潘佳俊

摘要：乙烯是石油化工的基本有機(jī)原料，主要用來生產(chǎn)聚乙烯、聚氯乙烯、環(huán)氧乙烷、乙二醇、二氯乙烷、苯乙烯、聚苯乙烯、乙醇、醋酸乙烯等多種重要的有機(jī)化工產(chǎn)品。然而，乙烯的生產(chǎn)從原料、產(chǎn)品到整個工藝過程都具有易燃易爆、有毒、高溫、高壓等危險性，并且生產(chǎn)裝置的規(guī)模正朝著集約化、智能化、超大型化發(fā)展，一旦發(fā)生泄漏、爆炸和火災(zāi)等事故，勢必將會對國家和人民的生命財產(chǎn)安全帶來極大威脅。為此，以上?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)內(nèi)的賽科120萬t乙烯裝置為例，就乙烯裝置生產(chǎn)過程中的危險性及處置對策做簡單探討，以供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：乙烯裝置；危險性；消防處置

中圖分類號：D631.6? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2024）03-0055-04

1 基本情況介紹

賽科120萬t乙烯裝置位于上?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)西河路賽科公司，由生產(chǎn)裝置區(qū)和輔助設(shè)施兩部分組成。生產(chǎn)裝置區(qū)由裂解區(qū)、急冷區(qū)、壓縮區(qū)、冷區(qū)、熱區(qū)、烯烴轉(zhuǎn)化區(qū)及汽油加氫區(qū)組成，裝置的輔助設(shè)施由3座變、配電所和兩座污水預(yù)處理池組成。

2 工藝流程簡介

該乙烯裝置以石腦油為主要生產(chǎn)原料，經(jīng)過裂解區(qū)、急冷區(qū)、壓縮區(qū)、冷區(qū)、熱區(qū)、烯烴轉(zhuǎn)化及汽油加氫七個區(qū)域，最后的主要產(chǎn)出物為120萬t乙烯/年、丙烯60萬t/年、碳四18萬t/年、碳六～碳八56萬t/年（注：碳四以及碳六～碳八均為烷烴碳?xì)浠衔锏慕y(tǒng)稱，根據(jù)分子式中碳原子數(shù)量的不同，碳一～碳四為氣體，碳五～碳十六為液體，碳十七以上為固體）、燃料油17萬t/年。裝置工藝流程簡述如下：

2.1? 裂解區(qū)

裂解區(qū)共采用9臺裂解爐，其中8臺為液體裂解爐，1臺為氣體裂解爐，液體爐中有1臺為備用爐。正常操作時，原料先進(jìn)入預(yù)熱段進(jìn)行加熱，在這過程中原料汽化，再進(jìn)入輻射段進(jìn)行高溫裂解，生成烯烴的一次反應(yīng)在輻射段進(jìn)行，二次反應(yīng)在輻射段末端進(jìn)行。

2.2? 急冷區(qū)

液體裂解爐產(chǎn)生的裂解氣經(jīng)冷卻后進(jìn)入汽油分餾塔，氣體裂解爐的裂解氣一部分用作重燃料油汽提塔的汽提介質(zhì)，剩余的進(jìn)入急冷水塔。裂解氣在急冷區(qū)中經(jīng)急冷油、急冷水冷卻到40℃后進(jìn)入壓縮系統(tǒng)，分離出的裂解燃料油。在急冷水塔釜冷凝下來的汽油，一部分返回急冷油塔，另一部分和壓縮區(qū)冷凝下來的汽油一起被汽提出輕組分后，送往汽油加氫系統(tǒng)。急冷塔釜中的工藝水凝液送往稀釋蒸汽發(fā)生系統(tǒng)。

2.3? 壓縮區(qū)

來自急冷塔頂?shù)牧呀鈿庠谖宥坞x心式壓縮機(jī)中被壓縮到3.79MPaG。各段間分離出的汽油凝液合并后送到汽油加氫系統(tǒng)，分出的水返回到急冷水塔。在三段和四段之間，用堿洗或水洗以脫除裂解氣中的酸性氣體。五段出口排除罐的裂解氣經(jīng)多級冷卻干燥后送往脫甲烷系統(tǒng)。凝液汽提塔還分出一股液體去脫丁烷塔。

2.4? 冷區(qū)

