摘要：根據甲醇的物化性質及儲存過程特點,對甲醇罐區潛在的火災爆炸危險性進行分析,提出設計中應采取的防火防爆措施以及設計審核時需著重檢查的項目和內容。
　　關鍵詞：甲醇罐區 危險性 防火防爆 設計
　　1概述：甲醇(ＣＨ3.ＯＨ)是重要的基本有機化工原料,具有劇毒、易燃燒性,其蒸氣與空氣在一定范圍內可形成爆炸性混合物。同時也是一種清潔、高效的液體燃料,在國民經濟中占有十分重要的地位。由于甲醇的易燃性及其蒸氣與空氣在一定濃度區間內混合物的爆炸性,因此,如何安全、有效地儲存和使用是非常重要的。
　　2.火災、爆炸危險性：由于甲醇的物理化學性質及儲存的條件和周圍環境等因素所致,甲醇儲存的火災、爆炸危險性主要體現在以下幾個方面。
　　2.1揮發性：甲醇在常態下為液體,沸點64.5℃,2.0℃時的飽和蒸氣壓為12..8ｋＰａ(96ｍｍＨｇ),溫度愈高,蒸氣壓愈高,揮發性越強。以地面固定頂罐儲存甲醇為例,夏季晝夜溫差按10℃考慮,則1臺裝料系數為85%的5000ｍ3.儲罐揮發損失達77.2.ｋｇ/ｄ。由此可見,甲醇的揮發性較強,儲罐的“小呼吸”損失十分明顯。
　　2.2.流動/擴散性：甲醇的粘度0.5945ｍＰａ.ｓ(2.0℃),并隨溫度升高而降低,有較強的流動性。同時由于甲醇蒸氣的密度比空氣密度略大(～10%),有風時會隨風飄散,即使無風時,也能沿著地面向外擴散,并易積聚在地勢低洼地帶。因此,在甲醇儲存過程中,如發生溢流、泄漏等現象,物料就會很快向四周擴散,特別是甲醇儲罐一旦破裂,又突遇明火,就可能導致火災。把安全工程師站點加入收藏夾 　
　　2.3.高易燃性：甲醇的閃點11.1℃(閉杯),根據美國防火協會ＡＮＳＩ/ＮＦＰＡ3.0、中國國家標準《石油化工企業設計防火規范》(ＧＢ50160-92.)、《危險貨物品名表》(ＧＢ12.2.68-90),甲醇屬中閃點(-18～2.3.℃)、甲類火災危險性可燃液體。可燃液體的閃點越低,越易燃燒,火災危險性就越大。由于可燃液體的燃燒是通過其揮發的蒸氣與空氣形成可燃性混合物,在一定的濃度范圍內遇火源而發生的,因而液體的燃燒是其蒸氣與空氣中的氧進行的劇烈和快速的反應。所謂液體易燃,實質上就是指其蒸氣極易被引燃。甲醇的沸點為645℃,自燃點為473.℃(空氣中)、461℃(氧氣中),開杯試驗閃點為16℃。應當指出,罐區中常見的潛在點火源,如機械火星、煙囪飛火、電器火花和汽車排氣管火星等的溫度及能量都大大超過甲醇的最小引燃能量。
　　2.4蒸氣的易爆性：由于甲醇具有較強的揮發性,在甲醇罐區通常都存在一定量的甲醇蒸氣。當罐區內甲醇蒸氣與空氣混合達到甲醇的爆炸濃度范圍6.7%～3.6%時,遇火源就會發生爆炸。此外,由于甲醇的引爆能量小,罐區內絕大多數的潛在引爆源,如明火、電器設備點火源、靜電火花放電、雷電和金屬撞擊火花等,具有的能量一般都大于該值,因此決定了甲醇蒸氣的易爆性。
　　2.5熱膨脹性：甲醇和其它大多數液體一樣,具有受熱膨脹性。若儲罐內甲醇裝料過滿,當體系受熱,甲醇的體積增加,密度變小(如2.0℃時0.7915ｇ/ｍｌ,3.0℃時0.782.0ｇ/ｍｌ)的同時會使蒸氣壓升高,當超過容器的承受能力時(對密閉容器而言),儲罐就易破裂。如氣溫驟變,儲罐呼吸閥由于某種原因來不及開啟或開啟不夠,就易造成儲罐破壞或被吸癟。對于沒有泄壓裝置的罐區地上管道,物料輸送后不及時部分放空,當溫度升高時,也可能發生脹裂事故。另外,在火災現場附近的儲罐受到熱輻射的高溫作用,如不及時冷卻,也可能因膨脹破裂,增大火災的危險性。
