乙烯裝置的危險性及消防處置對策

潘佳俊

摘要：乙烯是石油化工的基本有機原料，主要用來生產聚乙烯、聚氯乙烯、環氧乙烷、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化工產品。然而，乙烯的生產從原料、產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，并且生產裝置的規模正朝著集約化、智能化、超大型化發展，一旦發生泄漏、爆炸和火災等事故，勢必將會對國家和人民的生命財產安全帶來極大威脅。為此，以上?；瘜W工業區內的賽科120萬t乙烯裝置為例，就乙烯裝置生產過程中的危險性及處置對策做簡單探討，以供相關人員參考。

關鍵詞：乙烯裝置；危險性；消防處置

中圖分類號：D631.6? ? ? 文獻標識碼：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工業區西河路賽科公司，由生產裝置區和輔助設施兩部分組成。生產裝置區由裂解區、急冷區、壓縮區、冷區、熱區、烯烴轉化區及汽油加氫區組成，裝置的輔助設施由3座變、配電所和兩座污水預處理池組成。

2 工藝流程簡介

該乙烯裝置以石腦油為主要生產原料，經過裂解區、急冷區、壓縮區、冷區、熱區、烯烴轉化及汽油加氫七個區域，最后的主要產出物為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～碳八均為烷烴碳氫化合物的統稱，根據分子式中碳原子數量的不同，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

裂解區共采用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，原料先進入預熱段進行加熱，在這過程中原料汽化，再進入輻射段進行高溫裂解，生成烯烴的一次反應在輻射段進行，二次反應在輻射段末端進行。

2.2? 急冷區

液體裂解爐產生的裂解氣經冷卻后進入汽油分餾塔，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，剩余的進入急冷水塔。裂解氣在急冷區中經急冷油、急冷水冷卻到40℃后進入壓縮系統，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。急冷塔釜中的工藝水凝液送往稀釋蒸汽發生系統。

2.3? 壓縮區

來自急冷塔頂的裂解氣在五段離心式壓縮機中被壓縮到3.79MPaG。各段間分離出的汽油凝液合并后送到汽油加氫系統，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多級冷卻干燥后送往脫甲烷系統。凝液汽提塔還分出一股液體去脫丁烷塔。

2.4? 冷區

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

2.5? 熱區

凝液汽提塔和脫乙烷塔的塔釜物料進入脫丙烷塔，塔頂分出的物料進入丙炔/丙二烯反應器催化劑床層發生加氫反應，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，塔頂生產聚合級丙烯，塔釜生產丙烷。脫丁烷塔塔頂分出混合碳四產品，送往烯烴轉化單元和界區外儲存，塔釜汽油與中質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

來自熱區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入一段加氫反應器，加氫后的物料進穩定塔，塔頂脫出輕組分，釜料進碳九切割塔。碳九切割塔的釜料碳九送界區，塔頂物料碳五～碳八餾分進二段加氫反應器。二段反應器物料進低壓閃蒸罐，液相進脫戊烷塔，塔頂產出的碳五返回裂解爐進行裂解，釜料碳六～碳八餾分送芳烴抽提裝置。

2.7? 烯烴轉化區

來自脫丁烷塔的部分混合碳四進一段加氫反應器，反應后的物料與丁二烯抽提裝置來的抽余碳四混合，進二段加氫反應器。二段加氫反應器出來的物料進脫異丁烯塔，塔頂采出循環碳四返回裂解爐進行裂解，塔釜料丁烯2與乙烯一起進歧化反應器轉化生成丙烯。歧化反應后的物料進脫乙烯塔，乙烯返回歧化反應器循環使用，塔釜料進脫丙烯塔。脫丙烯塔塔頂產出聚合物級丙烯產品，釜料循環碳四返回裂解爐進行裂解。

3 物料性質及裝置危險程度劃分

乙烯裝置生產過程中所涉及的物料都具有易燃易爆的特性。這些物質一旦泄漏或受到外部刺激，極易引發火災。特別是在高溫高壓的環境下，部分化學物質可能發生不可預測的反應，增加火災事故的復雜性[1]。另外，氫氧化鈉、阻聚劑、甲醇、硫酸、一氧化碳、硫化氫、硫等物質還具有腐蝕性和毒性，大量有毒有害氣體散發到空氣環境中，消防救援人員和現場被困人員需要做好防護處理，否則容易出現中毒、窒息現象[2]?？梢哉f，石油化工裝置事故現場綜合情況復雜，牽一發而動全身，通常從物料、工藝條件和廠區布置等方面開展安全風險的辨識、分析和評估[3]。為此，筆者根據各單元中的危險物料性質及工藝特點，整理出了乙烯裝置的主要危害分布及危險程度劃分，結果如下：

根據危險物料性質來分，7個單元都具有火災和爆炸的危險。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“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）、碳四選擇加氫反應器；中危險的部位有歧化反應器、二段汽油加氫反應器、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措施

通過對以往事故案例的統計和分析后得出，化工企業發生火災事故的主要原因為消防安全管理工作不到位、設備維修保養不及時，生產工藝和流程把控不嚴格、火災預防手段不足以及員工責任心和消防能力不足的問題[4]。

為了減少事故的發生或者在事故初期進行有效控制，除了加強人員的安全及規范操作意識外，乙烯裝置主要從工藝方面和消防固定設施方面采取相應的保護措施。工藝方面的保護措施主要有：

