浅析焦化厂火灾风险及控制:以德胜钢铁厂为例

摘要：煤化工生产的原料和产物绝大多数为易燃、易爆、有毒物质，其火灾危险性决定了煤化工生产火灾具有易爆炸、难朴救、损失大等特点。运用道化学公司火灾爆炸危险指数法，通过火灾爆炸危险指数法的程序，以粗苯为例，获得发生事故造成的停产损失，并提出了改善安全生产环境的措施，对安全生产具有重大意义。

关键词：火灾爆炸指数评价法；焦化厂；定量分析；粗苯云南德胜钢铁有限公司前身是原禄丰钢铁厂，是集煤化工、矿产资源和电力能源开发、黑色金属冶炼及压延加工、物流运输、国际贸易为一体的符合产业政策和环保要求的资源节约型循环经济链项目，总投资1.78亿元，其中，焦化厂隶属“楚雄德胜煤化工有限公司”，主要产品有冶金焦炭、粗苯、硫铵、焦油、煤气等化工系列产品。焦炭、煤气主要供应炼铁厂，用于高炉冶炼其它产品可供农业、医药、化工、交通、建材等行业作深加工原料。

1焦化厂概述

焦化厂厂区由东向西整体呈长方形布置，占地面积280000m2。整个厂区主要由备煤车间、炼焦车间、干熄焦车间、煤气净化车间和配套的辅助生产设施组成，厂区依托禄丰县公安消防大队实施火灾扑救及应急救援。厂内道路呈环形布置，道路的宽度、净空高度充分考虑消防车通行的要求，保证消防通道的畅通。

2.焦化厂的火灾危险性

2.1焦炉表面高温可能引起可燃物起火

炼焦是焦化厂的主体,焦炉是用来炼制焦炭的，其内部温度极高，炉体表面散热面积较大，如有易燃或可燃物质与炉体接触，极易被烤燃：距炉体较近的易燃、可燃物,也有被辐射热引燃危险。

2.2煤气燃爆危险

焦炉工段有大量使用煤气的设备和管道，由于煤气压力低、含氧量过高、产生静电火花等原因均可能发生燃烧和爆炸事故：此外若管道长期腐蚀，造成煤气泄漏，在空气中达到一定浓度，遇火源即会发生爆炸事故。

2.3原料煤的自燃危险

煤场中贮存的煤如果超过贮存期限，有可能会发生氧化自燃。

2.4粉尘爆炸危险

在焦化厂的生产过程中，粉尘与空气形成爆炸性混合物的机会是存在的，如厂内备煤及筛焦等，其煤尘或焦尘浓度过高，遇明火将会造成爆炸事故。特别是带式输送机部分，此设备是用来输送煤及焦炭的专用设施，其除尘系统的故障会造成大量积粉或粉尘浓度超标：煤、焦的粉尘与空气形成爆炸性混合物，会造成火灾、爆爆炸、污染等严重事故。

2.5电气危险

配电室、动力及照明线路、电气设备，因产品质量不良、施工不当或绝缘破坏：长期过负荷绝缘老化或因外、部影响，可能引发电气设备、电线电缆过热而发生火灾。

2.6锅炉爆炸危险

锅炉爆炸主要有超压爆炸、锅炉缺陷导致的爆炸以及严重缺水导致的爆炸三种形式，主要原因来自安全阀、压力表不齐全、被损坏或指标错误：操作人员擅离岗位:锅炉主要受压部件有缺陷、出现裂紋、严重变形或锈蚀等情况，导致主要受压部件丧失承受能力突然大面积爆炸：操作时没有及时上水，导致主要受压部件得不到正确冷却，甚至被烧干,锅炉工不辨缺水情况匆忙上水，引起锅炉爆炸等。

2.7压力容器的超压爆炸

压力容器会因超压、运行时间过长腐蚀减薄等原因发生爆炸事故。

3.焦化厂火灾爆炸危险评价

3.1定量评价方法

道化学火灾爆炸危险指数评价方法为国际普遍认可的安全评价方法，是一种成熟的定量评价方法。单元中若易燃、可燃或化学活性物质最低量达到2.27m³或2268kg，应考虑采用道化学火灾爆炸危险指数评价法进行定量评价。

