摘要:基于对易燃易爆化学品的爆炸机理分析以及炼油厂危险物质和危险装置的辨识，归纳出炼油厂设计中通常采取的防爆措施。结合具体事例，利用DNV定量危险分析软件，计算一个放空罐爆炸产生的超压冲击波，提出装置内建筑物的安全防爆措施。

关键词:爆炸危险源辨识;防爆措施;超压冲击波计算

炼油厂是大量易燃易爆物质积聚的地方，发生火灾、爆炸事故的风险很高，随着我国经济的发展，炼油厂的数量和规模不断增大，因此加强易燃易爆物质的管理，正确辨识生产中存在的爆炸危险因素，进而采取有效的防爆措施是重要的安全防护内容。

从炼厂重大事故调查中得知，火灾和爆炸往往相互引发，共同存在。相比来讲。因为爆炸能在瞬间释放出巨大能量，所以更具危险性和不可控性，炼厂中发生的爆炸类型多为以下两种:

(1)蒸汽云爆炸(VAPOR CLOUD EXPLOSION，VCE)，一般起因于轻烃或其它可燃物质的泄漏。在设备紧凑布置的拥挤空间内，可燃气体与空气混合形成爆炸性蒸汽云，遭遇明火后由爆燃(火焰阵面以亚音速推进)发展为爆轰(火焰阵面以超音速推进)，爆轰中心可产生1.5～2.0MPa的超压，超压冲击波对周围的设备和建筑物有很大的破坏性。而爆燃产生的超压要小很多，在有些情况下甚至可以忽略不计。据统计，在石油化工行业中，蒸气云爆炸约占事故总数的46%，是发生频率较高的爆炸事故。

(2)沸溢性爆炸(BOILING LIQUID EXPANDING VPOR EXPLOSION，BLEVE)，通常BLEVE是由火灾引起，在火的烘烤下，容器内液体温度急剧升高，产生大量气体，导致容器内压力增大，直到容器不能抵御内部压力时，容器破裂，器内高温可燃气液混合物以及容器碎片以极大的速度喷出，同时可燃物被静电或外部明火点燃，形成爆炸性火球。

因为BLEVE爆炸一般是火灾事故引发的次生灾害，以下重点讨论蒸汽云爆炸的预防措施。

一、爆炸危险源辨识

炼厂中危险品的爆炸危险性大小可从两个方面说明。

(1)发生爆炸的难易程度，一种物质是否能爆炸、是否容易爆炸是物质本身的固有特性，其中一个主要特性参数就是物质的爆炸上下限，通常爆炸上下限范围越大，尤其是爆炸下限较低时说明该物质不仅有一个较宽的爆炸浓度范围，而且在空气中浓度较低时即可发生爆炸，有较大的危险性。炼厂中常见物质的爆炸限值见表1。

(2)爆炸时释放的能量，与蒸气云爆炸释放的能量和云团的体积、易燃物的浓度、爆炸物质的燃烧热有关，用下面公式表示:

L_H=V·H·427

式中:L_H——化学爆炸时的爆炸力，Kg·m;

V——参与反应的可燃气体的体积(标准状态下)，m³;

H——可燃气体的燃烧热值，kal/m³;

427——转换常数，1kal热相当于427kg·m功。

燃烧热是物质固有的特性，炼厂中常见物质的燃烧热数据见表1。 

爆炸是很复杂的物理化学过程，影响爆炸过程的因素很多，比如说，氢气、甲烷虽然有很宽的爆炸范围，但氢气比空气轻，在露天情况下很快散去很难形成稳定的爆炸性蒸汽云;较重的油品比如柴油，在空气中挥发性低，较难达到爆炸下限，因此炼厂中最具爆炸危险的物质是碳3到碳5的轻烃类物质。这些轻烃组分多存在于轻烃回收装置、气体分离装置、吸收稳定装置、以及各其它装置的分馏塔顶产品中。

