本文為大家分析石化儲(chǔ)罐區(qū)可燃?xì)怏w及易燃液體泄漏的火災(zāi)危險(xiǎn)性、消防安全監(jiān)控要求和消防應(yīng)急處置方法, 探討罐區(qū)可燃?xì)怏w及易燃液體泄漏監(jiān)測和消防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與構(gòu)成方法, 通過實(shí)例說明石化輕質(zhì)油儲(chǔ)罐區(qū)泄漏監(jiān)測、安全監(jiān)控和消防聯(lián)動(dòng)三級(jí)處置措施。
1. 可燃?xì)怏w及易燃液體泄漏的火災(zāi)危險(xiǎn)性
石化儲(chǔ)罐區(qū)的儲(chǔ)存物質(zhì)主要是油品及液化氣等可燃、易燃液體。可燃液體常溫下遇點(diǎn)火源易起火燃燒,且具有流淌性,裝盛可燃、易燃液體的容器、管道一旦發(fā)生泄漏, 會(huì)產(chǎn)生可燃?xì)怏w及易燃液體蒸氣, 尤其是蒸氣壓較高的可燃液體, 在流淌過程中液體蒸發(fā)速度加快, 不斷地從液面散發(fā)可燃蒸氣, 一旦接觸火源, 即使是極其微小的火花, 都有引起燃燒爆炸的危險(xiǎn)。石油產(chǎn)品的火災(zāi)危險(xiǎn)性主要有下列幾個(gè)方面:
(1) 易燃。石油產(chǎn)品的易燃特性主要以其閃點(diǎn)、燃點(diǎn)、自燃點(diǎn)來衡量。石油產(chǎn)品按其閃點(diǎn)分為易燃液體和可燃液體, 閃點(diǎn)小于45 ℃的屬于易燃液體, 閃點(diǎn)大于或等于45 ℃的屬于可燃液體。從消防角度分析, 閃燃是著火的前兆, 因而閃點(diǎn)越低的石油產(chǎn)品, 火災(zāi)危險(xiǎn)性越大。閃點(diǎn)高于45 ℃的石油產(chǎn)品, 雖然在常溫下發(fā)生失火的危險(xiǎn)性較小, 自身亦達(dá)不到自燃點(diǎn), 但如果油品被加熱, 或存儲(chǔ)容器附近有火源時(shí), 油溫增高后, 著火的危險(xiǎn)性仍然存在。
(2) 易爆。石油產(chǎn)品的蒸氣和空氣的混合比達(dá)到一定濃度范圍時(shí), 遇火即能爆炸。爆炸極限范圍越大、下限越低的油品, 發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)性越大。爆炸極限除用油品氣體濃度來表示外, 也可用油品溫度來表示, 液體的爆炸濃度極限體現(xiàn)著一定的溫度極限。
(3) 易蒸發(fā)。石油產(chǎn)品尤其是輕質(zhì)油品具有易蒸發(fā)特性, 密度越輕的油品其蒸發(fā)越快, 閃點(diǎn)亦越低, 火災(zāi)危險(xiǎn)性越大。石油產(chǎn)品的蒸發(fā)有兩種狀態(tài): 靜止蒸發(fā)是指在比較嚴(yán)密的容器內(nèi)的油在空氣不太流通情況下, 液面發(fā)生的蒸發(fā)現(xiàn)象; 流動(dòng)蒸發(fā)是指油品在進(jìn)行泵送或灌裝時(shí), 油品或周圍的空氣處于流動(dòng)情況下, 或二者都處在流動(dòng)情況下所發(fā)生的蒸發(fā)現(xiàn)象。石油產(chǎn)品的蒸發(fā)速度與溫度、蒸發(fā)面積、液體表面空氣流動(dòng)速度、液面承受的壓力、密度等因素有關(guān); 蒸發(fā)速度較快的油品, 其蒸發(fā)油氣在空氣中的濃度易超過爆炸下限而形成爆炸性混合物, 且其相對密度一般在1. 59～4 之間,往往在作業(yè)區(qū)空間、地面彌漫飄蕩, 在低洼處聚積不散, 大大增加了火災(zāi)危險(xiǎn)性。
(4) 易產(chǎn)生靜電。石油產(chǎn)品的電阻率一般在1012Ω ·cm 左右, 當(dāng)沿管道流動(dòng)與管壁摩擦和在運(yùn)輸過程中因震蕩與車、船管壁沖擊, 以及在裝卸、灌裝、泵送等作業(yè)過程中, 都會(huì)產(chǎn)生靜電且電位高達(dá)2 萬伏～3 萬伏。靜電的主要危害是靜電放電; 當(dāng)靜電放電產(chǎn)生的火花能量達(dá)到或大于油品蒸氣的最小點(diǎn)火能量時(shí), 會(huì)立刻引起燃燒或爆炸。
(5) 易受熱膨脹。石油產(chǎn)品受熱后體積膨脹, 同時(shí)蒸氣壓增高, 若儲(chǔ)存于密閉容器中, 會(huì)造成容器膨脹,甚至爆裂。另一方面, 當(dāng)容器內(nèi)灌入熱油冷卻時(shí), 又會(huì)造成油品體積收縮而形成負(fù)壓, 損壞儲(chǔ)油容器, 增加火災(zāi)危險(xiǎn)性。
(6) 易沸騰突溢。儲(chǔ)存重質(zhì)油品的油罐著火后, 由于輻射熱作用、熱波作用和水蒸氣作用, 有時(shí)會(huì)引起油品沸騰突溢, 使燃燒的油品大量外溢, 甚至從罐內(nèi)猛烈噴出, 擴(kuò)大災(zāi)情。
2. 石化儲(chǔ)罐區(qū)泄漏監(jiān)測及消防監(jiān)控需解決的問題