该焦化厂危险化学品生产的工艺特点，生产的粗苯、工业萘、煤焦油、洗油等物质，其危害形式主要为燃烧和爆炸，单元储量远大于2.27m³或2268kg，符合道化学(DOW)火火灾爆炸危危险指数评价法，因此运用道化学公司火灾爆炸危险指数评价法进行定量分析评价。

3.2主要危险因素的定量分析

按照《重大危险源辩识》重大危险源单元的划分原则，该焦化厂粗苯、焦油及工业萘等整个贮存区为—个单元。在生产的多种危险化学品中，粗苯物质系数较其它几种物质要高，主要危险性是火灾、爆炸事故，因此以粗苯作为该单元评价的重点。利用道化学方法(DOW)对储存区的火灾爆炸危险指数进行定量分析。

3.3物质系数(MF)的确定

粗苯储存区的危险物质为粗苯，由于粗苯是多种物质的混合物，主要成分是苯，取混合物组分最大的MF作为混合物的物质系数，由道化学公司火灾爆炸危险指数评价法附录查得苯的MF=16，因此，确定物质系数MF为16。

3.4工艺单元危险系数的确定

3.4.1一般工艺危险系数F1

对于储存粗苯的罐体，无放热和吸热反应，且对燃烧特性参数N(F)=3的易燃液体，物料处理与输送系数取0.85；苯的闪点为-11℃，在封闭区域内在闪点以上处理易燃液体，封闭单元系数取0.30；生产装置周围必须有紧急救援车辆的通道，至少在两个方向上设有通道，通道系数取0.35；该粗苯储区设有堤坝以防止泄漏液体流到其它区域，排放和泄漏控制系数取0.50 。

F1=1.00 0.85 0.30 0.35 0.50=3.00

3.4.2 特殊工艺危险系数F2

接触粗苯可引起麻醉性和毒性，对神经系统有损害，长期接触可致多种疾病，取其毒性系数0.60。

对储存N(F)=3的易燃液体储罐,在储罐泵出粗苯时，可能吸入空气，爆炸极限范围内及附近的操作系数取0.50；储有可燃液体，其操作温度在闪点以上且无惰性气体保护时，爆炸极限范围内及附近的操作系数取0.50。

粗苯储罐容积为550m³，有两个储罐，按照最大储存量与燃烧热相乘求得储存中的总能量为(1100/0.454)×17. 3×103=0.04×109英热单位。其中，苯的闪点为-11℃，易燃物质和稳定物质的数量危险系数为0.09。

由于储罐防腐措施完善，其腐蚀速率小于0.127mm•年﹣1，取其腐蚀系数为0.10。

泵和压盖处可能产生微量泄漏，取其泄漏系数为0.10。

粗苯储罐处无明火操作、无热油交换装置以及转动设备。

F2= 1.00　 0. 60　 0. 50　0.50　0. 09　 0.10　 0.10 = 2.89

3.5 火灾爆炸危险指数(F＆EI)的计算

火灾爆炸危险指数是用来估计生产过程中的事故可能造成的破坏程度。各种危险因素，如反应类型、操作温度、压力和可燃物的数量等表征了事故发生概率、可燃物的潜能及导致潜能释放的大小。根据一般工艺危险性和特殊工艺危险性，可得到单元工艺危险系数F3=F1×F2=3.00×2.89=8.67。

火灾爆炸指数F＆EI=MF×F3= 16×8.67=138.72。根据表1可知该焦化厂粗苯储区危险等级为很大。

表1火灾爆炸指数(F&EI)及危险等级

火灾、爆炸指数(F&EI) 危险等级　1-60 　最轻　61-96 　较轻　97-127 　中等　128-158 　很大　>158 非常大　3.6 单元安全措施补偿系数

为了预防严重事故的发生，降低事故的概率及事故的大小，对基本设计考虑了工艺控制（其补偿系数为C1）、危险物质隔离（其补偿系数为C2）和防火措施（其补偿系数为C3）三类安全措施，这三类补偿系数之积为安全措施补偿系数(C)，即：C=C1×C2×C3。