裂解氣經(jīng)脫甲烷塔、乙烯塔、丙烯冷劑、乙烯冷劑、冷箱等多級冷卻后得到凝液進(jìn)入脫甲烷塔，氣相分離出氫氣和甲烷尾氣產(chǎn)品。脫甲烷塔的塔釜物料進(jìn)入脫乙烷塔。脫乙烷塔塔頂產(chǎn)物經(jīng)碳二加氫脫乙炔后進(jìn)入乙烯精餾塔分離出乙烯產(chǎn)品，釜液送往熱區(qū)。

2.5? 熱區(qū)

凝液汽提塔和脫乙烷塔的塔釜物料進(jìn)入脫丙烷塔，塔頂分出的物料進(jìn)入丙炔/丙二烯反應(yīng)器催化劑床層發(fā)生加氫反應(yīng)，使丙炔/丙二烯加氫生成丙烯和丙烷后送往丙烯塔；釜液去脫丁烷塔。丙烯精餾塔使用雙塔系統(tǒng)，塔頂生產(chǎn)聚合級丙烯，塔釜生產(chǎn)丙烷。脫丁烷塔塔頂分出混合碳四產(chǎn)品，送往烯烴轉(zhuǎn)化單元和界區(qū)外儲存，塔釜汽油與中質(zhì)汽油和重汽油合并后作為粗裂解汽油送往汽油加氫單元。

2.6? 汽油加氫區(qū)

來自熱區(qū)脫丁烷塔和急冷單元汽油汽提塔的裂解汽油合并后一起進(jìn)入一段加氫反應(yīng)器，加氫后的物料進(jìn)穩(wěn)定塔，塔頂脫出輕組分，釜料進(jìn)碳九切割塔。碳九切割塔的釜料碳九送界區(qū)，塔頂物料碳五～碳八餾分進(jìn)二段加氫反應(yīng)器。二段反應(yīng)器物料進(jìn)低壓閃蒸罐，液相進(jìn)脫戊烷塔，塔頂產(chǎn)出的碳五返回裂解爐進(jìn)行裂解，釜料碳六～碳八餾分送芳烴抽提裝置。

2.7? 烯烴轉(zhuǎn)化區(qū)

來自脫丁烷塔的部分混合碳四進(jìn)一段加氫反應(yīng)器，反應(yīng)后的物料與丁二烯抽提裝置來的抽余碳四混合，進(jìn)二段加氫反應(yīng)器。二段加氫反應(yīng)器出來的物料進(jìn)脫異丁烯塔，塔頂采出循環(huán)碳四返回裂解爐進(jìn)行裂解，塔釜料丁烯2與乙烯一起進(jìn)歧化反應(yīng)器轉(zhuǎn)化生成丙烯。歧化反應(yīng)后的物料進(jìn)脫乙烯塔，乙烯返回歧化反應(yīng)器循環(huán)使用，塔釜料進(jìn)脫丙烯塔。脫丙烯塔塔頂產(chǎn)出聚合物級丙烯產(chǎn)品，釜料循環(huán)碳四返回裂解爐進(jìn)行裂解。

3 物料性質(zhì)及裝置危險程度劃分

乙烯裝置生產(chǎn)過程中所涉及的物料都具有易燃易爆的特性。這些物質(zhì)一旦泄漏或受到外部刺激，極易引發(fā)火災(zāi)。特別是在高溫高壓的環(huán)境下，部分化學(xué)物質(zhì)可能發(fā)生不可預(yù)測的反應(yīng)，增加火災(zāi)事故的復(fù)雜性[1]。另外，氫氧化鈉、阻聚劑、甲醇、硫酸、一氧化碳、硫化氫、硫等物質(zhì)還具有腐蝕性和毒性，大量有毒有害氣體散發(fā)到空氣環(huán)境中，消防救援人員和現(xiàn)場被困人員需要做好防護(hù)處理，否則容易出現(xiàn)中毒、窒息現(xiàn)象[2]?？梢哉f，石油化工裝置事故現(xiàn)場綜合情況復(fù)雜，牽一發(fā)而動全身，通常從物料、工藝條件和廠區(qū)布置等方面開展安全風(fēng)險的辨識、分析和評估[3]。為此，筆者根據(jù)各單元中的危險物料性質(zhì)及工藝特點，整理出了乙烯裝置的主要危害分布及危險程度劃分，結(jié)果如下：