石化消防安全的核心問題是通過監(jiān)控手段保障生產(chǎn)過程安全。在石化生產(chǎn)過程體系中某一環(huán)節(jié)的消防安全問題, 應(yīng)與石化生產(chǎn)體系及生產(chǎn)工藝緊密結(jié)合、與企業(yè)發(fā)展決策緊密結(jié)合。因此, 石化儲(chǔ)罐區(qū)可燃?xì)怏w及易燃液體泄漏監(jiān)測與消防監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中需解決下列問題:
(1) 充分考慮生產(chǎn)過程復(fù)雜的工藝安全因素、被保護(hù)對象火災(zāi)特殊性、火災(zāi)蔓延和連鎖反應(yīng)問題, 實(shí)現(xiàn)消防安全與生產(chǎn)工藝相結(jié)合。
(2) 通過計(jì)算機(jī)通信、控制與信息的有機(jī)結(jié)合, 實(shí)現(xiàn)不同消防安全單元或區(qū)域、不同消防安全監(jiān)控設(shè)備的信息交互。
(3) 進(jìn)行消防安全信息化管理, 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的圖形化及可透視性、消防安全信息共享和消防安全事故分析診斷。
顯然, 實(shí)現(xiàn)石化儲(chǔ)罐區(qū)消防安全具有強(qiáng)烈的針對性, 應(yīng)綜合考慮石化生產(chǎn)體系安全要求和實(shí)際生產(chǎn)工藝狀況, 形成相關(guān)設(shè)計(jì)、施工指導(dǎo)原則和方法。
3. 石化儲(chǔ)罐區(qū)泄漏監(jiān)測與消防設(shè)備聯(lián)動(dòng)要求
3. 1 泄漏監(jiān)測要求
根據(jù)石化儲(chǔ)罐區(qū)特殊的火災(zāi)危險(xiǎn)性和可燃?xì)怏w及易燃液體泄漏監(jiān)測實(shí)際需要, 安裝可燃?xì)怏w探測器。其消防安全監(jiān)測參數(shù)主要是可燃?xì)怏w濃度、成分、溫度、液位或壓力等工藝參數(shù)。此外, 石化儲(chǔ)罐區(qū)的火災(zāi)監(jiān)測參數(shù)應(yīng)充分考慮罐區(qū)特點(diǎn)來確定, 當(dāng)儲(chǔ)存油品為原油等重質(zhì)油品時(shí), 因其含碳量較多, 燃燒將產(chǎn)生大量的煙氣, 火災(zāi)探測的重點(diǎn)是對煙氣濃度探測, 同時(shí)對火災(zāi)溫度進(jìn)行監(jiān)測; 對于輕質(zhì)油品及一些成品油, 由于其含碳量較少, 燃燒較充分,在火災(zāi)燃燒初期不會(huì)產(chǎn)生或少量產(chǎn)生煙氣, 應(yīng)著重考慮火焰探測和圖像監(jiān)測問題。
3. 2 消防設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制要求
石化儲(chǔ)罐區(qū)的消防設(shè)備主要包括火災(zāi)警報(bào)裝置、滅火設(shè)備及安全操作設(shè)備?；馂?zāi)警報(bào)裝置是為了在安全參數(shù)出現(xiàn)異?；蚧馂?zāi)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生及時(shí)報(bào)警, 主要設(shè)備有警鈴、水力警鈴、事故廣播等。滅火設(shè)備是為了在火災(zāi)初期有效的控制火勢, 及時(shí)撲滅初起火災(zāi), 主要設(shè)備有消防炮、泡沫泵、自動(dòng)噴淋泵等。安全操作設(shè)備是為了在安全參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)對物料管線及各種控制閥門進(jìn)行控制和操作, 如壓力閥等。
石化儲(chǔ)罐區(qū)中各種消防設(shè)備對聯(lián)動(dòng)控制的要求不同, 有些設(shè)備要求在出現(xiàn)異常時(shí)直接啟動(dòng), 如警鈴; 有些設(shè)備在出現(xiàn)異常后需要延時(shí)啟動(dòng), 如消防水泵需在火災(zāi)確認(rèn)后啟動(dòng); 有些設(shè)備則需要在啟動(dòng)后, 對系統(tǒng)返回狀態(tài)信號(hào), 如泡沫泵等。石化儲(chǔ)罐區(qū)具有聯(lián)動(dòng)要求的主要設(shè)備有消防水泵、泡沫泵、安全閥、聲光報(bào)警器、訊響器、消防電話及消防廣播等。考慮到石化儲(chǔ)罐區(qū)消防水泵、泡沫泵等設(shè)備數(shù)量少、重要性強(qiáng)且分散布置, 多采用專線方式直接控制或?qū)＞€與總線復(fù)合控制方式,使用DC24V 標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)直接送入消防設(shè)備配電箱驅(qū)動(dòng), 以確保這些設(shè)備動(dòng)作的高度可靠性。