3.6.1工艺控制补偿系数(C1)

工艺控制补偿因素有应急电源、冷却、抑爆、紧急停车装置、计算机控制、惰性气体保护、操作指南和操作规程、活性化学物质检查及其它工艺过程危险分析。对于粗苯贮存区，主要是操作指南和操作规程因素的补偿。其补偿因素如下：

开车为0.5 ；正常停车为0.5；正常操作条件为0.5；低负荷操作条件为0.5 ；备用装置启动条件（单元全循环或全回流）为0.5；超负荷操作条件为1.0 ；短时间停车后再开车规程为1.0 ；检修后的重新开车为1.0 ；检修程序（批准手续、清除污物、隔离、系统清扫）为1.5 ；紧急停车为1.5 ；设备、管线的更换和增加为2.0 ；发生故障时的应急方案为3.0 。因考虑储罐实际，仅参考部分补偿因素。

正常操作为0.5；正常操作条件为0.5；超负荷操作条件为1.0；备用装置启动条件为0.5；检修后重新使用为1.0；检修程序（批准手续、清除污物、隔离、系统清扫）为1.5；设备、管线的更换和增加为2.0；发生事故时的应急方案为3.0。

将具备上述操作规程的各项分值相加作为X ，按下式计算工艺控制补偿系数：

C1 = 1－X/150 = 1－10/150=0.93　　3.6.2危险物质隔离补偿系数(C2)

危险物质隔离补偿系数因素有远距离控制阀、备用泄漏装置、排放系统及连锁装置。排放系统能容纳储罐内所有物料及一定时间内消防水的喷洒量。取其补偿系数为0.91。

3.6.3 防火设施补偿系数(C3)

防火设施补偿系数因素有有泄漏检测装置、钢质结构、消防水供应、特殊系统、喷洒系统、水幕、泡沫装置、灭火器材及电缆保护。

储油罐体防火涂层达到的耐火时间取决于可燃物质的数量及排放装置的设计情况，采用防火涂层，取其系数为0.97；设置了泡沫灭火系统，其补偿系数取0.97；配备了与火灾危险相适应的灭火器，其补偿系数取0.97；电缆埋在地下的电缆沟内，其补偿系数取0.95。

C3=0.97×0.97×0.97×0.95=0.867

单元安全补偿系数C=C1×C2×C3=0.93×0.91×0.867=0.734。

3.7 危险分析汇总

3.7.1 暴路半径

暴露半径表明单元危险区域的平面分布。暴露半径R=(F&EI)×0.256=138.72×0.256，其值为35.5m，此暴露半径从粗苯储罐表面向外量取。

3.7.2暴露面积和破坏系数

由暴露半径和评价单元面积之和求得暴露区域面积为3959m2，在这一区域内其损坏系数为0.74。

3.7.3财产损失

基本最大可能财产损失(Base MPPD)=破坏系数（危害系数）×更换价值，它是假定没有任何一种安全措施来降低损失,更换价值假定为3亿元。

实际最大可能财产损失(Actual MPPD)=(Base MPPD )×安全措施补偿系数，它表示在采取了适当的防护措施后，事故造成的财产损失，其值为2.2亿元。　　最大可能工作日损失( MPDO )，由实际最大可能财产损失，可得最大可能工作日损失，为432天。

停产损失(BI)=MPDO/30×每月产值×0.70，假设年产值为20亿元，则停产损失(BI)为16.8亿元。

3.8火灾爆炸危险指数评价结果

道化学公司火灾爆炸危险指数评价结果汇总见表2。

表2工艺单元危险分析汇总

火灾爆炸指数(F&EI)

118.9　暴露半径/m 　　35.5　　暴露面积/m2 　　3959　　暴露区内财产价值/百万元 300　　损坏系数 0.74

基本最大可能财产损失/百万元 220 安全措施补偿系数 　　0.734　　实际最大可能财产损失/百万元 163　　最大可能停工天数/天 432　　停产损失/百万元 1680　　由表2可得如下结果：