　　2.6聚積靜電荷性：靜電產生和聚積與物質的導電性能相關。一般而言[2.],介電常數小于10(特別是小于3.)、電阻率大于106Ω•ｃｍ的液體具有較大的帶電能力。而甲醇的介電常數為3.2..62.,電阻率為5.8×106Ω•ｃｍ,說明有一定的帶電能力。因此,甲醇在管輸和灌裝過程中能產生靜電,當靜電荷聚積到一定程度則會放電,故有著火或爆炸的危險。
　　3.防火防爆設計：由于甲醇的物化性質以及儲存過程中潛在的火災爆炸危險性,甲醇罐區的防火防爆設計必須既要注意預防火災和爆炸的發生,也要盡量減少火災和爆炸造成的損失。為此,一般應遵循或充分考慮下述要求。
　　3.1選址和布置：甲醇罐區的廠址選擇與布置應符合ＡＮＳＩ/ＮＦＰＡ3.0、《石油化工企業設計防火規范》所規定的防火要求。其中的要點包括：
　　3.11罐區與周圍設施的安全距離：罐區與周圍設施的安全距離的確定依據是考慮到罐區防火因素,以及物料揮發對周圍環境的影響,同時還考慮到周圍設施的重要程度,如人員或車輛出入頻繁的公眾設施。此外,甲醇罐區應設在有明火或飛火設施的側方向。
　　3.12罐區建(構)筑物之間的防火間距：建(構)筑物之間的防火間距,主要是根據各建(構)筑物的耐火等級、有無可燃蒸氣散發和有無明火而定。據有關調查[2.],爆炸危險場所的影響一般是15ｍ范圍以內;火災的影響距離約10ｍ。像甲醇這樣的甲類易燃液體,正常操作時,其蒸氣的擴散范圍約3.ｍ以內;泄漏后其蒸氣的擴散范圍在10～15ｍ內。
　　3.13儲罐之間的防火間距：儲罐之間應留有一定的防火距離,其確定依據了物料的危險性、儲罐的結構、容量、消防力量及操作要求等因素,同時考慮著火幾率極小,盡量減少占地、消防設施統一、節省管道等因素。
　　3.2儲罐型式：液體儲罐的型式很多,按建造材料可分為金屬罐和非金屬罐兩種。金屬罐應用廣泛;非金屬罐(如磚砌、混凝土和橡膠儲罐)導電性能差,易遭受雷擊,加之罐容往往較大,著火難以撲救,特別是黃島油庫大火之后,國家已禁止建造此類儲罐(用于儲存石油產品)。金屬儲罐的種類較多,從結構形式講有立式、臥式、圓柱形、球形、橢圓形、浮頂罐等。然而,國內外廣泛應用的是立式拱頂罐和浮頂罐。儲存甲醇則宜首先選擇浮頂罐,其次為拱頂罐。若選取拱頂罐,考慮到安全可靠、減少物料蒸發損失、火災撲救容易等因素,單臺罐容量不宜超過10000ｍ3.。
　　3.3建(構)筑物的耐火等級：根據建筑材料在明火或高溫作用下的變化特征,一般將建筑材料分為非燃燒體、難燃燒體和燃燒體3.類。建(構)筑物的耐火等級是由組成建(構)筑物的主要構件的燃燒性能和耐火極限決定的。《建筑設計防火規范》(ＧＢＪ16-87)將建(構)筑物的耐火等級分為4級。對不同耐火等級的建(構)筑物的構件分別提出了燃燒性能和耐火極限要求。根據甲醇罐區的火災危險性,為保障罐區的防火安全,罐區建(構)筑物在火災高溫作用下要求其基本構件能在一定時間內不被破壞、不傳播火災、延緩和阻止火勢蔓延,為疏散人員、物資和撲滅火災贏得時間,因此,在甲醇罐區設計時,罐區內建(構)筑物(如配電室、控制室、管架等)的耐火等級應按二級考慮,所用建筑材料應為非燃燒體。
