在化工企業中, 所涉及的絕大多數化工原料、中間體、成品、半成品、副產品等都具有易燃、易爆、腐蝕性或者有毒有害等特點。 以長壽化工園區內的四川維尼綸廠為例, 就有乙炔、甲醇、甲醛、醋酸乙烯、乙酸丁酯、醋酸、天然氣、乙醇、液氯、氧氣、雙氧水等多種危險化學品物質, 而且儲量都比較大。
(1)化工生產裝置種類繁多, 各種塔、釜、槽、罐、閥門比比皆是;
(2)高度密集, 設備緊湊;
(3)各種管道(線)縱橫交錯, 上下串通, 左右貫穿。
二、化工生產工藝的特點(1)自動化生產程度高, 連續性強;
(2)生產中的處理量比較大;
(3)生產工藝過程複雜多樣, 工藝控制參數多;
(4)要求高, 操作嚴格, 通常都是在高溫、高壓、低溫、真空等條件下進行, 並且伴有複雜的化學反應。
三、化工火災的特點上訴化工生產的不同特點, 也決定著化工企業的各個環節中都容易發生火災甚至爆炸的事故。
(1)火勢猛烈, 燃燒強度大, 火場溫度高, 熱輻射強;
(2)火災蔓延速度快, 極易形成立體火災、大面積火災和流淌火;
(3)容易複燃和多次爆炸;
(4)往往需要投入較多的參戰力量和較長時間;
(5)組織指揮、撲救和處置的難度都相當大;
(6)易造成重大人員傷亡和財產損失, 社會影響大;
(7)容易造成環境污染, 有毒有害物質一旦洩漏到大氣或排放到江河中易造成大量人員傷亡和大氣、水資源污染, 影響持久、治理難度大。
四、化工火災危險性分析按照消防工作“預防為主, 防消結合”的方針, 預防化工火災事故的發生, 減少火災事故的損失, 是當前消防安全工作中一項十分重要的內容。 而進行火災預防的前提就是應該清楚化工生產過程中存在的主要火災危險種類、分佈及可能產生的危險方式和途徑等。
1.化工生產中典型化學反應的火災危險性分析
化工生產的核心是化學反應, 這些化學反應過程中均存在著不同程度的火災危險性, 不同的化學反應過程的火災危險性往往不同。 結合長壽化工園區內化工企業的生產狀況, 這裡將著重針對幾種典型的化學反應過程的火災危險性展開分析。
(1)氧化反應
在化工生產中, 常把加氧去氫的反應叫作氧化反應。 氧化反應需要加熱, 絕大多數又都是放熱反應,
(2)還原反應
在化工生產中, 通常把加氫去氧的反應叫作還原反應。 還原反應種類很多, 無論是利用初生態氫還原, 還是用催化劑把氫氣活化後還原, 都有氫氣存在, 特別是催化加氫還原, 大都在加熱、加壓下進行, 若氫氣洩漏, 極易與空氣形成爆炸性混合物, 遇火就會爆炸。
(3)硝化反應
硝化反應是指在有機化合物分子中引入硝基(-NO2), 取代氫原子而生成硝基化合物的反應。 硝化是放熱反應, 溫度越高, 反應速率越快, 放出熱量越多, 需在降溫條件下進行, 否則易引起火災和爆炸事故。 因此控制反應的溫度是關鍵, 可以通過有效冷卻、良好的攪拌、控制反應速度等方法實現。 此外, 硝化劑具有較強的氧化性, 常用的硝化劑如濃硝酸、硝酸、濃硫酸、硫酸、混合酸等, 它們與油脂、有機物接觸即能引起燃燒。 而被硝化的物質(如苯、甲苯、甘油、脫脂棉等)也大多易燃, 若使用或貯存管理不當,易造成火災。硝化產品大都有著火爆炸的危險,受熱、摩擦、撞擊或接觸明火,極易發生爆炸或火災。
(4)聚合反應
