于VOCs范疇,管道破裂泄漏時極易導致火災和爆炸事故。這是因為泄漏的可燃介質遇點火源即可燃燒或爆炸。管道經常發生破裂泄漏的部位主要有:與設備連接的焊縫處;閥門密封墊片處;管段的變徑和彎頭處;管道閥門、法蘭、長期接觸腐蝕性介質的管段;輸送機械等。

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          管道質量因素泄漏,如設計不合理,管道的結構、管件與閥門的連接形式不合理或螺紋制式不一致,未考慮管道受熱膨脹問題;材料本身缺陷,管壁太薄、有砂眼,代材不符合要求;加工不良,冷加工時,內外壁有劃傷;焊接質量低劣,焊接裂紋、錯位、燒穿、未焊透、焊瘤和咬邊等;閥門、法蘭等處密封失效。


          管道工藝因素泄漏,如管道中高速流動的介質沖擊與磨損;反復應力的作用;腐蝕性介質的腐蝕;長期在高溫下工作發生蠕變;低溫下操作材料冷脆斷裂;老化變質;高壓物料竄入低壓管道發生破裂等。


          外來因素破壞,如外來飛行物、狂風等外力沖擊;設備與機器的振動、氣流脈動引起振動、搖擺;施工造成破壞;地震,地基下沉等。


          操作失誤引起泄漏,如錯誤操作閥門使可燃物料漏出;超溫、超壓、超速、超負荷運轉;維護不,周,不及時維修,超期和帶病運轉等。


          2、管道內形成爆炸性混合物


          VOCs廢氣收集管道,部分氣體因滯留在輸送管道的角落而產生集聚,遇靜電而發生閃爆!如方管的角落容易使得VOCs廢氣集聚在方管的邊角處!還比如在停車檢修和開車時,未對管道進行置換,或采用非惰性氣體置換,或置換不徹底,空氣混入管道內,形成爆炸性混合物;檢修時在管道(特別是高壓管道)上未堵盲板,致使空氣與可燃氣體混合;負壓管道吸人空氣;操作閥門有誤使管道中漏入空氣,或使可燃氣體與助燃氣體混合,遇引火源即發生爆炸。

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          3、管道內超壓爆炸


          管道的超壓爆炸與反應容器的操作失誤或反應異常有關,冷卻介質輸送管道出現故障,導致冷卻介質供應不足或中斷,使生產系統發生超溫、超壓的惡性循環,最終導致設備、管線發生超壓爆炸事故。


          在管道中由于產生聚合或分解反應,會造成異常壓力。如在乙烯和過氧化物催化劑的管道中,溫度過高,超過催化劑引發溫度,乙烯就會在管道內聚合或分解,產生高熱,使壓力上升,導致管道脹裂或爆炸。


          連續排放流體的管道,尤其是排放氣態物料的工藝管線,因輸送速度降低等因素會導致設備內的物料不能及時排出,從而使設備發生超壓爆炸事故。


          高壓系統的物料倒流人低壓管道,造成壓力增加。


          4、管道內堵塞爆炸


          管道發生堵塞,會使系統壓力急劇增大,導致爆炸破裂事故。


          輸送低溫液體或含水介質的管道,在低溫環境條件下極易發生結冰“凍堵”,尤其是間歇使用的管道,流速減慢的變徑處、可產生滯留部位和低位處是易發生“凍堵”之處。


          輸送具有粘性或濕度較高的粉狀、顆粒狀物料的管道,易在供料;處、轉彎處粘附管壁最終導致堵塞。管道設計或安裝不合理,如采用大管徑長距離輸送或管道管徑突然增大,管道連接不同心,有障礙物處易堵塞;物料夾雜過大碎塊時易造成堵塞;物料具有粘附物性,若不及時清理,發生滯留沉積等情況,可造成管道堵塞。

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          操作不當使管道前方的閥門未開啟或閥門損壞卡死,或接受物料的容器已經滿負荷,或流速過慢,突然停車等都會使物料沉積,發生堵塞。


          5、發生自燃火災


          管道內結焦、積炭,在高溫高壓下易自燃,引起燃燒或爆炸。在加工含硫原料油煉油廠的高壓管線中,硫化亞鐵是一種很常見的物質,它是鐵銹和硫化氫發生反應的產物,設備停用后打開,以及維修之前與空氣接觸,就會迅速發生自燃。


          管道內介質溫度為超過自燃點的物質,泄漏出來與空氣接觸便會自燃。


          6、具有多種引火源


          物料在管道中輸送時,有多種引火源存在。啟閉管道閥門時,閥瓣與閥座的沖擊、擠壓,可成為沖擊引火源。閥門在高低壓段之間突然打開時,低壓段氣體急劇壓縮局部溫度上升,形成絕熱壓縮引火源。物料在高速流動的過程中,粉體與管壁、粉體顆粒之間、液體與固體、液體與氣體、液體與另一不相溶的液體之間、氣體與所含少量固態或液態雜質之間,發生碰撞和摩擦,極易帶上靜電,產生火花。