4. 石化儲(chǔ)罐區(qū)泄漏監(jiān)測與消防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4. 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則
石化儲(chǔ)罐區(qū)可燃?xì)怏w泄漏監(jiān)測及消防安全監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路, 是根據(jù)石化儲(chǔ)罐區(qū)消防安全監(jiān)測要求,采用系統(tǒng)集成方法設(shè)計(jì)構(gòu)造系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)石化儲(chǔ)罐區(qū)安全參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測處理和安全狀態(tài)分析, 及時(shí)預(yù)測可能的災(zāi)害事故后果, 并通過聯(lián)動(dòng)控制裝置有效啟動(dòng)現(xiàn)場消防設(shè)備或滅火設(shè)施。
根據(jù)上述思路, 系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循兩項(xiàng)原則: 一是管理軟件與系統(tǒng)硬件相結(jié)合, 根據(jù)實(shí)際情況制定安全管理規(guī)則和事故處置預(yù)案, 將安全管理要求和事故處置預(yù)案與硬件系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來, 確保設(shè)備監(jiān)測可靠性和聯(lián)動(dòng)有效性; 二是生產(chǎn)監(jiān)測與安全監(jiān)控相結(jié)合, 通過聯(lián)鎖控制、自動(dòng)停車及其它參數(shù)控制等措施, 使罐區(qū)進(jìn)出料生產(chǎn)過程控制與靜態(tài)安全參數(shù)監(jiān)測協(xié)調(diào)互補(bǔ), 達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。
4. 2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
根據(jù)石化儲(chǔ)罐區(qū)的特點(diǎn), 考慮到工藝參數(shù)和火災(zāi)參數(shù)的監(jiān)測要求, 石化儲(chǔ)罐區(qū)可燃?xì)怏w泄漏監(jiān)測及消防安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式, 見圖1, 以兼顧工藝監(jiān)測參數(shù)DC (4～20)mA 傳輸和火災(zāi)參數(shù)頻率量傳輸?shù)牟煌? 以及滅火設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制所需的信號(hào)要求。
圖1 石油儲(chǔ)罐區(qū)火災(zāi)檢測與滅火聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖1 系統(tǒng)中, 火災(zāi)參數(shù)探測一般采用防爆型火災(zāi)探測器, 如選用防爆型火焰光探測器、防爆型電子感溫探測器、防爆型可燃?xì)怏w探測器、線纜感溫探測裝置等; 工藝參數(shù)監(jiān)測則根據(jù)數(shù)據(jù)通信協(xié)議要求, 設(shè)計(jì)構(gòu)造防爆型DDZ 轉(zhuǎn)換器, 接受處理DC (4～20)mA 本安型一次儀表輸出信號(hào), 如可燃?xì)怏w濃度、氣體成分、儲(chǔ)罐溫度、液位、壓力等工藝參數(shù)探測器的輸出信號(hào); 監(jiān)控主機(jī)主要完成對工藝安全參數(shù)及火災(zāi)參數(shù)的連續(xù)采集處理和狀態(tài)分析, 及時(shí)預(yù)測事故并采取處理措施, 有效啟動(dòng)現(xiàn)場消防設(shè)備, 實(shí)施滅火操作。
4. 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
按照系統(tǒng)集成方法, 石化儲(chǔ)罐區(qū)可燃?xì)怏w泄漏監(jiān)測及消防安全監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用軟件采用模塊化編程,主要包括系統(tǒng)主控模塊、事故處理模塊、信息通信模塊、消防管理模塊等, 功能如下:
(1) 系統(tǒng)主控模塊。主要完成數(shù)據(jù)采集處理、報(bào)警判斷與聯(lián)動(dòng)控制輸出、自動(dòng)與手動(dòng)控制方式切換、系統(tǒng)管理。
