化工废气管道系统的火灾爆炸事故分析及预防措施

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。

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。

一、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。

A. 管道质量因素泄漏，（1）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；（2）材料本身缺陷，管壁太薄、有砂眼，代材不符合要求；（3）加工不良，冷加工时，内外壁有划伤；（4）焊接质量低劣，焊接裂纹、错位、烧穿、未焊透、焊瘤和咬边等；（5）阀门、法兰等处密封失效。

B. 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。

C. 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；负压管道吸入空气；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。

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入低压管道，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。

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。

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。

二、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。

5、严格安全操作

生产操作过程中严格按照工艺要求控制物料的输送温度、压力、流速等工艺参数，尤其是用于输送可燃气体、可燃液体、可燃粉粒状物料的管道，输送速度不应高于工艺值。生产的要害部位，如加热炉口、塔底部、反应器底部、高温机泵等进出口处的管道和工作条件苛刻，受交变载荷的管道，要特别重视。

冷却介质的输送管道要确保冷却介质的供应量，避免中断，必要时可安装双路水源和电源控制，以防止生产系统出现超温、超压的恶性循环。

及时清除管道内的污垢、沉淀等沉积物，并严禁采用铁质工具或能产生火星的器具输通易燃易爆、易自燃的不安定沉积物。定期清除管道以及周围的设备、设施上的积尘，以减少粉尘沉积。

在冰冻季节前后，要注意管道的防冻和化冻，如积水弯、压力表的弯管，排凝阀等处，发现问题要及时采取保温防冻措施。暂时不用的水或易冻的管线要将管内介质排净。

及时维修管道，严禁超负荷，超期和带病运转。

6、加强防火安全管理

在用管道要遵照《压力管道安全管理与监察规定》定期进行检验，检测管道的泄漏和受损情况，防止管道系统出现跑冒滴漏现象。

停车检修和开车前应按规定进行管道的排气置换作业，检测合格后方可动火检修或开车。进行动火检修作业时，要严格执行动火作业的各项规章制度。

严禁危险物料管道和高温管道周围堆放易燃易爆物质。需要散热的输送管道上严禁堆放各种杂物，以防止热量积累引起火灾。

危险物料输送管道的周围杜绝各种火源。

7、采取防静电措施

粉粒状物料的输送管道应选用导电性能良好的材料制造，并设性能良好的静电消除装置。工厂和车间的氧气管道、乙炔管道、油料储运设备、通风装置、空气管道等必须连成一个整体，并予以接地。地上或管沟敷设管线的始端、末端、分支处以及直线段，每隔lOOm应设置防静电接地装置，接地电阻不宜大于30Ω，接地点宜设在固定管墩(架)处。

8、设置防火防爆安全装置

在容易发生超压爆炸的管道上需设置安全阀等防爆卸压装置；在容易造成火焰传播的管道上需设置水封、砂封、阻火器或防火阀。在高压和低压系统之间的接点处和容易发生倒流的管道上、需设置止回阀和切断阀。在泵和阀门的进口装设管道过滤器，防止由于杂质或夹杂物造成事故。

具有着火爆炸危险的输送管道，应配备惰性介质管线保护。可燃气体的尾气排放管线应用氮气封或设置阻火器等防止火势蔓延的装置。火灾危险性较大的密集管网系统可设置可燃气体浓度检测报警装置，以及时发现火险隐患，亦可设置水喷淋等灭火设施，以便及时扑救初起火灾。