　　3.4電氣的防爆：由于甲醇的物化性質和儲存條件所致,其蒸氣能在罐區內與空氣形成爆炸性混合物(爆炸濃度6.7%～3.6%),并存在潛在的爆炸危險性,因此,甲醇罐區的電氣設計應嚴格遵循有關標準,如《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范》(ＧＢ50058-92.)。其中主要內容包括：
　　3.41爆炸危險環境區域劃分甲醇儲存常采用浮頂罐和拱頂罐兩類罐型,但其儲罐區爆炸危險區域等級是不同的。若采用浮頂罐,在正常操作時無或幾乎無任何“呼吸”損失,不可能出現甲醇蒸氣的爆炸性氣體混合物,故罐區的爆炸危險環境區域等級為2.區;若采用拱頂罐,在正常操作時,存在“呼吸”損失(如2.0℃時甲醇的飽和蒸氣壓為12.8ｋＰａ),可能出現甲醇蒸氣的爆炸性氣體混合物,故罐區的爆炸危險環境區域等級為1區。
　　3.42爆炸危險區域的范圍確定爆炸危險區域的范圍確定應綜合考慮釋放源的級別和位置,易燃物質的性質,空氣流通狀況,障礙物及生產條件,運行經驗,技經比較等諸多因素。正常操作時,甲醇這種甲類易燃液體,其蒸氣的擴散范圍約3.ｍ;泄漏后其蒸氣的擴散范圍在10～15ｍ。因此,甲醇罐區爆炸危險區域的范圍取15ｍ為宜。
　　3.43爆炸性混合物的分類、分級和分組爆炸性氣體應按其最大試驗安全間隙(ＭＥＳＧ)或最小點燃電流(ＭＩＣＲ)及引燃溫度(℃)進行分類、分級和分組。甲醇蒸氣應劃為ＩＡ類(級)、Ｔ1組。
　　3.44甲醇罐區的電氣設計要點：甲醇罐區的電氣設計應符合下列要求:(1)宜將正常運行時易產生火花的電氣設備,如變配電設備、開關柜、事故發電機等布置在遠離甲醇儲罐的爆炸危險性較小或沒有爆炸危險的區域內;(2.)在滿足罐區工藝及安全前提下,應減少防爆電氣設備的數量;(3.)設置的防爆電氣設備必須是符合現行國家或國際標準的產品;(4)不宜設置攜帶式電氣設備;(5)應根據罐區內爆炸危險區域的分區、爆炸性甲醇蒸氣混合物的級別和組別,選擇相應的電氣設備;(6)防爆電氣設備的級別和組別不應低于甲醇蒸氣混合物的級別和組別(ＩＡ級、Ｔ1組)。
　　3.5控制甲醇蒸氣與空氣混合物的濃度：甲醇罐區發生起火爆炸的條件之一,是有濃度合適的甲醇蒸氣與空氣混合物。雖然罐區中受設備和操作條件限制,完全消除甲醇蒸氣混合物是不可能的,但是通過合理布置、減少蒸氣排放、通風、惰化和設置甲醇蒸氣濃度監測等措施,盡量減少甲醇蒸氣與空氣混合物的存在范圍,控制混合氣濃度,使之達不到爆炸極限是完全可以做到的。
　　3.51減少蒸氣排放：減少蒸氣排放是罐區防火防爆的關鍵。設計上應做好下列幾點:(1)選擇合適的罐型,減少“呼吸”引起的蒸氣外泄;(2.)采用密封性能良好的閥門、泵、法蘭、墊片等;(3.)設置正確的防火堤、污水收集池等。
　　3.52通風：罐區內的建筑物(如配電、控制室等)應設有通風設施(自然或強制)。
