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VOCs输送管道火灾及爆炸事故分析及预防

作者: 发布时间:2022-05-30 10:44:16点击:966

信息摘要:

化工企业管道内的物质主要为有机化学原料及产品,环保设施中的废气管道也是涉VOCs废气,这些管道输送的物质其实绝大多数为VOCs!化工管道同化工设备一样是化工生产装置中不可缺少的组成部分,起着把不同工艺功能的设备连接在一起的作用,以完成特定的工艺过程,在某些情况下,管道本身也同化工设备一样能完成某些化工过程,即“管道化生产”。同样,化工VOCs废气也通过管道输送,经常有企业在废气收集管道上收集不合理或去除静电措施不理想,会导致管道发生燃烧及爆炸安全事故! 

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化工管道布置纵横交错,管道种类繁多,被输送介质的理化性质多样,管道系统接点多,火灾爆炸事故发生率高。管道发生破裂爆炸事故,容易沿着管道系统扩展蔓延,使事故迅速扩大

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化工管道系统的火灾爆炸事故类型分析


1、泄漏引起火灾爆炸


石油化工管道大多输送易燃易爆介质,其实这些物质基本均属于VOCs范畴,管道破裂泄漏时极易导致火灾和爆炸事故。这是因为泄漏的可燃介质遇点火源即可燃烧或爆炸。管道经常发生破裂泄漏的部位主要有:与设备连接的焊缝处;阀门密封垫片处;管段的变径和弯头处;管道阀门、法兰、长期接触腐蚀性介质的管段;输送机械等。

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管道质量因素泄漏,如设计不合理,管道的结构、管件与阀门的连接形式不合理或螺纹制式不一致,未考虑管道受热膨胀问题;材料本身缺陷,管壁太薄、有砂眼,代材不符合要求;加工不良,冷加工时,内外壁有划伤;焊接质量低劣,焊接裂纹、错位、烧穿、未焊透、焊瘤和咬边等;阀门、法兰等处密封失效。


管道工艺因素泄漏,如管道中高速流动的介质冲击与磨损;反复应力的作用;腐蚀性介质的腐蚀;长期在高温下工作发生蠕变;低温下操作材料冷脆断裂;老化变质;高压物料窜入低压管道发生破裂等。


外来因素破坏,如外来飞行物、狂风等外力冲击;设备与机器的振动、气流脉动引起振动、摇摆;施工造成破坏;地震,地基下沉等。


操作失误引起泄漏,如错误操作阀门使可燃物料漏出;超温、超压、超速、超负荷运转;维护不,周,不及时维修,超期和带病运转等。


2、管道内形成爆炸性混合物


VOCs废气收集管道,部分气体因滞留在输送管道的角落而产生集聚,遇静电而发生闪爆!如方管的角落容易使得VOCs废气集聚在方管的边角处!还比如在停车检修和开车时,未对管道进行置换,或采用非惰性气体置换,或置换不彻底,空气混入管道内,形成爆炸性混合物;检修时在管道(特别是高压管道)上未堵盲板,致使空气与可燃气体混合;负压管道吸人空气;操作阀门有误使管道中漏入空气,或使可燃气体与助燃气体混合,遇引火源即发生爆炸。

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3、管道内超压爆炸


管道的超压爆炸与反应容器的操作失误或反应异常有关,冷却介质输送管道出现故障,导致冷却介质供应不足或中断,使生产系统发生超温、超压的恶性循环,最终导致设备、管线发生超压爆炸事故。


在管道中由于产生聚合或分解反应,会造成异常压力。如在乙烯和过氧化物催化剂的管道中,温度过高,超过催化剂引发温度,乙烯就会在管道内聚合或分解,产生高热,使压力上升,导致管道胀裂或爆炸。


连续排放流体的管道,尤其是排放气态物料的工艺管线,因输送速度降低等因素会导致设备内的物料不能及时排出,从而使设备发生超压爆炸事故。


高压系统的物料倒流人低压管道,造成压力增加。


4、管道内堵塞爆炸


管道发生堵塞,会使系统压力急剧增大,导致爆炸破裂事故。


输送低温液体或含水介质的管道,在低温环境条件下极易发生结冰“冻堵”,尤其是间歇使用的管道,流速减慢的变径处、可产生滞留部位和低位处是易发生“冻堵”之处。


输送具有粘性或湿度较高的粉状、颗粒状物料的管道,易在供料;处、转弯处粘附管壁最终导致堵塞。管道设计或安装不合理,如采用大管径长距离输送或管道管径突然增大,管道连接不同心,有障碍物处易堵塞;物料夹杂过大碎块时易造成堵塞;物料具有粘附物性,若不及时清理,发生滞留沉积等情况,可造成管道堵塞。

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操作不当使管道前方的阀门未开启或阀门损坏卡死,或接受物料的容器已经满负荷,或流速过慢,突然停车等都会使物料沉积,发生堵塞。


5、发生自燃火灾


管道内结焦、积炭,在高温高压下易自燃,引起燃烧或爆炸。在加工含硫原料油炼油厂的高压管线中,硫化亚铁是一种很常见的物质,它是铁锈和硫化氢发生反应的产物,设备停用后打开,以及维修之前与空气接触,就会迅速发生自燃。