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

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

對于有明火的爐子，比如高溫裂解爐，操作時維持爐膛負壓，以防止火焰外泄。

對于發生放熱反應的反應器，如炔烴、烯烴加氫反應器，均設有溫度保護，當發生緊急情況時，一方面可以采取切斷進料，用惰性氣降溫等措施，將反應溫度控制在安全范圍內，防止反應器超溫超壓。另一方面，連鎖系統還將打開必要冷卻管線閥門以對系統進行置換和降溫。

消防固定設施方面的保護措施主要有：

設置檢測器。在可燃氣體有可能泄漏、滯留的場合，設有可燃氣體檢測器；在火災危險場所，設有火災檢測器。

設置高壓消防水系統。該裝置的高壓消防水由廠區第二高壓消防水系統供給，總供水量600L/s，供水壓力0.8～1.2MPaG。

設置雨淋系統。本裝置在輸送烴類介質的壓縮機油箱和所處位置無法用水炮保護并輸送烴類介質的泵等處，共設11套雨淋系統。

設置水幕系統。在裂解爐區朝向裝置的南、北、西三側，共設有7套水幕系統，以沖淡和稀釋裂解爐周圍的可燃氣體。

設置消防水炮。乙烯裝置內還設置了34臺流量為40L/s的消防固定炮；在裂解爐西側管廊和壓縮區等設備密集區設置了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量的移動式干粉、二氧化碳滅火器，以便現場操作人員撲救裝置初期火災之用。

5 典型火災事故模擬及消防處置對策

當發生大規模的燃燒和爆炸而使固定設施遭到破壞失去功用，或者事故點剛好位于固定設施射程的盲點或死角內時，就必須依靠消防救援隊伍到場處置。根據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情況并提出了相應的處置對策。

5.1? 物料泄漏后導致噴火燃燒

假設災情為：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，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

根據脫乙烷塔的位置，距該塔61m半徑內可能受火焰直接影響的設備有壓縮機、脫乙烷塔回流罐、裂解氣脫水器、氫氣反應器以及相關設備高架管廊，一旦該塔發生噴火事故，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，使事故形勢進一步惡化。

5.1.2? 災情處置

采取工藝措施。消防隊到場之后應聯合企業工藝人員開展關閥斷料、放空泄壓、控制火源、緊急停車、上下游聯動、物料轉輸、惰化保護、系統充氮/蒸汽等工藝措施[5]，切斷對脫乙烷塔的物料供給，盡可能減少塔內已有的物料量，并啟動安全聯鎖系統，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部壓力過高而發生爆炸外，也要對其他受火焰影響設備進行冷卻以防止產生新的事故點。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向設備空曠區域。具體做法是：幾組戰斗員穿著隔熱服，利用多支噴霧水槍，同時從噴射火焰的一側，由遠及近對準其外焰部分進行噴射，將火焰推向空曠區域。然后在此點架設數門大流量移動炮以取代水槍射流。成功布設后，人員撤離到安全區域待命。二是以使用車載炮為主，槍炮相結合。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行冷卻，防止發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或死角才使用水槍、泡沫槍進行處置。這樣有利于最大限度發揮各類消防設施的優勢，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

災情假設為：壓縮區第二段入口罐一根80mm的管道出現故障，罐內全部8.9t碳三/碳四/碳五物料泄漏后在76m的范圍內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行評估

由于爆炸性蒸汽處于爆炸下限范圍內，一遇到點火源即發生爆炸，因此對蒸汽進行稀釋、控制點火源及疏散危險區內的無關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、側下風方向開始，由遠及近接近泄漏源進行檢測，確定爆炸下限值范圍，最終確定警戒區范圍。采取防明火措施。所有進入危險區的事故處置人員必須穿著全棉內衣及使用無火花工具，防止產生靜電、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，而且要停止所有轉動設備的運作及明火作業，防止產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，應該首先加強第一出動，在危險區下風及側下風方向布設數道水幕及屏風水槍，還可以利用水蒸氣、惰性氣體等方法進行處置，一是防止泄漏范圍進一步擴散，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事故的隱患。一是利用噴霧水槍驅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

災情假設為：急冷單元的油水分離器發生較大故障，45t汽油全部發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高架管廊。判斷地勢，由于是流淌火災，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備。對周圍雨水井進行及時封堵，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備實施停車、退料。首先會同現場操作人員和裝置工程師，利用工藝措施，啟動安全聯鎖系統實施停車、退料，從源頭上減輕火勢的進一步蔓延。

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，對地面流淌火應該使用泡沫進行撲救。但是，泡沫覆蓋層容易受熱破裂，不易覆蓋全面而往往導致復燃。為了解決這個問題，筆者認為應該采取對“四分之一區域”噴射泡沫的戰術，具體做法為：①將整個池火劃分為四個面積相等的區域；②按最低滅火劑噴射強度6.5L/m2計算，從上風方向開始，利用數門泡沫炮同時相向地朝第一個“四分之一區域”噴射泡沫并持續15min；③在完成對第一個“四分之一區域”噴射后，重新布置泡沫炮，運用相同的方法，分別對其他三個“四分之一區域”噴射15min泡沫，直到明火全部被撲滅為止。

參考文獻

[1]高慶超.石油化工企業消防安全及滅火救援準備工作探討[J].化纖與紡織技術，2023（11）：87-89.

[2]王吉顏.石油化工突發事故的消防應急救援[J].計算機產品與流通，2020（10）：279.

[3]周坤，李燈.石油化工裝置事故救援常見風險及防范[J].化工安全與環境，2023（12）：83-88.

[4]包麗雅.化工企業的火災危險性探討[J].日用化學品科學，2023（11）：53-55.

[5]羅永強，楊國宏.石油化工事故滅火救援技術[M].北京：化學工業出版社，2020.