聚合反應是指將若干個分子結合為一個較大的組成相同而分子量較高的化合物的反應過程。聚合反應一般在高壓下進行,而聚合反應本身又是放熱反應,往往由於聚合熱不易散出而導致火災爆炸事故。因此,在聚合反應中要嚴格控制反應的溫度以及反應過程中良好的攪拌。如在聚合反應過程中不能充分攪拌,就會引起暴聚發生爆炸事故。
(5)裂化反應
裂化反應是指有機化合物在高溫下分子發生分解的反應過程,主要有熱裂化、催化裂化和加氫裂化三種類型。熱裂化是在高溫高壓下進行,裝置內的油品溫度一般超過其自燃點,若漏出油品會立即起火,反應還會產生大量的可燃裂化氣,有發生爆炸的危險。催化裂化一般在(460~520)℃和(0.1~0.2)MPa下進行,也會產生大量的易燃裂化氣。而加氫裂化,需要使用大量氫氣,容易使裝置發生氫脆,且反應溫度和壓力都較高,再加上是強烈的放熱反應,火災危險性相當大。因此,需嚴格控制反應的溫度和反應設備的密閉性等。
(6)氯化反應
氯化反應是指有機化合物中氫原子被氯原子取代的反應過程。常用的氯化劑有氣態或液態氯、三氯化磷、次氯酸鈣等。氯化反應的原料大多是有機易燃物和強氧化劑(如甲烷、乙烷、酒精、天然氣、苯、甲苯、液氯等),本身容易發生火災爆炸。而最常用的液態或氣態氯,不僅屬劇毒品,且氧化性極強,貯存壓力較高,一旦洩漏,危險性很大。氯化反應是放熱反應,溫度越高,反應越劇烈,放出的氯化氫氣體和氫氣越多,設備易受腐蝕而發生洩漏,容易造成火災或爆炸。因此,氯化反應的關鍵是控制投料配比、溫度、壓力和投入氯化劑的速度。
(7)磺化反應
磺化反應是指在有機化合物分子中引入磺(酸)基(-S03H)或其衍生物的化學反應。常用的磺化劑有濃硫酸、發煙硫酸、硫酸酐等,它們都能強烈的吸水放熱,引起溫度升高。磺化反應中所用原料如苯、硝基苯、氯苯等均為可燃物,所用的磺化劑濃硫酸、發煙硫酸等又都是氧化性較強的物質,整個反應是典型的放熱反應,若不進行有效控制,很可能使反應溫度超高,以致發生火災或爆炸事故。因此,要嚴格控制反應溫度,進行有效的冷卻和良好的攪拌,並控制投料的速度。
(8)電解反應
電解反應是指電流通過電解質溶液或熔融電解質時,在兩個電極上所引起的化學變化過程。鈉、鉀、鎂等有色金屬和鋯、鉿等稀有金屬的冶煉,銅、鋅、鋁等的精煉,氫氣、氧氣、氯氣、過氧化氫等許多化工產品的製備,以及電鍍、電拋光、陽極氧化等,都要通過電解來實現。電解反應的火災危險性主要是在電作用下能產生一些易燃易爆氣體,洩漏遇明火就會發生爆炸。因此,要防止易燃氣體的洩漏、滲透及設備整體系統的良好接地。
2.化工生產中典型操作單元的火災危險性分析
雖然化工生產中的化學反應種類繁多,但是化工生產中的操作單元卻相對比較固定,下面將著重分析幾種典型操作單元的火災危險性。
(1)物料輸送
由於化工生產中所輸送的物料大部分為有機易燃物,因此要防止在輸送過程中會產生靜電,或在搬運過程中由於撞擊摩擦產生火花而引發火災。
(2)加熱
加熱是最常見的控制條件。若溫度過高,反應速率加快,容易引發火災爆炸。若升溫速度過快,容易使反應溫度超過規定的溫度上限。因此,在加熱過程中要嚴格控制溫度的上限和升溫速度。
(3)冷卻
