甲醇(乙醇)储罐区的火灾爆炸危险性分析及防火防爆设计

     
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 1概述：甲醇(ＣＨ3.ＯＨ)是重要的基本有机化工原料,具有剧毒、易燃烧性,其蒸气与空气在一定范围内可形成爆炸性混合物。同时也是一种清洁、高效的液体燃料,在国民经济中占有十分重要的地位。由于甲醇的易燃性及其蒸气与空气在一定浓度区间内混合物的爆炸性,因此,如何安全、有效地储存和使用是非常重要的。
  
    2.火灾、爆炸危险性：由于甲醇的物理化学性质及储存的条件和周围环境等因素所致,甲醇储存的火灾、爆炸危险性主要体现在以下几个方面。2007-11-9
   
2.1挥发性：甲醇在常态下为液体,沸点64.5℃,2.0℃时的饱和蒸气压为12..8ｋＰａ(96ｍｍＨｇ),温度愈高,蒸气压愈高,挥发性越强。以地面固定顶罐储存甲醇为例,夏季昼夜温差按10℃考虑,则1台装料系数为85%的5000ｍ3.储罐挥发损失达77.2.ｋｇ/ｄ。由此可见,甲醇的挥发性较强,储罐的“小呼吸”损失十分明显。
    　
2.2.流动/扩散性：甲醇的粘度0.5945ｍＰａ.ｓ(2.0℃),并随温度升高而降低,有较强的流动性。同时由于甲醇蒸气的密度比空气密度略大(～10%),有风时会随风飘散,即使无风时,也能沿着地面向外扩散,并易积聚在地势低洼地带。因此,在甲醇储存过程中,如发生溢流、泄漏等现象,物料就会很快向四周扩散,特别是甲醇储罐一旦破裂,又突遇明火,就可能导致火灾。
   
2.3.高易燃性：甲醇的闪点11.1℃(闭杯),根据美国防火协会ＡＮＳＩ/ＮＦＰＡ3.0、中国国家标准《石油化工企业设计防火规范》(ＧＢ50160-92.)、《危险货物品名表》(ＧＢ12.2.68-90),甲醇属中闪点(-18～2.3.℃)、甲类火灾危险性可燃液体。可燃液体的闪点越低,越易燃烧,火灾危险性就越大。由于可燃液体的燃烧是通过其挥发的蒸气与空气形成可燃性混合物,在一定的浓度范围内遇火源而发生的,因而液体的燃烧是其蒸气与空气中的氧进行的剧烈和快速的反应。所谓液体易燃,实质上就是指其蒸气极易被引燃。甲醇的沸点为645℃,自燃点为473.℃(空气中)、461℃(氧气中),开杯试验闪点为16℃。应当指出,罐区中常见的潜在点火源,如机械火星、烟囱飞火、电器火花和汽车排气管火星等的温度及能量都大大超过甲醇的最小引燃能量。
   
2.4蒸气的易爆性：由于甲醇具有较强的挥发性,在甲醇罐区通常都存在一定量的甲醇蒸气。当罐区内甲醇蒸气与空气混合达到甲醇的爆炸浓度范围6.7%～3.6%时,遇火源就会发生爆炸。此外,由于甲醇的引爆能量小,罐区内绝大多数的潜在引爆源,如明火、电器设备点火源、静电火花放电、雷电和金属撞击火花等,具有的能量一般都大于该值,因此决定了甲醇蒸气的易爆性。2007-11-9
   
2.5热膨胀性：甲醇和其它大多数液体一样,具有受热膨胀性。若储罐内甲醇装料过满,当体系受热,甲醇的体积增加,密度变小(如2.0℃时0.7915ｇ/ｍｌ,3.0℃时0.782.0ｇ/ｍｌ)的同时会使蒸气压升高,当超过容器的承受能力时(对密闭容器而言),储罐就易破裂。如气温骤变,储罐呼吸阀由于某种原因来不及开启或开启不够,就易造成储罐破坏或被吸瘪。对于没有泄压装置的罐区地上管道,物料输送后不及时部分放空,当温度升高时,也可能发生胀裂事故。另外,在火灾现场附近的储罐受到热辐射的高温作用,如不及时冷却,也可能因膨胀破裂,增大火灾的危险性。
   
2.6聚积静电荷性：静电产生和聚积与物质的导电性能相关。一般而言[2.],介电常数小于10(特别是小于3.)、电阻率大于106Ω?ｃｍ的液体具有较大的带电能力。而甲醇的介电常数为3.2..62.,电阻率为5.8×106Ω?ｃｍ,说明有一定的带电能力。因此,甲醇在管输和灌装过程中能产生静电,当静电荷聚积到一定程度则会放电,故有着火或爆炸的危险
   