管道内介质温度为超过自燃点的物质,泄漏出来与空气接触便会自燃。


6、具有多种引火源


物料在管道中输送时,有多种引火源存在。启闭管道阀门时,阀瓣与阀座的冲击、挤压,可成为冲击引火源。阀门在高低压段之间突然打开时,低压段气体急剧压缩局部温度上升,形成绝热压缩引火源。物料在高速流动的过程中,粉体与管壁、粉体颗粒之间、液体与固体、液体与气体、液体与另一不相溶的液体之间、气体与所含少量固态或液态杂质之间,发生碰撞和摩擦,极易带上静电,产生火花。

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危险物料输送管道周围具有摩擦撞击、明火、高温热体、电火花、雷击等多种外部点火源。可燃物料从管道破裂处或密封不严处高速喷出时会产生静电,成为泄漏的可燃物料或周围可燃物的引火源。


7、易成为火灾蔓延的通道


由于管道连接着各种设备,管道发生火灾,不但影响管道系统的正常运行,而且还会使整个生产系统发生连锁反应,事故迅速蔓延和扩大,特别是管内介质有毒时,对人的生命威胁更大。在管道中传播的爆炸,一定条件下会发生由爆燃向爆轰的转变,对生产设备、厂房等建筑物造成严重的破坏。


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化工管道火灾爆炸事故的预防措施


1、遵守安全布置原则


输送火灾危险性为甲、乙类介质或有毒、腐蚀性介质的,管道,不应穿过与其无关的建筑物、构筑物。集中敷设于同一管架上的各种介质管道必须留有规定的间距。多层管架中的热料管道应布置在最上层,腐蚀性介质管道应布置在最下层;易燃液体及液化石油气体管道严禁与蒸汽、热料管道相邻布置;助燃与可燃介质管道之间,宜用不燃物料管道隔开或保持不低于250mm的间距。


2、选材、设计、加工、安装合理


根据输送介质的性质、温度、压力和流量等因素正确选择管材,不可随意选用代材或误用,不得使用存有缺陷的管材,例如,要求高温强度时,350℃以下使用沸腾钢和半镇静钢,在350℃时,应根据不同温度分别使用镇静钢、钼钢、Cr —Mo钢和不锈钢,不得使用碳钢;为了防止低温脆性,要使用奥氏体不锈钢以及铝、镍铜合金的管材。可燃液体架空管道的支架应用不燃材料建造。为避免可燃液体管道在发生事故时液体漫流,可将管道敷设在不燃材料建造的地沟内,并保证良好的自然通风,以防止可燃蒸气积聚。高温物料管道应用不燃材料装设保温层,以防止可燃物接触高温管道起火。


严格按照工艺设计要求设计,管道直径的设计值应尽量大些,弯曲和变径处应缓慢,而且弯管和变径管要尽可能少,尤其是由水平向垂直过渡的弯管要少。管内壁应平滑,不准有折皱或凸起,不装设网格状的构件。


管道的焊接质量符合要求,焊缝须作无损探伤检查。管道的连接方式合理,可用加偏垫或多层垫等方法消除断面偏差、空隙、错口或不同心等安装误差。管道穿墙、楼板和屋面时,应加套管、防火肩、防水帽等装置。焊缝、法兰等接头均应避开墙和楼板。管道和管件不得与管架直:接接触,应按设计温度、压力等要求,采取加置木垫、软金属片或橡胶石棉垫等措施隔离。


3、采取防腐措施


根据输送物料的腐蚀性选择耐腐蚀材料,如对硫化氢的腐蚀,不同温度下使用可采用铬钢,不锈钢或渗铝钢;对高温条件下的氢脆要用Cr—Mo合金钢;对不同程度的硫腐蚀,分别采用5Cr、7Cr、9Cr钢管;为了防止高温氧化腐蚀,要用奥氏体不锈钢管、5Cr或9Cr钢管。


采取合理的防腐措施,如涂层防腐、衬里防腐、电化学防腐、使用缓蚀剂防腐等。其中涂层防腐用得最广泛,而在涂层防腐中又以涂料防腐用的最多。


定期检测管道的受腐情况,尤其是敷设于地下的管网系统,及时修复或更换腐蚀严重的部位。


4、消除管道残余应力


为了避免管道振动,可采取设置减振装置,增加柔性设计等措施。


为了减弱热应力的破坏作用,采用增加管系可挠性,缓解热应力的热补偿方法,如采用专用的热补偿器;利用弹簧吊架结构或止动器约束管道在约束方向上的位移,在设备管口附近设置固定支架,削弱管口的应力和力矩,加设弯管,改变管道走向,增加管系总的可挠性或利用绝热保温等方法。


针对不同外部载荷采取措施,如防止基础下沉,可采用改变管道设置位置或支撑方式或强化基础设计的方法;预防外力冲击,可通过加强防护设施,可挠性设计,合理设置,加护栏或套管以及加强施工监督等方法。

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