冷卻一般比加熱安全,但應該控制冷卻溫度的下限,以免過度冷卻,造成物料太稠。冷卻速度也不可太快,以免溫差太大,引起設備滲漏,引發事故。忌水物料的冷卻介質應該選用凝固點低的礦物油,以免遇水發生爆炸。
(4)蒸餾
蒸餾是化工企業常見單元操作,主要有減壓蒸餾、常壓蒸餾和高壓蒸餾,通常以蒸氣、載體加熱、電加熱等方式進行加熱,而加熱物料往往是易燃可燃液體,極易造成火災。因此,要嚴格控制加熱溫度、保證冷卻效果以及反應設備管道的密閉性和系統的靜電消除。
(5)攪拌
把物料拌勻,以利進行反應,通常都是用機械攪拌。機械攪拌時要嚴格控制溫度、攪拌速度以及防靜電措施上。
(6)調節PH值
加酸、堿調節PH值時,都會產生熱量,所以加的速度不宜過快,而且要控制溫度。調節PH值時,酸、堿也不能加過頭,要嚴格控制PH值。
(7)過濾
當過濾易燃液體時,防火的重點主要是設備的靜電消除,以及防止物料的洩漏。
(8)乾燥
乾燥的火災危險性主要在於加熱方式及被加熱物質的化學特性。因此,乾燥工藝的防火關鍵是合理選用乾燥設備和控制乾燥溫度。在加熱方式上盡可能用蒸氣加熱等代替電加熱、明火加熱。
(9)篩分、粉碎
篩分與粉碎過程中的火災危險性在於此時的物料一般為可燃物料,可燃粉塵往往能達到爆炸極限,如遇明火、赤熱表面或火花等就能引起火災、爆炸。因此,這一操作單元的防火重點是增加場所的相對濕度以及避免產生火花的措施。
5.化工火災危險性評價體系的初步建立
分析了化工生產中的典型化學反應過程和操作單元的火災危險性,就可以在此基礎上初步建立化工火災危險性評價體系,以有利於化工火災的有效預防。化工火災危險性評價體系的整個流程如圖1所示,主要包括以下7個方面:
(1)準備,收集該化工企業的相關資料,包括相關的檔、設計標準、生產工藝等。
(2)火災危險性分析,包括對化工生產中化學反應、操作單元和其他可能的火災危險性進行分析,同時還要分析可能發生的火災爆炸事故,以及該事故發生的可能性、影響因素、事故機制等。
(3)火災危險性評價,首先需要劃分出典型的評價單元,然後各評價單元進行定性、定量的評價,最後對各評價單元的危險等級進行評定。
(4)火災預防對策,根據前面火災危險性分析和評價的結果,提出相應的預防對策、措施和建議,並編制相應的應急預案,為化工火災的成功撲救打下基礎。
(5)複評,對前面的評價結果進行複評,以保證評價結果的科學性、準確性和有效性。
(6)評價結論,對整個評價過程進行總結。
(7)編制報告,編寫完整的評價報告。
雖然化工火災危險性評價體系已經初步建立,但是還有很多內容需要完善,特別是在火災危險性評價這一主要內容上,如合適的定量評價方法等,這些都需要進一步分析和研究。
五、結論本文首先闡述了化工生產和化工火災的特點,其次分析了化工生產中典型化學反應過程和操作單元的火災危險性,最後在此基礎上初步建立了化工火災危險性評價體系。
化工火災的預防是一項複雜的系統工程,只有對化工火災危險性進行科學、準確、全面地分析和評價,才能提出合理的措施和建議對化工火災進行有效預防。本文針對火災危險性分析應用於化工火災預防的進行了研究,在初步建立的化工火災危險性評價體系中,還有很多內容需要進一步的研究和完善,以利於更好地對化工火災進行有效預防,更好地服務於城鄉統籌、構建和諧社會。
若使用或貯存管理不當,易造成火災。硝化產品大都有著火爆炸的危險,受熱、摩擦、撞擊或接觸明火,極易發生爆炸或火災。(4)聚合反應