　　3.53惰化：向甲醇蒸氣空氣混合物中充入惰性氣體,可以減少甚至消除爆炸危險和制止火焰蔓延。當混合氣中氧含量降到一定值時,即使已著火的火焰也會熄滅,這種不能使物質燃燒的最大氧含量稱為最高允許含氧量。對于甲醇蒸氣而言,當用Ｎ2.氣惰化時,最高允許含氧濃度為10%;當用ＣＯ2.時,則為13.5%[3.]。甲醇罐區適用的惰性氣體有Ｎ2.、ＣＯ2.和煙道氣,但需注意這些惰性氣體本身的氧含量一般不得超過2.%[3.]。
　　3.6設置阻火器：阻火器能有效地阻止外界火源進入儲罐。根據《石油化工企業設計防火規范》規定,儲存像甲醇這種甲類易燃液體的固定頂儲罐,頂部與大氣相通的呼吸管道上必須設置阻火器,且應安裝在呼吸閥的下部。
　　3.7管道與閥門：在甲醇罐區的管道安全設計時,工藝物料管道應符合下列基本要求:(1)采用無縫管道,管道之間除必須用法蘭或螺紋連接外,其余均應采用焊接;(2.)管道應架空或沿地面敷設。必須采用管溝敷設時,應采取措施防止物料在管溝內積聚,并在進、出罐群及建(構)筑物處密封隔離,管溝內的污水應經水封井排入污水管網;(3.)管道不得穿越與其無關的建(構)筑物的上方或地下。如必須跨越鐵路或道路,應敷設在管涵或套管內,且保持足夠的凈高度(分別為≥5ｍ、5.5ｍ);(4)跨越鐵路、道路或建(構)筑物的管道上不應設置閥門、法蘭、螺紋接頭和補償器等,以免漏料著火;(5)進、出儲罐的主管道根部宜設雙重閥門;(6)進、出儲罐群的主管道,在罐群的邊界處應設隔斷閥和“8”字盲板。
　　3.8噴淋冷卻：甲醇具有較強的揮發性,甲醇罐在夏季操作時,固定頂儲罐由于“小呼吸”作用造成的甲醇蒸氣外逸損失是十分明顯的,因此,有必要設置水噴淋冷卻設施,以減少物料損失,并保證安全。
　　3.9防止靜電與雷擊：
　　3.91防止靜電甲醇罐區內可能引起燃燒、爆炸的靜電火源主要來自物料輸送、人員行走、穿脫衣服以及其它物體摩擦產生的靜電。因此,與罐區安全設計密切相關的則是防止和減少物料輸送產生的靜電,其主要內容包括:(1)控制物料流速：液體物料在管道中的流速越高,接近管壁處的速度梯度就越高,因而產生的靜電量也越大。(2.)控制進料方式：甲醇液體經管道進入儲罐時應設防沖擊檔板。如甲醇從頂部進入儲罐,進料管應伸至罐底部,距底不大于100ｍｍ,以減少靜電產生;(3.)防止水等雜質混入甲醇物料：由于不同物質間的相對運動要產生靜電,因此,應盡力防止水等雜質進入物料系統;(4)管道、儲罐等的接地與跨接：靜電荷的產生并不危險,實際的危險在于電荷的積聚,一旦儲備到足夠的能量,就會放電產生火花將可燃氣體引燃引爆。故為了加速靜電荷的釋放,甲醇罐區內的管道、儲罐上的導電不連續處應采用金屬導體跨接,并進行靜電接地處理;(5)其它防靜電設施：除采取上述措施外,對大型甲醇罐區,在甲醇物料管線上還可設置靜電緩和器、靜電消除器等防止和減少靜電荷積聚的設施。
　　3.92防止雷擊：由于雷電在極短時間內放出巨大的能量,如果甲醇罐區內的易燃易爆區域遭受雷擊,就易造成火災、爆炸事故。為抑制和減少雷電的危害,應設置防雷裝置,常見的有避雷針、避雷線、避雷網、避雷帶、避雷器。針對甲醇罐區不同的儲罐型式（如固定頂、浮頂）,防雷設施的設置也各異。
　　3.10消防設施
