本文為大家分析石化儲罐區(qū)可燃氣體及易燃液體泄漏的火災(zāi)危險性、消防安全監(jiān)控要求和消防應(yīng)急處置方法, 探討罐區(qū)可燃氣體及易燃液體泄漏監(jiān)測和消防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計原則與構(gòu)成方法, 通過實例說明石化輕質(zhì)油儲罐區(qū)泄漏監(jiān)測、安全監(jiān)控和消防聯(lián)動三級處置措施。
1. 可燃氣體及易燃液體泄漏的火災(zāi)危險性
石化儲罐區(qū)的儲存物質(zhì)主要是油品及液化氣等可燃、易燃液體?？扇家后w常溫下遇點火源易起火燃燒,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, 會產(chǎn)生可燃氣體及易燃液體蒸氣, 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。石油產(chǎn)品的火災(zāi)危險性主要有下列幾個方面:
(1) 易燃。石油產(chǎn)品的易燃特性主要以其閃點、燃點、自燃點來衡量。石油產(chǎn)品按其閃點分為易燃液體和可燃液體, 閃點小于45 ℃的屬于易燃液體, 閃點大于或等于45 ℃的屬于可燃液體。從消防角度分析, 閃燃是著火的前兆, 因而閃點越低的石油產(chǎn)品, 火災(zāi)危險性越大。閃點高于45 ℃的石油產(chǎn)品, 雖然在常溫下發(fā)生失火的危險性較小, 自身亦達不到自燃點, 但如果油品被加熱, 或存儲容器附近有火源時, 油溫增高后, 著火的危險性仍然存在。
(2) 易爆。石油產(chǎn)品的蒸氣和空氣的混合比達到一定濃度范圍時, 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, 閃點亦越低, 火災(zāi)危險性越大。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; 流動蒸發(fā)是指油品在進行泵送或灌裝時, 油品或周圍的空氣處于流動情況下, 或二者都處在流動情況下所發(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, 當沿管道流動與管壁摩擦和在運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, 都會產(chǎn)生靜電且電位高達2 萬伏～3 萬伏。靜電的主要危害是靜電放電; 當靜電放電產(chǎn)生的火花能量達到或大于油品蒸氣的最小點火能量時, 會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, 同時蒸氣壓增高, 若儲存于密閉容器中, 會造成容器膨脹,甚至爆裂。另一方面, 當容器內(nèi)灌入熱油冷卻時, 又會造成油品體積收縮而形成負壓, 損壞儲油容器, 增加火災(zāi)危險性。
(6) 易沸騰突溢。儲存重質(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, 有時會引起油品沸騰突溢, 使燃燒的油品大量外溢, 甚至從罐內(nèi)猛烈噴出, 擴大災(zāi)情。
2. 石化儲罐區(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, 石化儲罐區(qū)可燃氣體及易燃液體泄漏監(jiān)測與消防監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計中需解決下列問題:
(1) 充分考慮生產(chǎn)過程復(fù)雜的工藝安全因素、被保護對象火災(zāi)特殊性、火災(zāi)蔓延和連鎖反應(yīng)問題, 實現(xiàn)消防安全與生產(chǎn)工藝相結(jié)合。
(2) 通過計算機通信、控制與信息的有機結(jié)合, 實現(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) 進行消防安全信息化管理, 實現(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, 實現(xiàn)石化儲罐區(qū)消防安全具有強烈的針對性, 應(yīng)綜合考慮石化生產(chǎn)體系安全要求和實際生產(chǎn)工藝狀況, 形成相關(guān)設(shè)計、施工指導原則和方法。
3. 石化儲罐區(qū)泄漏監(jiān)測與消防設(shè)備聯(lián)動要求
3. 1 泄漏監(jiān)測要求
根據(jù)石化儲罐區(qū)特殊的火災(zāi)危險性和可燃氣體及易燃液體泄漏監(jiān)測實際需要, 安裝可燃氣體探測器。其消防安全監(jiān)測參數(shù)主要是可燃氣體濃度、成分、溫度、液位或壓力等工藝參數(shù)。此外, 石化儲罐區(qū)的火災(zāi)監(jiān)測參數(shù)應(yīng)充分考慮罐區(qū)特點來確定, 當儲存油品為原油等重質(zhì)油品時, 因其含碳量較多, 燃燒將產(chǎn)生大量的煙氣, 火災(zāi)探測的重點是對煙氣濃度探測, 同時對火災(zāi)溫度進行監(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)動控制要求