聚合反應是指將若干個分子結合為一個較大的組成相同而分子量較高的化合物的反應過程。聚合反應一般在高壓下進行,而聚合反應本身又是放熱反應,往往由於聚合熱不易散出而導致火災爆炸事故。因此,在聚合反應中要嚴格控制反應的溫度以及反應過程中良好的攪拌。如在聚合反應過程中不能充分攪拌,就會引起暴聚發生爆炸事故。
(5)裂化反應
裂化反應是指有機化合物在高溫下分子發生分解的反應過程,主要有熱裂化、催化裂化和加氫裂化三種類型。熱裂化是在高溫高壓下進行,裝置內的油品溫度一般超過其自燃點,若漏出油品會立即起火,反應還會產生大量的可燃裂化氣,有發生爆炸的危險。催化裂化一般在(460~520)℃和(0.1~0.2)MPa下進行,也會產生大量的易燃裂化氣。而加氫裂化,需要使用大量氫氣,容易使裝置發生氫脆,且反應溫度和壓力都較高,再加上是強烈的放熱反應,火災危險性相當大。因此,需嚴格控制反應的溫度和反應設備的密閉性等。
(6)氯化反應
氯化反應是指有機化合物中氫原子被氯原子取代的反應過程。常用的氯化劑有氣態或液態氯、三氯化磷、次氯酸鈣等。氯化反應的原料大多是有機易燃物和強氧化劑(如甲烷、乙烷、酒精、天然氣、苯、甲苯、液氯等),本身容易發生火災爆炸。而最常用的液態或氣態氯,不僅屬劇毒品,且氧化性極強,貯存壓力較高,一旦洩漏,危險性很大。氯化反應是放熱反應,溫度越高,反應越劇烈,放出的氯化氫氣體和氫氣越多,設備易受腐蝕而發生洩漏,容易造成火災或爆炸。因此,氯化反應的關鍵是控制投料配比、溫度、壓力和投入氯化劑的速度。
(7)磺化反應
磺化反應是指在有機化合物分子中引入磺(酸)基(-S03H)或其衍生物的化學反應。常用的磺化劑有濃硫酸、發煙硫酸、硫酸酐等,它們都能強烈的吸水放熱,引起溫度升高。磺化反應中所用原料如苯、硝基苯、氯苯等均為可燃物,所用的磺化劑濃硫酸、發煙硫酸等又都是氧化性較強的物質,整個反應是典型的放熱反應,若不進行有效控制,很可能使反應溫度超高,以致發生火災或爆炸事故。因此,要嚴格控制反應溫度,進行有效的冷卻和良好的攪拌,並控制投料的速度。
(8)電解反應
電解反應是指電流通過電解質溶液或熔融電解質時,在兩個電極上所引起的化學變化過程。鈉、鉀、鎂等有色金屬和鋯、鉿等稀有金屬的冶煉,銅、鋅、鋁等的精煉,氫氣、氧氣、氯氣、過氧化氫等許多化工產品的製備,以及電鍍、電拋光、陽極氧化等,都要通過電解來實現。電解反應的火災危險性主要是在電作用下能產生一些易燃易爆氣體,洩漏遇明火就會發生爆炸。因此,要防止易燃氣體的洩漏、滲透及設備整體系統的良好接地。
2.化工生產中典型操作單元的火災危險性分析
雖然化工生產中的化學反應種類繁多,但是化工生產中的操作單元卻相對比較固定,下面將著重分析幾種典型操作單元的火災危險性。
(1)物料輸送
由於化工生產中所輸送的物料大部分為有機易燃物,因此要防止在輸送過程中會產生靜電,或在搬運過程中由於撞擊摩擦產生火花而引發火災。
(2)加熱
加熱是最常見的控制條件。若溫度過高,反應速率加快,容易引發火災爆炸。若升溫速度過快,容易使反應溫度超過規定的溫度上限。因此,在加熱過程中要嚴格控制溫度的上限和升溫速度。
(3)冷卻