　　3.101可燃氣體報警及聯動系統在甲醇罐區內存在著大量的可燃液體甲醇,當其蒸氣在空氣中的濃度達到爆炸下限時(6.7%),遇火源就會著火甚至爆炸。因此,在易泄漏的部位(如人孔、法蘭、閥門、機泵的密封點等)通常都設置固定式可燃氣體檢測報警器,以隨時監測泄漏情況。當甲醇蒸氣在空氣中的濃度達其爆炸下限的2.0%～2.5%時(即濃度為～1.5%),便發出聲光信號報警,以提示盡快進行排險處理;當濃度達爆炸下限的40%～50%時(即濃度為～3.%),報警的同時,應與消防水泵、噴淋冷卻水、固定滅火系統、進入罐區的物料閥和通訊/廣播等設施聯動。
　　3.102滅火系統對于甲醇罐區,主要的滅火設施有:(1)固定式雨淋噴水滅火系統該系統由水噴頭、傳動裝置、噴水管網、雨淋閥等組成。發生火災時,系統管道內給水是通過火災探測系統控制雨淋閥來實現的,并設有手動開啟閥門裝置。只要雨淋閥啟動后,就可在它的保護區內迅速地、大面積地噴水滅火,降溫和滅火效果十分顯著。在夏季時,該系統也可作為噴水降溫、減少儲罐“小呼吸”損失之用;(2.)固定式低倍數泡沫滅火系統該系統由泡沫液儲罐、泡沫比例混合器、泡沫液混合液管線、消防泵、泡沫產生器、閥門以及水源和動力源組成。對甲醇罐區,應選擇液上噴射泡沫滅火系統,且泡沫液應具有抗溶性。此外,該系統不宜與滅火水槍同時使用。(3.)移動式滅火系統在甲醇罐區,應設置足夠的移動式滅火器。當發生局部小型火災時,工作人員能夠使用推車式、手提式滅火器將火災迅速撲滅。常用的滅火藥劑有二氧化碳滅火劑、干粉滅火劑、鹵代烷滅火劑等;(4)完善的消防水管網罐區內應按規范設置完善的消防水管網系統,該系統包括消防水池(罐)、消防水泵、環狀管網、消防栓等。特別是消防泵應采用能在斷電等緊急情況下迅速啟動的驅動機,如柴油機。
　　4.防火防爆設計審查：為做好安全可靠和經濟合理的設計,在防火防爆設計工作以及對防火防爆設計的檢查和審核中,都應根據甲醇儲存過程和設備的火災爆炸危險性,以及發生著火爆炸危險的各種條件逐項進行分析、研究,建立可靠的防火防爆安全防護體系,確保罐區安全運行。甲醇罐區的防火防爆設計檢查和審核的依據是相應的標準和規范,包括ＡＮＳＩ/ＮＦＰＡ3.0、《石油化工企業設計防火規范》、《建筑設計防火規范》、《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范》。現將其項目及要點歸納如下。
　　4.1罐區規劃：(1)廠址及總平面布置(2.)安全距離及道路(3.)建(構)筑物及附屬設備：①耐火等級與結構;②建造材料;③排水、排氣及其它;④安全標識。(4)滅火設施①滅火劑的選用;②消防水及滅火劑的用量;③滅火設施的配置。
　　4.2過程/設備設計：(1)泵的配置與密封方式(2.)罐型與單罐容積(3.)甲醇流速與進料方式(4)管道、閥門的型式、位置、連接和布置(5)安全裝置的構造與位置①呼吸閥與阻火器;②惰化與惰性氣體用量;③可燃氣體檢測系統;④防止水等雜質進入物料的措施;⑤信號報警(報警值、聲光信號、報警按鈕、通訊/廣播等);⑥聯動(鎖)裝置(噴淋/冷卻聯動、物料聯鎖、泡沫滅火聯動、消防水泵聯動);⑦水噴淋/冷卻系統;⑧消防水系統(水池、泵、管網、消火栓、消防泵的驅動機);⑨防火防爆警示牌;(6)電氣設備①爆炸危險區域等級與范圍;②電氣(儀表)設備的選用;③電氣(儀表)線路的布置;④設備/管道的防靜電跨接與接地;⑤避雷設施;⑥事故電源。