根據(jù)危險物料性質(zhì)來分，7個單元都具有火災(zāi)和爆炸的危險。物料危險性如表1所示：

其中裂解爐單元、壓縮單元和汽油加氫單元還具有中毒的危險（SO2、S、H2S），冷分離單元還具有凍傷的危險（-165℃）；

根據(jù)“操作壓力越大就越容易引起物料泄漏事故”的工藝特性，筆者對乙烯裝置的危險程度作了如下劃分：其中最危險的部位有脫乙烷塔（40m，67.2℃，2.246MPaG）、乙烯精餾塔（-12.2℃，1.68MPaG）、高壓脫丙烷塔（35m，85℃，1.99MPaG）；比較危險的部位有裂解爐、脫甲烷塔（59m，-50.6℃，0.598MPaG）、碳四選擇加氫反應(yīng)器；中危險的部位有歧化反應(yīng)器、二段汽油加氫反應(yīng)器、脫戊烷塔（41m，165℃，0.45MPaG）；低危險程度的部位是粗裂解汽油儲罐。

4 乙烯裝置常見事故原因分析及采取的保護(hù)措施

通過對以往事故案例的統(tǒng)計和分析后得出，化工企業(yè)發(fā)生火災(zāi)事故的主要原因為消防安全管理工作不到位、設(shè)備維修保養(yǎng)不及時，生產(chǎn)工藝和流程把控不嚴(yán)格、火災(zāi)預(yù)防手段不足以及員工責(zé)任心和消防能力不足的問題[4]。

為了減少事故的發(fā)生或者在事故初期進(jìn)行有效控制，除了加強(qiáng)人員的安全及規(guī)范操作意識外，乙烯裝置主要從工藝方面和消防固定設(shè)施方面采取相應(yīng)的保護(hù)措施。工藝方面的保護(hù)措施主要有：

各單元和爐子均有安全連鎖系統(tǒng)。一旦發(fā)生事故，啟動連鎖系統(tǒng)就會使裝置部分或者全部停車。

在必要的系統(tǒng)單元設(shè)有壓力控制及排放管線。當(dāng)壓力失去控制時，可以通過安全閥將物料排向火炬系統(tǒng)。

對于有明火的爐子，比如高溫裂解爐，操作時維持爐膛負(fù)壓，以防止火焰外泄。

對于發(fā)生放熱反應(yīng)的反應(yīng)器，如炔烴、烯烴加氫反應(yīng)器，均設(shè)有溫度保護(hù)，當(dāng)發(fā)生緊急情況時，一方面可以采取切斷進(jìn)料，用惰性氣降溫等措施，將反應(yīng)溫度控制在安全范圍內(nèi)，防止反應(yīng)器超溫超壓。另一方面，連鎖系統(tǒng)還將打開必要冷卻管線閥門以對系統(tǒng)進(jìn)行置換和降溫。

消防固定設(shè)施方面的保護(hù)措施主要有：

設(shè)置檢測器。在可燃?xì)怏w有可能泄漏、滯留的場合，設(shè)有可燃?xì)怏w檢測器；在火災(zāi)危險場所，設(shè)有火災(zāi)檢測器。

設(shè)置高壓消防水系統(tǒng)。該裝置的高壓消防水由廠區(qū)第二高壓消防水系統(tǒng)供給，總供水量600L/s，供水壓力0.8～1.2MPaG。

設(shè)置雨淋系統(tǒng)。本裝置在輸送烴類介質(zhì)的壓縮機(jī)油箱和所處位置無法用水炮保護(hù)并輸送烴類介質(zhì)的泵等處，共設(shè)11套雨淋系統(tǒng)。

設(shè)置水幕系統(tǒng)。在裂解爐區(qū)朝向裝置的南、北、西三側(cè)，共設(shè)有7套水幕系統(tǒng)，以沖淡和稀釋裂解爐周圍的可燃?xì)怏w。

設(shè)置消防水炮。乙烯裝置內(nèi)還設(shè)置了34臺流量為40L/s的消防固定炮；在裂解爐西側(cè)管廊和壓縮區(qū)等設(shè)備密集區(qū)設(shè)置了8臺遙控高架水炮。