1、由于入灾爆炸指数的结果(F&EI)为138.72，按其危险等级判定法判定，贮存区的固有危险性等级为很大。灾害基本最大财产损失为灾害区域原值的74%，经安全措施修正后，若发生事故,则实际财产最大损失为灾害区域原值的54%。当考虑了安全措施，给予补偿后，则固有危险性指标标降低74%。

2、贮存区固有危险等级为中等，由于粗苯、酚油及萘等都具有易燃易爆性，储存区属于重点危险区域。

3、该危险度评价结果是建立在各项安全预防措施和手段有效落实的基础之上，所以，必须保证各项措施和手段的实施,才能达到评价的安全水平。

4.消防系统及安全设施

苯易燃易挥发且挥发的苯蒸气对人体具有一定的刺激性和毒害作用。因此储罐的消防设计是储罐设计中非常重要的一个环节。储罐的消防设计遵循“以防为主，防消结合”的原则。储罐设置有效的灭火装置，储罐一旦发生火灾使发生火灾的概率最小。

4.1泡沫灭火系统

泡沫是扑灭油品火灾的有效灭火剂。泡沫又分化学泡沫和空气泡沫两种。由于产生化学泡沫的系统比较复杂，操作困难，储存条件苛刻，加上化学泡沫的灭火效果也不是很理想，因此内浮顶罐上采用的泡沫灭火方式为空气泡沫。它具有操作简单、管理方便、设备费用不高的优点。

空气泡沫灭火是用泡沫液、水按一定比例混合形成泡沫混合液后，利用机械作用混入空气而形成的泡沫，覆盖在储罐内的液面上，隔绝空气和可燃介质的接触，来达到灭火的目的。按发泡倍数分有低倍数泡沫液、中倍数泡沫液、高倍数泡沫液。2座储罐灭火中使用的低倍数泡沫系统。

固定式、半固定式液上喷射泡沫灭火系统的泡沫混合液供给强度及连续供给时间，应符合下列规定：

对于非水溶性甲、乙、丙类液体，不应小于下表的规定。

表4-1　泡沫混合液供给强调和连续供给时间

图片1　注：①如果采用大于上表规定的混合液供给强度，混合液连续供给时间可按相应的比例缩短，但不得小于上表规定时间的80%。

②含氧添加剂含量体积比大于10%的无铅汽油，其抗泡沫液混合液供给强度不应小于6 L/min.㎡，连续供给时间不应小于40min。

对于苯，属于甲类液体，泡沫混合液供给强度不小于6.0L/(min•m2)，连续供给时间不小于40min。

苯罐采用等壁储罐，按费用最省、材料最省的经济尺寸计算　　H=2R　　550=πR2H　　550=2πR3　　所以，R=4.5m　H=9m　　浮顶罐的存储系数为：0.90×(1 5%)=0.945　　所以，苯罐的直径为9m，高度为9m。

根据《钢铁冶金企业设计防火规范》(GB50414-2007)中有关规定，本工程同一时间内火灾次数1次，火灾持续时间4h，固定泡沫灭火系统总用水量为：M=A•K•T=116.64m3 　　依据《低倍数泡沫灭火系统设计规范》(GB50151-92)，设置固定式泡沫灭火系统的储罐区，应在其防火堤外设置用于扑救液体流散火灾的辅助泡沫枪，其数量及其泡沫混合液连续供给时间，不应小于表4.2的规定。

表4.2 泡沫枪数和连续供给时间

图片2　单支空气泡沫枪用水量为7.52L/s，在连续供给情况下，消防水量为：129.9m3。

4.2 消防冷却系统

为防止着火罐罐体破裂甚至爆炸，同时保护周边罐体安全，在着火罐和邻近罐应同时设置冷却系统，此处以冷却水枪为主，地上立式储罐消防冷却水供水范围和供给强度不应小于表4.3中规定：