石化儲罐區(qū)的消防設(shè)備主要包括火災(zāi)警報裝置、滅火設(shè)備及安全操作設(shè)備?；馂?zāi)警報裝置是為了在安全參數(shù)出現(xiàn)異?；蚧馂?zāi)發(fā)生時產(chǎn)生及時報警, 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, 及時撲滅初起火災(zāi), 主要設(shè)備有消防炮、泡沫泵、自動噴淋泵等。安全操作設(shè)備是為了在安全參數(shù)出現(xiàn)異常時對物料管線及各種控制閥門進行控制和操作, 如壓力閥等。
石化儲罐區(qū)中各種消防設(shè)備對聯(lián)動控制的要求不同, 有些設(shè)備要求在出現(xiàn)異常時直接啟動, 如警鈴; 有些設(shè)備在出現(xiàn)異常后需要延時啟動, 如消防水泵需在火災(zāi)確認后啟動; 有些設(shè)備則需要在啟動后, 對系統(tǒng)返回狀態(tài)信號, 如泡沫泵等。石化儲罐區(qū)具有聯(lián)動要求的主要設(shè)備有消防水泵、泡沫泵、安全閥、聲光報警器、訊響器、消防電話及消防廣播等?？紤]到石化儲罐區(qū)消防水泵、泡沫泵等設(shè)備數(shù)量少、重要性強且分散布置, 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 標準驅(qū)動信號直接送入消防設(shè)備配電箱驅(qū)動, 以確保這些設(shè)備動作的高度可靠性。
4. 石化儲罐區(qū)泄漏監(jiān)測與消防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計
4. 1 系統(tǒng)設(shè)計原則
石化儲罐區(qū)可燃氣體泄漏監(jiān)測及消防安全監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計思路, 是根據(jù)石化儲罐區(qū)消防安全監(jiān)測要求,采用系統(tǒng)集成方法設(shè)計構(gòu)造系統(tǒng), 實現(xiàn)石化儲罐區(qū)安全參數(shù)實時監(jiān)測處理和安全狀態(tài)分析, 及時預(yù)測可能的災(zāi)害事故后果, 并通過聯(lián)動控制裝置有效啟動現(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)計遵循兩項原則: 一是管理軟件與系統(tǒng)硬件相結(jié)合, 根據(jù)實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)有機結(jié)合起來, 確保設(shè)備監(jiān)測可靠性和聯(lián)動有效性; 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、自動停車及其它參數(shù)控制等措施, 使罐區(qū)進出料生產(chǎn)過程控制與靜態(tài)安全參數(shù)監(jiān)測協(xié)調(diào)互補, 達到安全生產(chǎn)的目的。
4. 2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
根據(jù)石化儲罐區(qū)的特點, 考慮到工藝參數(shù)和火災(zāi)參數(shù)的監(jiān)測要求, 石化儲罐區(qū)可燃氣體泄漏監(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)動控制所需的信號要求。
圖1 石油儲罐區(qū)火災(zāi)檢測與滅火聯(lián)動系統(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、防爆型可燃氣體探測器、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, 如可燃氣體濃度、氣體成分、儲罐溫度、液位、壓力等工藝參數(shù)探測器的輸出信號; 監(jiān)控主機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, 及時預(yù)測事故并采取處理措施, 有效啟動現(xiàn)場消防設(shè)備, 實施滅火操作。
4. 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
按照系統(tǒng)集成方法, 石化儲罐區(qū)可燃氣體泄漏監(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、報警判斷與聯(lián)動控制輸出、自動與手動控制方式切換、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, 對工藝安全進行操作控制和處置緊急情況, 實施救災(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。 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, 石化儲罐區(qū)可燃氣體泄漏監(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, 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)生報警與消防設(shè)備聯(lián)動控制信號, 同時將監(jiān)測數(shù)據(jù)及各種信號存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫, 并通過遠程傳輸方式送入上級管理中心, 實現(xiàn)數(shù)據(jù)分類存儲、數(shù)據(jù)共享、信息查詢和業(yè)務(wù)管理等功能。石化儲罐區(qū)可燃氣體泄漏監(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 石油儲罐區(qū)可燃氣體泄漏監(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