(2) 事故處置模塊。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)完成對監(jiān)測區(qū)域安全狀態(tài)的事故狀態(tài)分析預(yù)測, 對工藝安全進(jìn)行操作控制和處置緊急情況, 實(shí)施救災(zāi)方案。
(3) 信息通信模塊。主要完成通信協(xié)議管理、通信控制、異地遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)。
(4) 消防管理模塊。主要完成系統(tǒng)操作管理、設(shè)備工況管理、防火管理與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。 按上述模塊劃分, 系統(tǒng)應(yīng)用軟件可采用W indow s 環(huán)境下編程語言, 面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)應(yīng)用界面和數(shù)據(jù)庫, 全面支持可視化編程, 提供集中數(shù)據(jù)管理功能。
4. 4 數(shù)據(jù)通信傳輸
在數(shù)據(jù)通信方面, 石化儲(chǔ)罐區(qū)可燃?xì)怏w泄漏監(jiān)測及消防安全監(jiān)控系統(tǒng)主要依靠各類探測器采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并送入監(jiān)控主機(jī), 通過對各類參數(shù)的數(shù)據(jù)分析處理和預(yù)測判斷, 產(chǎn)生報(bào)警與消防設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制信號(hào), 同時(shí)將監(jiān)測數(shù)據(jù)及各種信號(hào)存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫, 并通過遠(yuǎn)程傳輸方式送入上級(jí)管理中心, 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分類存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)共享、信息查詢和業(yè)務(wù)管理等功能。石化儲(chǔ)罐區(qū)可燃?xì)怏w泄漏監(jiān)測及消防安全監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信傳輸方式如圖2 所示。
圖2 石油儲(chǔ)罐區(qū)可燃?xì)怏w泄漏監(jiān)控及應(yīng)急處置系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸框圖
4. 5 應(yīng)急處置措施
石化儲(chǔ)罐區(qū)可燃?xì)怏w泄漏的應(yīng)急處置措施, 由罐區(qū)泄漏源的儲(chǔ)存及分布狀況、事故災(zāi)害的危害特性及相應(yīng)對策、消防安全監(jiān)控裝置的聯(lián)動(dòng)控制邏輯等多種因素決定, 需結(jié)合罐區(qū)實(shí)際狀況, 從關(guān)閥斷氣、漏點(diǎn)封堵、倒罐泄壓、堵漏裝置堵漏、稀釋驅(qū)散、水幕堵截、疏散警戒、連續(xù)測試等多方面考慮, 制定應(yīng)急處置預(yù)案和處置措施, 在消防安全監(jiān)控系統(tǒng)中加以實(shí)現(xiàn)。
5. 2000m3球罐泄漏監(jiān)測及消防安全監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例
根據(jù)上述石化儲(chǔ)罐區(qū)可燃?xì)怏w泄漏監(jiān)測及消防安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法, 考慮球罐實(shí)際狀況、分析石化儲(chǔ)罐區(qū)消防安全性、確定監(jiān)測參數(shù)和有效監(jiān)控方法,某橡膠廠液化氣罐區(qū)2000m3碳四球罐消防監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。系統(tǒng)設(shè)置高液位、壓力、火災(zāi)監(jiān)測和滅火聯(lián)動(dòng)方面的手動(dòng)、自動(dòng)控制, 生產(chǎn)安全和消防安全事故處置預(yù)案與滅火預(yù)案, 體現(xiàn)了石化儲(chǔ)罐區(qū)消防安全監(jiān)控系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)和工程實(shí)際的有機(jī)結(jié)合。