冷卻一般比加熱安全,但應該控制冷卻溫度的下限,以免過度冷卻,造成物料太稠。冷卻速度也不可太快,以免溫差太大,引起設備滲漏,引發事故。忌水物料的冷卻介質應該選用凝固點低的礦物油,以免遇水發生爆炸。
(4)蒸餾
蒸餾是化工企業常見單元操作,主要有減壓蒸餾、常壓蒸餾和高壓蒸餾,通常以蒸氣、載體加熱、電加熱等方式進行加熱,而加熱物料往往是易燃可燃液體,極易造成火災。因此,要嚴格控制加熱溫度、保證冷卻效果以及反應設備管道的密閉性和系統的靜電消除。
(5)攪拌
把物料拌勻,以利進行反應,通常都是用機械攪拌。機械攪拌時要嚴格控制溫度、攪拌速度以及防靜電措施上。
(6)調節PH值
加酸、堿調節PH值時,都會產生熱量,所以加的速度不宜過快,而且要控制溫度。調節PH值時,酸、堿也不能加過頭,要嚴格控制PH值。
(7)過濾
當過濾易燃液體時,防火的重點主要是設備的靜電消除,以及防止物料的洩漏。
(8)乾燥
乾燥的火災危險性主要在於加熱方式及被加熱物質的化學特性。因此,乾燥工藝的防火關鍵是合理選用乾燥設備和控制乾燥溫度。在加熱方式上盡可能用蒸氣加熱等代替電加熱、明火加熱。
(9)篩分、粉碎
篩分與粉碎過程中的火災危險性在於此時的物料一般為可燃物料,可燃粉塵往往能達到爆炸極限,如遇明火、赤熱表面或火花等就能引起火災、爆炸。因此,這一操作單元的防火重點是增加場所的相對濕度以及避免產生火花的措施。
5.化工火災危險性評價體系的初步建立
分析了化工生產中的典型化學反應過程和操作單元的火災危險性,就可以在此基礎上初步建立化工火災危險性評價體系,以有利於化工火災的有效預防。化工火災危險性評價體系的整個流程如圖1所示,主要包括以下7個方面:
(1)準備,收集該化工企業的相關資料,包括相關的檔、設計標準、生產工藝等。
(2)火災危險性分析,包括對化工生產中化學反應、操作單元和其他可能的火災危險性進行分析,同時還要分析可能發生的火災爆炸事故,以及該事故發生的可能性、影響因素、事故機制等。
(3)火災危險性評價,首先需要劃分出典型的評價單元,然後各評價單元進行定性、定量的評價,最後對各評價單元的危險等級進行評定。
(4)火災預防對策,根據前面火災危險性分析和評價的結果,提出相應的預防對策、措施和建議,並編制相應的應急預案,為化工火災的成功撲救打下基礎。
(5)複評,對前面的評價結果進行複評,以保證評價結果的科學性、準確性和有效性。
(6)評價結論,對整個評價過程進行總結。
(7)編制報告,編寫完整的評價報告。
雖然化工火災危險性評價體系已經初步建立,但是還有很多內容需要完善,特別是在火災危險性評價這一主要內容上,如合適的定量評價方法等,這些都需要進一步分析和研究。
五、結論本文首先闡述了化工生產和化工火災的特點,其次分析了化工生產中典型化學反應過程和操作單元的火災危險性,最後在此基礎上初步建立了化工火災危險性評價體系。
化工火災的預防是一項複雜的系統工程,只有對化工火災危險性進行科學、準確、全面地分析和評價,才能提出合理的措施和建議對化工火災進行有效預防。本文針對火災危險性分析應用於化工火災預防的進行了研究,在初步建立的化工火災危險性評價體系中,還有很多內容需要進一步的研究和完善,以利於更好地對化工火災進行有效預防,更好地服務於城鄉統籌、構建和諧社會。