石化儲罐區(qū)可燃氣體泄漏的應(yīng)急處置措施, 由罐區(qū)泄漏源的儲存及分布狀況、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)動控制邏輯等多種因素決定, 需結(jié)合罐區(qū)實際狀況, 從關(guān)閥斷氣、漏點封堵、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)中加以實現(xiàn)。
5. 2000m3球罐泄漏監(jiān)測及消防安全監(jiān)控系統(tǒng)實例
根據(jù)上述石化儲罐區(qū)可燃氣體泄漏監(jiān)測及消防安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)方法, 考慮球罐實際狀況、分析石化儲罐區(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)動方面的手動、自動控制, 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)了石化儲罐區(qū)消防安全監(jiān)控系統(tǒng)整體設(shè)計和工程實際的有機結(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)可燃氣泄漏量, 罐區(qū)和泵區(qū)20m范圍感溫式火災(zāi)信息; 系統(tǒng)共計4個可燃氣體泄漏監(jiān)測點,1條感溫監(jiān)測電纜(火災(zāi)報警),1個高液位監(jiān)測報警點和液位、壓力、溫度3個生產(chǎn)參數(shù)監(jiān)測點, 整個系統(tǒng)由監(jiān)控主機管理。其中, 液位、壓力和溫度3 個監(jiān)測參數(shù)取自石化儲罐區(qū)生產(chǎn)安全控制系統(tǒng)(DCS);可燃氣體泄漏監(jiān)測報警采用4臺可燃氣體探測器, 3臺安裝在2000m3球罐底部, 1臺安裝在物料泵區(qū), 可燃氣體探測器輸出為DC(4～20)mA 標準信號并直接送入可燃氣體報警器監(jiān)控主機; 火災(zāi)探測報警采用可復(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)量報警信號送入監(jiān)控主機; 高液位開關(guān)量報警信號取自2000m3球罐頂部安裝的高液位報警裝置。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)或人工操作實現(xiàn)球罐進出料閥自動/手動控制, 以及進出料泵自動/手動控制;
(2) 由壓力參數(shù)或人工操作實現(xiàn)放空閥自動/手動控制, 以及水噴淋裝置自動?手動控制;
(3) 由火災(zāi)監(jiān)測參數(shù)或人工操作實現(xiàn)消防水炮自動/手動控制;
(4) 由火災(zāi)監(jiān)測參數(shù)或人工操作實現(xiàn)消防泡沫泵自動/手動控制。
6. 總結(jié)
綜上所述, 石化儲罐區(qū)可燃氣體泄漏監(jiān)測及消防安全監(jiān)控系統(tǒng)是石化儲罐區(qū)的消防安全基礎(chǔ)設(shè)施之一, 對安全參數(shù)監(jiān)測的準確程度、固定滅火裝置的聯(lián)動及時性、應(yīng)急處置措施的合理性、系統(tǒng)無故障工作時間、系統(tǒng)運行成本等各方面指標, 需結(jié)合實際工程綜合考慮。根據(jù)當前工業(yè)火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)水平, 石化儲罐區(qū)可燃氣體泄漏監(jiān)測及消防安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計需達到如下功能要求:
(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)相對獨立。
(2) 安全參數(shù)監(jiān)測報警與事故處置預(yù)案相結(jié)合,實現(xiàn)動態(tài)安全監(jiān)測與管理。
(3) 監(jiān)控主機與各類探測器實現(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), 達到功能層次清晰, 便于操作。
(5) 采用計算機多媒體技術(shù), 形象生動的實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)和事故預(yù)案顯示。