圖3 某長液化氣灌區(qū)2000m3球罐消防安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖3系統(tǒng)的監(jiān)控范圍是2000m3碳四球罐及其泵區(qū), 監(jiān)測參數(shù)包括球罐壓力、溫度、液位和高液位, 罐區(qū)和泵區(qū)可燃?xì)庑孤┝? 罐區(qū)和泵區(qū)20m范圍感溫式火災(zāi)信息; 系統(tǒng)共計(jì)4個(gè)可燃?xì)怏w泄漏監(jiān)測點(diǎn),1條感溫監(jiān)測電纜(火災(zāi)報(bào)警),1個(gè)高液位監(jiān)測報(bào)警點(diǎn)和液位、壓力、溫度3個(gè)生產(chǎn)參數(shù)監(jiān)測點(diǎn), 整個(gè)系統(tǒng)由監(jiān)控主機(jī)管理。其中, 液位、壓力和溫度3 個(gè)監(jiān)測參數(shù)取自石化儲(chǔ)罐區(qū)生產(chǎn)安全控制系統(tǒng)(DCS);可燃?xì)怏w泄漏監(jiān)測報(bào)警采用4臺(tái)可燃?xì)怏w探測器, 3臺(tái)安裝在2000m3球罐底部, 1臺(tái)安裝在物料泵區(qū), 可燃?xì)怏w探測器輸出為DC(4～20)mA 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)并直接送入可燃?xì)怏w報(bào)警器監(jiān)控主機(jī); 火災(zāi)探測報(bào)警采用可復(fù)用式線型感溫電纜, 在物料泵區(qū)架設(shè)10m,2000m3球罐底部架設(shè)10m,開關(guān)量報(bào)警信號(hào)送入監(jiān)控主機(jī); 高液位開關(guān)量報(bào)警信號(hào)取自2000m3球罐頂部安裝的高液位報(bào)警裝置。根據(jù)罐區(qū)監(jiān)控要求, 圖3系統(tǒng)還配備了生產(chǎn)安全和消防安全控制裝置, 完成下列設(shè)備系統(tǒng)的控制功能:
(1) 由液位參數(shù)或人工操作實(shí)現(xiàn)球罐進(jìn)出料閥自動(dòng)/手動(dòng)控制, 以及進(jìn)出料泵自動(dòng)/手動(dòng)控制;
(2) 由壓力參數(shù)或人工操作實(shí)現(xiàn)放空閥自動(dòng)/手動(dòng)控制, 以及水噴淋裝置自動(dòng)?手動(dòng)控制;
(3) 由火災(zāi)監(jiān)測參數(shù)或人工操作實(shí)現(xiàn)消防水炮自動(dòng)/手動(dòng)控制;
(4) 由火災(zāi)監(jiān)測參數(shù)或人工操作實(shí)現(xiàn)消防泡沫泵自動(dòng)/手動(dòng)控制。
6. 總結(jié)
綜上所述, 石化儲(chǔ)罐區(qū)可燃?xì)怏w泄漏監(jiān)測及消防安全監(jiān)控系統(tǒng)是石化儲(chǔ)罐區(qū)的消防安全基礎(chǔ)設(shè)施之一, 對安全參數(shù)監(jiān)測的準(zhǔn)確程度、固定滅火裝置的聯(lián)動(dòng)及時(shí)性、應(yīng)急處置措施的合理性、系統(tǒng)無故障工作時(shí)間、系統(tǒng)運(yùn)行成本等各方面指標(biāo), 需結(jié)合實(shí)際工程綜合考慮。根據(jù)當(dāng)前工業(yè)火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)水平, 石化儲(chǔ)罐區(qū)可燃?xì)怏w泄漏監(jiān)測及消防安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)需達(dá)到如下功能要求:
(1) 安全參數(shù)監(jiān)測與生產(chǎn)過程監(jiān)控相結(jié)合, 安全參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)相對獨(dú)立。
(2) 安全參數(shù)監(jiān)測報(bào)警與事故處置預(yù)案相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測與管理。
(3) 監(jiān)控主機(jī)與各類探測器實(shí)現(xiàn)直接通信及系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng), 簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
(4) 系統(tǒng)應(yīng)用軟件采用模塊化結(jié)構(gòu), 達(dá)到功能層次清晰, 便于操作。
(5) 采用計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù), 形象生動(dòng)的實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)和事故預(yù)案顯示。
