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浅谈炼油厂爆炸危险源辨识及防爆措施

文档作者：刘国芬文档来源：中国石化工程建设公司		点击数：	更新时间： 2021年12月09日
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石油化工安全环保技术
PETROCHEMICAL SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY 2010年第26卷第2期
防火砣 曩
浅谈炼油厂爆炸危险源辨识及防爆措施
刘国芬
(中国石化工程建设公司，北京100101)
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(VAPORCLOUDEXPLOSION，
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％¨J，
是发生频率较高的爆炸事故。 (2)沸溢性爆炸
(BOILING—LIQUID EXPANDING—VPOR EXPLO—
SION，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。
1 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：
LH = V ·H ·427
式中：，J —— 化学爆炸时的爆炸力，Kg·m ；
参与反应的可燃气体的体积(标准
状态下)，m ；
日——可燃气体的燃烧热值，kal／m ；
427— —转换常数，1 kal热相当于427 kg·mno
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l。
收稿日期：2009—09—12。
作者简介：刘国芬，女，1982年毕业于清华大学化
工系，学士学位，现在中国石化工程建设公司炼油
工艺室从事炼油厂安全设计工作，安全专业工程师，
高级工程师。电话：010—84877117
2010年第26卷第2期 刘国芬．浅谈炼油厂爆炸危险源辨识及防爆措施
表1 炼厂中常见物质的燃烧热
物料名称 燃烧热／(kcal·kg ) 爆炸极限，v％
氢气 28801 4．O～75
LPG l1000 1．0 ～l5
汽油 11000 1．1～5．9
石脑油 11000 1．2～
煤油 10994 0．6一
柴油 IO2o0 1．5～4．5
甲烷 l1937 5．3～ 14
乙烷 l12OO 3．0 ～12．5
丙烷 Il0oo 2．2～9．5
丁烷 10931 1_9 ～8．5
戊烷 10750 1．5～ 7．8
苯 10H0O2 1．4～ 7．1
甲苯 10145 1．4 ～6．7
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。
2 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。
3 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，尽量加大设备之问、
单元之间的空问，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24 h内均有人工作。根据设
备平面布置，设备区距该建筑物30 m，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
石油化工安全环保技术 2010年第26卷第2期
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30 m的位置，如放空
罐发生爆炸，控制室会受到约0．50 bar的超压冲
击力破坏。
图1 爆炸超压冲击波随距离的衰减关系
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。
表2 爆炸超压值对建筑物的破坏程度
超压／bar 对建筑物的破坏程度
>0，76 房屋倒塌
0．5O～O．76 门窗全部破坏
0．3～O．5 门窗大部分破坏
O．12一O．3 门窗部分破坏
O．O2～0．12 玻璃窗破坏

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