液化气储罐区的消防安全
摘要： 由于缺乏必要的消防知识、 安全意识淡薄以及消防执法部门监督不到位等原因导致液化气储罐区存在一定的火灾隐患。通过分析上海油气加注站和山西渭南饲料添加剂厂的两起重大爆炸事故案例，从气体爆炸三要素：可燃物、 助燃物和点火源入手，总结了预防火灾事故发生的措施和消防灭火中应注意的问题，提出液化气储罐区消防的重点是预防，如果火灾已经发生，消防灭火的核心任务则是防止 2 次爆炸。
关键词： 液化气储罐；最小点火能；爆炸极限；临界氧含量；热辐射；消防
液化气储罐存储大量易燃、 易爆物料， 对人员的生命安全构成了极大威胁。 当罐区发生物料泄漏或有压缩空气进入储罐时，液化气与空气混合形成具有爆炸性的混合气体。 若混合气体中物料浓度处于爆炸极限内， 给以大于该物料的最小点火能， 即会导致燃烧爆炸。 液化石油气的最小点火能很低，仅 0.2 mJ， 相当于一根铁钉从 1 m 高自由落下碰在水泥地面上产生的能量。
一、事故案例分析
1.1 案例一
2007 年 11 月 24 日， 上海浦三路油气加注站， 在停业检修时发生了液化石油气储罐爆炸事故， 造成4人死亡， 直接经济损失 960×104 元。 事故的直接原因是：液化石油气 （ LPG） 储罐卸料后未用氮气置换清洗， 其中仍残留液化石油气； 进行管道气密性试验时，在无图纸、无方案的情况下， 盲目组织人员施工； 在施工中未使用盲板对管道与 LPG 储罐进行有效隔断， 使压缩空气进入储罐，其中残留的 LPG 与压缩空气混合，形成爆炸性混合气体； 加之违章电焊动火作业， 引发试压系统发生化学爆炸。
这是一起因施工人员违章作业， 工程项目管理混乱导致的较大生产安全责任事故。 为防止类似事故的发生，应强化以下 3 个方面工作：
（ 1）强化证后监管， 加强对安装单位的监督抽查，重点检查其人员是否具备认证资格，质量体系是否运转正常。 同时加强管道安装工程的现场安装质量抽查， 严禁无证设计、 无证安装， 禁止使用无证压力管道元件。
（ 2）主管部门应对危险性较大的压力管道安装工程、维检修项目， 组织设计审定， 监督施工质量。
（ 3）认真落实安全主体责任，贯彻执行现行有关压力管道安全的规章、 规程和标准。
1.2 案例二
2000 年 7 月 10 日， 陕西省渭南市饲料添加剂厂发生火灾爆炸事故， 造成 2 人死亡，直接财产损失534.4×104 元。 事故原因是： 在从汽车槽车向环氧乙烷储罐卸料的过程中，工人擅离职守， 环氧乙烷计量槽发生泄漏导致第 1 次爆炸， 爆炸的高温使环氧乙烷储罐内的物料大量气化， 罐体爆裂，发生 2 次爆炸， 距离环氧乙烷储罐 6 m 的槽车受两次爆炸的高温烘烤，罐体因高压爆裂， 导致第 3 次爆炸。
应从此次火灾爆炸事故中汲取 3 点教训：
（ 1）环氧乙烷计量槽属非法自制压力容器，质量低劣， 材质和焊接存在严重缺陷。
（ 2）在环氧乙烷卸料过程中，工人擅离职守， 未能及时将槽车开走， 导致事故扩大。
（ 3）忽视各个检查部门提出的整改意见，未及时落实整改措施。
二、事故的预防
防止可燃气爆炸的基本指导思想是以预防为主。
液化气体爆炸必须同时具备 3 个条件：一是液化气体气化为可燃气； 二是有空气存在， 而且可燃气与空气的混合比例在一定范围内； 三是存在点火源。 缺少任何一个条件都不能发生爆炸。
2.1 严格控制点火源
罐区的点火源很多， 主要有电焊、 气焊产生的明火源； 电器设备启动、 关闭、 短路时产生的电火花；进出人员穿钉铁掌的鞋， 带静电的衣服； 未带阻火器的汽车； 非防爆电器； LPG 在输送时易产生静电积累， 在一定条件下放电产生火花；雷电导致的放电现象等。
针对性措施有： 选择通风良好， 远离明火的露天地带建造 LPG 储罐； 操作人员进入岗位前用手握一下接地铜棒， 使产生的静电导入地下； 重槽车的车体尾部安装金属链， 使在行驶中由于液体撞击内壁和车轮摩擦地面产生的静电通过金属链导入地下等。
总之， LPG 化厂站的设计、施工、 安装、 生产等环节均应采取必要措施减少静电的产生和积累； 确定静电监测、 检测程序和生产作业静电安全管理指标； 强化安全教育、 业务培训及标准化管理等工作，以减少和消除各种点火源引发的火灾爆炸事故。
2.2 防止形成爆炸性混合气体
在化工厂中， 生产、 储存和运送可燃气的设备和管道， 应严格防止可燃气体外泄和压缩空气进入，在重要的防爆场所应安装检测仪， 以便随时监测可燃气的泄漏情况。 在不能保证设备绝对密封的情况下， 应保持良好的通风， 并考虑可燃气的密度， 使之及时排走。 设置的防爆通风排风系统，其鼓风机叶片应采用撞击时不产生火花的材料。
如果厂房内或设备内已充满爆炸性混合气， 且不易排走， 或在某些生产工艺过程中，可燃气与空气相接触不可避免， 例如汽油罐液面上方的油蒸气与空气的混合， 这些情况下可用惰性气体 （ CO2、 N2） 进行稀释， 使已经形成的混合气浓度低于爆炸极限。 以甲烷为例， 绘制可燃气－氧气－氮气按浓度配比的爆炸极限三角形（图 1）。