表12.2.8　 地上立式储罐消防冷却水供水范围和供给强度

图片3

注：①移动式水枪冷却栏中，供给强度是按使用Ф16mm水枪确定的，括号内数据为使用Ф19mm水枪时的数据。

②着火罐单支水枪保护范围Ф16mm为8～10 m，Ф19mm为9～11m；邻近罐单支水枪保护范围Ф16mm为14～20 m，Ф19mm为15～25m。

由此可得：着火罐冷却水需水量为：466.4m3，邻近罐冷却水需水量为：81.4m3。

4.3 消防用水量

消防用水量由泡沫灭火系统用水量和冷却系统用水量组成，因此，总消防用水量为：116.64 129.9 366.4 81.4=694.34，其中冷却水为禄丰县公安消防大队灭火及冷却用水，禄丰县消防队现有泡沫车一台，其水容量为6吨，泡沫容量2吨，最大泡沫射程：大于60米，混合液流量48L/s。同时按照加强第一出动力量的原则，由一台斯太尔水罐消防车（水容量：8吨，流量：60L/s)和一台东风水罐消防车（水容量：3吨，流量：30-50L/s）编组出动，总运水量为17吨，泡沫运量2吨。以出动2支65mm直流水枪冷却，一支空气泡沫枪灭火的作战方案为例，消防用水量为：20.52L/s，连续供水情况下，总用水量为：295.5m3。空气泡沫枪泡沫液流量为0.48L/s，泡沫用量为：6.9m3。

生产—消防水就近接自钢铁公司厂区高位水池(5000m3)出水管，管网压力0.25Mpa，水源水量、水压、水质达到使用要求。水源给水管道接管管径DN350，二根。　　工程总占地面积22.06万m2，根据《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)和《钢铁冶金企业设计防火规范》(GB50414-2007)中有关规定，室内消防用水量10L/s，室外消防用水量45L/s，总消防水量按55L/s考虑，同一时间内火灾次数1次，火灾持续时间4h。消防贮水池有效容积800m3，可满足全厂发生火灾时火灾持续时间为4h的用水量。

5.火灾安全对策措施

通过对焦化厂危险物品的预先性危险分析，综合安全管理，工艺、设备、设施及建筑安全因素，环境安全条件的安全现状分析以及主要危险物质的道化学分析，评价结果如下：主要危险物质贮存超过单元临界量，属重大危险源。

建议采取在焦化厂可采取以下防火防爆措施：(1)在有燃爆性粉尘产生的粉碎机房、筛焦楼、转运站及推焦地面站等处设置有效的除尘装置，使燃爆性粉尘浓度远低于其爆炸下限：产生燃爆性气体的鼓风机室等厂房室内设置相应通排风,使燃爆性气体的浓度低于其爆炸下限。(2)采用双电源供电，确保安全生产。(3)焦炉煤气管道设有效的低压报警及自动切断煤气装置，防止煤气管道吸放空气而造成危险。(4)煤气及苯类等设备与管道设置相应的防静电接地装置，应经常检查维护保证接触良好，防止静电火花而引起的火灾。(5)管式炉煤气设有低压报警与安全连锁装置,并保证完好。(6)煤气系统的设备及管道设置相应的蒸气吹扫及取样装置，防止煤气中含氧量超标燃爆而引起火灾。(7)煤气设备从选材、施工、气密性试验及生产维护均有严格的技术要求。(8)选择良好的设备阀门管件及密封材料，并加强维护，防止跑、冒、滴、漏发生。(9)为防止雷电和静电事故，装置中应设保护，接地措施应可靠。(10)应确保火灾、爆炸危险场所的电气设施符合防爆技术要求。(11)化工区应使用铜质工具，进入化工区不准带火种，不穿带钉子的鞋。(12)应增加警示标识的设置和紧急处理的显示牌。

6.结论

从焦化生产工艺及其产品特性可以看出，由于使用原料及生产工艺和产品的特殊性，焦化生产的主要化工产品极易发生火灾、爆炸事故。虽然人们的安全意识在不断提高，对焦化生产危险性的认识也在进一步加深，企业对生产的危险场所和部位也加强了管理和检查，但是，由于焦化产品的易燃、易爆性以及人、机、环、管等各方面的管理缺失，焦化企业发生火灾事故的概率仍然比较高。因此，为了控制重大火灾事故的发生，防止社会发生重大人员、经济损失，对焦化厂的安全评价和管理是十分必要的，企业及政府应高度重视。