3.防火防爆设计：由于甲醇的物化性质以及储存过程中潜在的火灾爆炸危险性,甲醇罐区的防火防爆设计必须既要注意预防火灾和爆炸的发生,也要尽量减少火灾和爆炸造成的损失。为此,一般应遵循或充分考虑下述要求。
   
　　3.1选址和布置：甲醇罐区的厂址选择与布置应符合ＡＮＳＩ/ＮＦＰＡ3.0、《石油化工企业设计防火规范》所规定的防火要求。3.11罐区与周围设施的安全距离：罐区与周围设施的安全距离的确定依据是考虑到罐区防火因素,以及物料挥发对周围环境的影响,同时还考虑到周围设施的重要程度,如人员或车辆出入频繁的公众设施。此外,甲醇罐区应设在有明火或飞火设施的侧方向。
   
　　3.12罐区建(构)筑物之间的防火间距：建(构)筑物之间的防火间距,主要是根据各建(构)筑物的耐火等级、有无可燃蒸气散发和有无明火而定。据有关调查[2.],爆炸危险场所的影响一般是15ｍ范围以内;火灾的影响距离约10ｍ。像甲醇这样的甲类易燃液体,正常操作时,其蒸气的扩散范围约3.ｍ以内;泄漏后其蒸气的扩散范围在10～15ｍ内。
   
　　3.13储罐之间的防火间距：储罐之间应留有一定的防火距离,其确定依据了物料的危险性、储罐的结构、容量、消防力量及操作要求等因素,同时考虑着火几率极小,尽量减少占地、消防设施统一、节省管道等因素。2007-11-9
   
3.2储罐型式：液体储罐的型式很多,按建造材料可分为金属罐和非金属罐两种。金属罐应用广泛;非金属罐(如砖砌、混凝土和橡胶储罐)导电性能差,易遭受雷击,加之罐容往往较大,着火难以扑救,特别是黄岛油库大火之后,国家已禁止建造此类储罐(用于储存石油产品)。金属储罐的种类较多,从结构形式讲有立式、卧式、圆柱形、球形、椭圆形、浮顶罐等。然而,国内外广泛应用的是立式拱顶罐和浮顶罐。储存甲醇则宜首先选择浮顶罐,其次为拱顶罐。若选取拱顶罐,考虑到安全可靠、减少物料蒸发损失、火灾扑救容易等因素,单台罐容量不宜超过10000ｍ3.。
   
3.3建(构)筑物的耐火等级：根据建筑材料在明火或高温作用下的变化特征,一般将建筑材料分为非燃烧体、难燃烧体和燃烧体3.类。建(构)筑物的耐火等级是由组成建(构)筑物的主要构件的燃烧性能和耐火极限决定的。《建筑设计防火规范》(ＧＢＪ16-87)将建(构)筑物的耐火等级分为4级。对不同耐火等级的建(构)筑物的构件分别提出了燃烧性能和耐火极限要求。根据甲醇罐区的火灾危险性,为保障罐区的防火安全,罐区建(构)筑物在火灾高温作用下要求其基本构件能在一定时间内不被破坏、不传播火灾、延缓和阻止火势蔓延,为疏散人员、物资和扑灭火灾赢得时间,因此,在甲醇罐区设计时,罐区内建(构)筑物(如配电室、控制室、管架等)的耐火等级应按二级考虑,所用建筑材料应为非燃烧体。2007-11-9
   
3.4电气的防爆：由于甲醇的物化性质和储存条件所致,其蒸气能在罐区内与空气形成爆炸性混合物(爆炸浓度6.7%～3.6%),并存在潜在的爆炸危险性,因此,甲醇罐区的电气设计应严格遵循有关标准,如《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》(ＧＢ50058-92.)。其中主要内容包括：
     
3.41爆炸危险环境区域划分甲醇储存常采用浮顶罐和拱顶罐两类罐型,但其储罐区爆炸危险区域等级是不同的。若采用浮顶罐,在正常操作时无或几乎无任何“呼吸”损失,不可能出现甲醇蒸气的爆炸性气体混合物,故罐区的爆炸危险环境区域等级为2.区;若采用拱顶罐,在正常操作时,存在“呼吸”损失(如2.0℃时甲醇的饱和蒸气压为12.8ｋＰａ),可能出现甲醇蒸气的爆炸性气体混合物,故罐区的爆炸危险环境区域等级为1区。

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