此外，在裝置以及配電室等處放置了一定數(shù)量的移動式干粉、二氧化碳滅火器，以便現(xiàn)場操作人員撲救裝置初期火災(zāi)之用。

5 典型火災(zāi)事故模擬及消防處置對策

當(dāng)發(fā)生大規(guī)模的燃燒和爆炸而使固定設(shè)施遭到破壞失去功用，或者事故點剛好位于固定設(shè)施射程的盲點或死角內(nèi)時，就必須依靠消防救援隊伍到場處置。根據(jù)上文中所提到的危險分布和危害程度劃分，筆者模擬了三種突發(fā)情況并提出了相應(yīng)的處置對策。

5.1? 物料泄漏后導(dǎo)致噴火燃燒

假設(shè)災(zāi)情為：碳一～碳四物料以18kg/s的速度，從高壓脫乙烷塔一個25mm的小孔中泄出，遇火源形成了長度為61m的噴射火焰。該塔高55m，最大容量約為12t碳一～碳四物料，正常操作壓力為35bar，溫度在-37℃～80℃之間，東鄰乙烯裝置熱區(qū)，南鄰丙烯分餾塔，西鄰高架管廊，北鄰脫丙烷塔。

5.1.1? 對目前或潛在的危害程度作出評估和判定

根據(jù)脫乙烷塔的位置，距該塔61m半徑內(nèi)可能受火焰直接影響的設(shè)備有壓縮機(jī)、脫乙烷塔回流罐、裂解氣脫水器、氫氣反應(yīng)器以及相關(guān)設(shè)備高架管廊，一旦該塔發(fā)生噴火事故，如果不及時采取行之有效的處置對策，勢必將形成多點燃燒，使事故形勢進(jìn)一步惡化。

5.1.2? 災(zāi)情處置

采取工藝措施。消防隊到場之后應(yīng)聯(lián)合企業(yè)工藝人員開展關(guān)閥斷料、放空泄壓、控制火源、緊急停車、上下游聯(lián)動、物料轉(zhuǎn)輸、惰化保護(hù)、系統(tǒng)充氮/蒸汽等工藝措施[5]，切斷對脫乙烷塔的物料供給，盡可能減少塔內(nèi)已有的物料量，并啟動安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，使整個裝置停車泄料。

冷卻降溫。除了對著火塔行冷卻防止內(nèi)部壓力過高而發(fā)生爆炸外，也要對其他受火焰影響設(shè)備進(jìn)行冷卻以防止產(chǎn)生新的事故點。一是為了減少火焰對相鄰裝置的直接影響，可以先利用水槍再利用水炮將噴射火焰導(dǎo)向設(shè)備空曠區(qū)域。具體做法是：幾組戰(zhàn)斗員穿著隔熱服，利用多支噴霧水槍，同時從噴射火焰的一側(cè)，由遠(yuǎn)及近對準(zhǔn)其外焰部分進(jìn)行噴射，將火焰推向空曠區(qū)域。然后在此點架設(shè)數(shù)門大流量移動炮以取代水槍射流。成功布設(shè)后，人員撤離到安全區(qū)域待命。二是以使用車載炮為主，槍炮相結(jié)合。消防隊到場后，利用大功率消防車的車載炮對噴火塔及周圍裝置的主要火點進(jìn)行冷卻，防止發(fā)生爆炸或者火勢蔓延形成新的火點，只有車載炮射不到的盲區(qū)或死角才使用水槍、泡沫槍進(jìn)行處置。這樣有利于最大限度發(fā)揮各類消防設(shè)施的優(yōu)勢，提高滅火效果，同時有利于滅火人員的自身安全，還可以減少配置消防車和人員。

5.2? 物料泄漏后與空氣混合形成爆炸性蒸汽云

災(zāi)情假設(shè)為：壓縮區(qū)第二段入口罐一根80mm的管道出現(xiàn)故障，罐內(nèi)全部8.9t碳三/碳四/碳五物料泄漏后在76m的范圍內(nèi)形成一股處于爆炸下限值的蒸汽煙云。該罐最大容量為8.9t，正常操作壓力為2.3bar，溫度為32℃。消防隊到場后重點采取以下措施：