图中三角形区域为爆炸区， 空气组分线与爆炸区的两个交点分别为可燃气体的爆炸上限 Xu 和爆炸下限 Xd； 临界氧浓度线与氧气坐标线的交点为临界氧浓度值 （表 1）， 当混合气中的氧浓度低于该值时， 任何浓度的可燃气与空气混合， 遇火源都不会发生燃烧爆炸。
为了使可燃气、 氧气和惰性气体组成的混合气体中的氧气含量低于临界氧浓度值， 惰性气体的充入量可通过下式计算：
式中： Vx 为惰性气体的充入量， m3； O 为临界氧含量，m3； O′ 为惰性气体中的氧含量， m3； V 为设备内原有的空气体积， m3。
式 （1）求得的是纯惰性气体的充入量，式 （ 2）求得的是含有氧气的惰性气体的充入量。
2.3 切断爆炸传播途径
为防止火焰窜入设备、 容器和管道内， 或阻止火焰在设备和管道内扩散， 可采用阻火器和安全水封，以切断火焰的传播途径。
2.3.1 阻火器
火焰在充满可燃混合气的管道中传播时， 有效管径变小， 由于管壁散热和自由基的固相消散，火焰传播速度减慢， 当管径小到一定程度时， 火焰不能在管道中传播， 这时的管径称为消焰径。 阻火器就是基于这一原理工作的， 其种类很多， 比较常用的有金属网阻火器、波纹板阻火器、 砾石阻火器等。 阻火器应经常检修， 以防止孔眼堵塞造成输气不畅， 或腐蚀损坏消焰元件。
2.3.2 安全水封
常用的安全水封包括敞开式和封闭式两种类型，可燃气体经过安全水封进入生产设备， 如果某一侧可燃气体着火，火焰蔓延进入安全水封时， 水的冷却作用可阻止火焰蔓延到另一侧。 但安全水封的可靠性与水面位置有很大关系， 可燃气压力较大时， 水面位置要高些， 若水面位置低于进气管管口，则不能发挥阻火的作用， 因此应经常检查安全水封的水位高度。 当环境温度较低时， 应在水中加入食盐或氯化钙等防冻剂， 防止水结冰。
2.4 安装泄压装置
防爆泄压装置包括安全阀和爆破片。
安全阀主要用于防止物理爆炸， 当设备内压力超过一定值时， 安全阀自动打开， 泄出一部分气体，使设备内的压力降低， 当压力低至安全范围以内时， 安全阀自动关闭， 从而保护设备不被破坏。 但当所储存的气体为易燃易爆有毒气体时， 排放的气体应经过特殊处理。
爆破片主要用于防止化学爆炸， 特别适用于发生爆炸事故时要求安全排放的设备， 其工作原理是根据爆炸压力上升时的特点，在设备的适当位置安装一定大小的脆性材料， 构成薄弱部位， 当发生爆炸事故时，脆性材料首先遭受破坏， 可立即将大量气体排放出去， 使设备主体得到保护。 当然， 排放气体必须经过特殊处理。
三、应注意的问题
3.1 消防灭火原则
LPG 储罐区一旦发生爆炸事故， 实施扑救会非常困难。 所以储罐区消防的重点应该是预防，如果火灾已经发生， 消防灭火的核心任务则是防止 2 次爆炸。消防人员的首要任务是在起火初期的最短时间内将火扑灭。如果有罐体破裂、 大量物料泄漏的严重情况发生， 则需要用降温的方法保证相邻罐体不发生新的爆炸。 LPG 的最小点火能很低，爆炸极限范围很宽， 扑灭火灾后， 剩余的液化气浓度很容易达到爆炸极限，遇高温即发生 2 次爆炸。 因此， 在将明火扑灭之前，要切断 LPG 物料的来源， 同时将环境温度降至可燃物燃点以下。
3.2 防止罐体爆炸
LPG 储罐在火灾中发生爆炸的危险性很大。这是因为罐体暴露在高温环境中， 受到强大的热辐射，温度和压力迅速上升， 最终因超压而发生爆炸。 由此可见发生火灾后采取降温措施是非常必要的， 一般是在罐体加装喷淋水和消防水幕。
3.3 防止热辐射损伤
当石油液化气发生爆炸燃烧时， 火焰表面发出强烈的辐射热， 应采取适当的技术手段和措施对电源和消防设备进行降温。同时， 需要考虑消防车辆轮胎受热爆裂的可能性。 人对高温环境的忍耐性是非常有限的： 当温度达到 65 ℃ 时，可暂时忍受； 当温度达到 120℃ 时， 短时间内即会对人体产生不可恢复的损伤。 高温气体可达数百度甚至上千度，距离起火点 50 m 范围内， 消防人员无法靠近。 为满足消防要求， LPG罐区需配备高压消防水系统， 其射程达到 60～100 m，消防人员可以进行远距离作业， 在有效灭火的同时， 减少热辐射损伤。
往期文章
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本文主要内容来自于：郑兰芳（中国人民武装警察部队学院，河北廊坊 065000）
中图分类号： TE88 文献标识码： A
文章编号： 1000-8241 （ 2011）01-0076-04
版权归属于原作者。
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