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          危險物料輸送管道周圍具有摩擦撞擊、明火、高溫熱體、電火花、雷擊等多種外部點火源??扇嘉锪蠌墓艿榔屏烟幓蛎芊獠粐捞幐咚賴姵鰰r會產生靜電,成為泄漏的可燃物料或周圍可燃物的引火源。


          7、易成為火災蔓延的通道


          由于管道連接著各種設備,管道發生火災,不但影響管道系統的正常運行,而且還會使整個生產系統發生連鎖反應,事故迅速蔓延和擴大,特別是管內介質有毒時,對人的生命威脅更大。在管道中傳播的爆炸,一定條件下會發生由爆燃向爆轟的轉變,對生產設備、廠房等建筑物造成嚴重的破壞。


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          化工管道火災爆炸事故的預防措施


          1、遵守安全布置原則


          輸送火災危險性為甲、乙類介質或有毒、腐蝕性介質的,管道,不應穿過與其無關的建筑物、構筑物。集中敷設于同一管架上的各種介質管道必須留有規定的間距。多層管架中的熱料管道應布置在最上層,腐蝕性介質管道應布置在最下層;易燃液體及液化石油氣體管道嚴禁與蒸汽、熱料管道相鄰布置;助燃與可燃介質管道之間,宜用不燃物料管道隔開或保持不低于250mm的間距。


          2、選材、設計、加工、安裝合理


          根據輸送介質的性質、溫度、壓力和流量等因素正確選擇管材,不可隨意選用代材或誤用,不得使用存有缺陷的管材,例如,要求高溫強度時,350℃以下使用沸騰鋼和半鎮靜鋼,在350℃時,應根據不同溫度分別使用鎮靜鋼、鉬鋼、Cr —Mo鋼和不銹鋼,不得使用碳鋼;為了防止低溫脆性,要使用奧氏體不銹鋼以及鋁、鎳銅合金的管材??扇家后w架空管道的支架應用不燃材料建造。為避免可燃液體管道在發生事故時液體漫流,可將管道敷設在不燃材料建造的地溝內,并保證良好的自然通風,以防止可燃蒸氣積聚。高溫物料管道應用不燃材料裝設保溫層,以防止可燃物接觸高溫管道起火。


          嚴格按照工藝設計要求設計,管道直徑的設計值應盡量大些,彎曲和變徑處應緩慢,而且彎管和變徑管要盡可能少,尤其是由水平向垂直過渡的彎管要少。管內壁應平滑,不準有折皺或凸起,不裝設網格狀的構件。


          管道的焊接質量符合要求,焊縫須作無損探傷檢查。管道的連接方式合理,可用加偏墊或多層墊等方法消除斷面偏差、空隙、錯口或不同心等安裝誤差。管道穿墻、樓板和屋面時,應加套管、防火肩、防水帽等裝置。焊縫、法蘭等接頭均應避開墻和樓板。管道和管件不得與管架直:接接觸,應按設計溫度、壓力等要求,采取加置木墊、軟金屬片或橡膠石棉墊等措施隔離。


          3、采取防腐措施


          根據輸送物料的腐蝕性選擇耐腐蝕材料,如對硫化氫的腐蝕,不同溫度下使用可采用鉻鋼,不銹鋼或滲鋁鋼;對高溫條件下的氫脆要用Cr—Mo合金鋼;對不同程度的硫腐蝕,分別采用5Cr、7Cr、9Cr鋼管;為了防止高溫氧化腐蝕,要用奧氏體不銹鋼管、5Cr或9Cr鋼管。


          采取合理的防腐措施,如涂層防腐、襯里防腐、電化學防腐、使用緩蝕劑防腐等。其中涂層防腐用得最廣泛,而在涂層防腐中又以涂料防腐用的最多。


          定期檢測管道的受腐情況,尤其是敷設于地下的管網系統,及時修復或更換腐蝕嚴重的部位。


          4、消除管道殘余應力


          為了避免管道振動,可采取設置減振裝置,增加柔性設計等措施。


          為了減弱熱應力的破壞作用,采用增加管系可撓性,緩解熱應力的熱補償方法,如采用專用的熱補償器;利用彈簧吊架結構或止動器約束管道在約束方向上的位移,在設備管口附近設置固定支架,削弱管口的應力和力矩,加設彎管,改變管道走向,增加管系總的可撓性或利用絕熱保溫等方法。


          針對不同外部載荷采取措施,如防止基礎下沉,可采用改變管道設置位置或支撐方式或強化基礎設計的方法;預防外力沖擊,可通過加強防護設施,可撓性設計,合理設置,加護欄或套管以及加強施工監督等方法。

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