5.2.1? 對目前及潛在的危險進(jìn)行評估

由于爆炸性蒸汽處于爆炸下限范圍內(nèi)，一遇到點火源即發(fā)生爆炸，因此對蒸汽進(jìn)行稀釋、控制點火源及疏散危險區(qū)內(nèi)的無關(guān)人員成為處置事故的首要措施。同時，利用偵檢測器材，從下風(fēng)、側(cè)下風(fēng)方向開始，由遠(yuǎn)及近接近泄漏源進(jìn)行檢測，確定爆炸下限值范圍，最終確定警戒區(qū)范圍。采取防明火措施。所有進(jìn)入危險區(qū)的事故處置人員必須穿著全棉內(nèi)衣及使用無火花工具，防止產(chǎn)生靜電、火星而點燃爆炸性蒸汽。

5.2.2? 采取工藝措施

對整個裝置實施停車，不但要停止物料的供給，而且要停止所有轉(zhuǎn)動設(shè)備的運(yùn)作及明火作業(yè)，防止產(chǎn)生火星點燃爆炸性蒸汽。

5.2.3? 噴水稀釋

主要遵循如下原則：①快速出水、圍堵稀釋。消防隊到場后，應(yīng)該首先加強(qiáng)第一出動，在危險區(qū)下風(fēng)及側(cè)下風(fēng)方向布設(shè)數(shù)道水幕及屏風(fēng)水槍，還可以利用水蒸氣、惰性氣體等方法進(jìn)行處置，一是防止泄漏范圍進(jìn)一步擴(kuò)散，二是稀釋爆炸性蒸汽濃度。②防止積聚、確保安全。比空氣重的碳三/碳四/碳五物料容易在低洼處積聚，因此在整個戰(zhàn)斗行動中，特別是事故處置后期，必須隨時消除這個可能引發(fā)事故的隱患。一是利用噴霧水槍驅(qū)趕低洼處的泄漏氣體，二是打開雨水井、電纜井，向下水道灌注高倍數(shù)泡沫，以阻止泄漏氣體通過以上部位泄漏，還可以抬高水位、稀釋蒸汽、防止爆炸。

5.3? 物料泄漏后形成流淌火

災(zāi)情假設(shè)為：急冷單元的油水分離器發(fā)生較大故障，45t汽油全部發(fā)生泄漏并形成了直徑為50m的地面流淌火。消防隊到場后重點采取如下對策：

5.3.1? 對目前及潛在的危險進(jìn)行評估

直接冷卻的部位是目前正在遭受火勢沖擊的部位，潛在危險是可能的接觸地點包括：急冷塔、加熱器、乙烯塔、泵、第二段入口罐和相關(guān)高架管廊。判斷地勢，由于是流淌火災(zāi)，火勢肯定會朝地勢低的部位蔓延。因此必須在蔓延方向做好筑堤堵截的各項準(zhǔn)備。對周圍雨水井進(jìn)行及時封堵，防止油火通過下水道蔓延到其他裝置。

5.3.2? 采取工藝措施

對受到火勢影響的裝置及設(shè)備實施停車、退料。首先會同現(xiàn)場操作人員和裝置工程師，利用工藝措施，啟動安全聯(lián)鎖系統(tǒng)實施停車、退料，從源頭上減輕火勢的進(jìn)一步蔓延。

5.3.3? 噴射滅火劑

在對受火焰沖擊或受熱影響的周圍裝置施加冷卻水流的同時，還必須考慮到：由于是汽油泄漏燃燒，對地面流淌火應(yīng)該使用泡沫進(jìn)行撲救。但是，泡沫覆蓋層容易受熱破裂，不易覆蓋全面而往往導(dǎo)致復(fù)燃。為了解決這個問題，筆者認(rèn)為應(yīng)該采取對“四分之一區(qū)域”噴射泡沫的戰(zhàn)術(shù)，具體做法為：①將整個池火劃分為四個面積相等的區(qū)域；②按最低滅火劑噴射強(qiáng)度6.5L/m2計算，從上風(fēng)方向開始，利用數(shù)門泡沫炮同時相向地朝第一個“四分之一區(qū)域”噴射泡沫并持續(xù)15min；③在完成對第一個“四分之一區(qū)域”噴射后，重新布置泡沫炮，運(yùn)用相同的方法，分別對其他三個“四分之一區(qū)域”噴射15min泡沫，直到明火全部被撲滅為止。

參考文獻(xiàn)

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