二、设计中的防爆措施

根据事故调查结果，一般炼厂中爆炸的发展过程是:易爆物质泄漏—形成爆炸性云团—遇明火发生爆燃(如果空间足够拥挤会发展为爆轰)，因此，设计中炼油装置的防爆措施也是围绕这三个环节开展的。

(1)防泄漏:密封设计是防泄漏的最关键措施。密封措施包括设备和管线(尤其是压力设备和管线)的采标、选型、选材、以及加工、制作、连接方式等各个环节的安全设计;仪器仪表的自动控制、泄漏报警系统、安全仪表系统设计;以及物流切断、安全泄压、密闭放空、污油收集措施等;经过多年经验积累，目前已形成一整套密封设计的规范程序。

(2)通风:避免形成爆炸性云团的主要措施是通风。设计中设备露天布置，充分利用自然通风驱散易燃易爆物质的积聚，对必需布置在室内的设备，采取机械通风手段。目前操作平台采用格栅板铺设也是有效的防治易爆气体积聚的措施;

(3)防明火:炼厂设计中防明火的措施主要有电气防爆。按照防爆区域的划分类别，选择电气的防爆等级;为防雷击、静电引起的火花，设计中普遍采用了消除静电和雷电的共用接地网;对炼厂中产生明火的设备，比如加热炉、火炬，平面布置时应布置在当地最小风向的上风侧，与其它设备的距离有严格要求。

三、减少爆炸损失的措施

近年来，安全生产的设计理念不断提升，除设计中采取的防爆措施外，还应备有以防万一的手段，尽可能减少爆炸造成的损失。炼厂中，爆炸的破坏力主要体现在超压冲击波、高温辐射热、以及高速飞出的容器碎片，其中以超压冲击波破坏性最强。为尽量减少冲击波造成的经济损失，在条件许可的情况下，尽量加大设备之间、单元之间的空间，一方面可以减少拥挤度，阻止火焰由爆燃发展为爆轰，另一方面可以减少爆炸冲击波影响的设备数量，减少损失。

本着以人为本的设计思想，如果发生爆炸，最重要的是要确保人的安全，在工厂操作中除少数人员巡检外，多数人员都在控制室、办公室等建筑物内。目前在新建炼厂设计中，有人的建筑物均集中在厂前区，厂前区与装置区之间有较大的安全距离，能保证人员免受爆炸冲击波影响。

但在老厂改造项目中，由于种种原因，往往遇到较复杂的情况，为保证建筑物内人员的安全，必要时需要通过计算来确定建筑物受到的爆炸力，以便采取相应的抗爆结构或加大爆炸源与建筑物的距离。下面介绍一个实例。

某炼油厂需要在新建的一套PX装置内设一座控制室，控制室内24h内均有人工作。根据设备平面布置，设备区距该建筑物30m，最近的设备中有换热器、塔器、容器，其中以芳烃抽提放空罐最具危险性。

用国际通用的DNV安全分析软件，对放空罐爆炸产生的超压冲击波进行分析，以作为设备平面布置以及控制室建筑抗爆设计的参考资料。

3.1计算结果

根据工艺提供的放空罐内介质组成、物料量，以及DNV软件的使用经验，计算结果给出了超压冲击波随距离的衰减速度。从图1中得知，控制室在距爆炸源放空罐约30m的位置，如放空罐发生爆炸，控制室会受到约0.50bar的超压冲击力破坏。

3.2爆炸冲击波对建筑物的破坏

爆炸冲击波对建筑物的破坏作用见表2。

四、结语

(1)因为实际中爆炸事故影响原因复杂，爆炸模型难于准确描述实际过程，爆炸力定量计算的结果在设计中仅供参考。

(2)计算假定泄漏的物料全部参与爆炸并释放全部能量，但根据事故调查统计数据，对于敞开蒸气云爆炸，能量释放率大约只有百分之几。计算的超压结果较为保守。

(3)本实例中的控制室在设计中采用的是抗爆结构(能抵御0121bar的超压冲击波)，在装置一侧不设门窗。根据国内外炼厂平面布置经验和相关国内外标准规定，本实例中的控制室距装置设备的距离控制在30m，能保证控制室人员的安全。

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