石油化工企业防火与防爆基础知识.ppt
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1、石油化工企业防火与防爆基础知识,主要内容,第一章 引言 第二章 燃烧与爆炸基础 第三章 气体燃烧与爆炸 第四章 液体燃烧与爆炸 第五章 固体燃烧与爆炸 第六章 BLEVE 第七章 防火与防爆安全技术,1.引言,1,中国石油现状,1.产品具有易燃易爆、毒害性、腐蚀性等特点; 2.生产装置大型化; 3.工艺过程连续化且多在高温高压条件下生产; 4.中国石油业务范围遍布全国各地和海内外,从石油勘探开发、炼油化工生产,到油气储运、油品销售,还涉及工程施工、建筑安装、电力、海运、铁路、公路运输等众多行业,安全工作难度大、任务重。,油气勘探开发风险加大,中国石油现状,炼化规模不断扩大,中国石油现状,油气管
2、道快速增长,中国石油现状,成品油库、加油站遍布全国各地,中国石油现状,石化工业重大火灾与爆炸风险,池火 射流火焰 火球,安全与经济发展的关系,有关科研机构依据世界银行关于经济发展水平的划分标准,选择四类、27个国家为样本,进行了较为全面系统的研究。通过研究发现安全生产状况与经济社会发展水平之间,呈现非对称抛物线函数关系:在农业经济为主时期和工业化初期,生产伤亡事故较少;随着工业化进程的加快,事故也呈快速上升趋势;进入工业化后期阶段,事故开始大幅度下降,安全状况明显好转。美国、德国等工业化国家的安全生产,大致上都经历了这样一个周期。,安全与经济发展的关系,安全生产周期研究表明,GDP人均1千-3
3、千美元这个区间,是生产安全事故的“易发期”。一方面,经济持续快速发展,经济增长方式没有根本转变,能源原材料需求大幅度上升,工业产品的产量和交通运输的规模急剧扩大;另一方面,科技和生产力发展水平仍然较低,安全生产基础比较薄弱;农村、农业人口向城市和工业转移,而企业和政府的培训教育又相对滞后;加之安全法治不健全、企业安全生产责任主体不到位,政府安全监管机制不完善等多方面原因,可能导致伤亡事故的发生。,美国的GNP增长与火灾直接财产损失对比,火灾与经济发展的关系,火灾与经济发展的关系,日本的GNP增长与火灾直接财产损失对比,火灾与经济发展的关系,中国的GDP增长与火灾直接财产损失对比,中石油已发生的
4、重特大事故,2002年,“2.23”爆炸事故 2003年,“12.23”井喷事故 2005年,“11.13”爆炸事故,2.燃烧与爆炸基础,1,燃烧 燃料与氧化剂(两种组分)在空间激烈地发生放热化学反应的过程;它本质上是一种特殊的氧化还原反应。,2.1 燃烧、火灾与爆炸,2.1 燃烧、火灾与爆炸,火灾在时间和空间上失去控制的燃烧;,2.1 燃烧、火灾与爆炸,火灾的分类(GB4968-85 ),2.1 燃烧、火灾与爆炸,A类 火灾指固体物质火灾,如木材、棉、毛、麻、纸张引起 的火灾; B类 火灾指液体火灾和可熔化的固体物质火灾,如汽油、煤 油、原油、甲醇、乙醇、沥青、石蜡火灾; C类 指气体火灾,
5、如煤气、天然气、甲烷、乙烷、丙烷、氢 等引起的火灾; D类 火灾指金属火灾,如钾、钠、镁、钛、锆、锂、铝镁合 金发生的火灾。,爆炸在本质还是可燃物的燃烧,不同的是由于化学反应的速度极快,放出大量的热使燃烧产物和周围空气体积急剧膨胀,对周围建筑物产生很大的破坏作用,同时伴有巨大的声响。,2.1 燃烧、火灾与爆炸,爆炸的威力取决于能量的释放速率。 以液化气罐为例!,爆炸的分类,按爆炸产生原因和性质: 物理爆炸 化学爆炸 核爆炸 按爆炸物质: 凝聚态爆炸 气体爆炸 液体爆炸 粉尘爆炸 按爆炸地点: 地面爆炸 空中爆炸,2.1 燃烧、火灾与爆炸,燃料 液体 汽油, 煤油,柴油,丙酮, 乙醚, 戊烷,石
6、脑油 固体 聚烯烃, 木粉, 纤维, 金属粉,硫化亚铁 气体 乙炔, 丙烷, CO, 氢气,合成气,氧化剂 液体 硝酸, 高氯酸,过氧化氢 气体 O2, Cl2 固体 金属过氧化物, 硝酸铵,点火源 明火、静电、 电火花、摩擦与撞击、高温体(换热器等)、雷电,2.2 燃烧(爆炸)形成的三要素,燃烧的三个条件同时具备燃烧就一定能发生吗 ?,2.2 燃烧(爆炸)形成的三要素,2.3 燃烧(爆炸)形成的充要条件,外加热(点火源) 可燃物质 氧或助燃剂 合理配比(汽油筒实验) 点火源要有一定的强度 反应释放足够能量维持燃烧,2.4 着火的两种方式,自燃着火,简称自燃(温度达到自燃点) 自燃:可燃物质在
7、没有外界火源的直接作用下,因受热或自身发热,且散热受到阻碍,使热量蓄积,温度逐渐上升,当达到一定温度时发生的自行燃烧的现象。分为化学自燃和热自燃; 强迫着火,简称点燃或点火(温度达到燃点),2.4 着火的两种方式,自燃着火-七种类型 氧化发热自燃 分解放热自燃 聚合放热自燃 吸附放热自燃 发酵放热自燃 活性物质遇水自燃 物质混合接触自燃,第二节 典型物质的自燃,2.5 典型物质的自燃,2(C2H5)3Al+21O2 12CO2+15H2O+Al2O3+Q 2(C2H5)2AlCl+14O2 8CO2+2HCl+9H2O+Al2O3+Q (C2H5)3Al+3H2O Al(OH)3+3C2H6+
8、Q (C2H5)2AlCl+ 3H2OAl(OH)3 +HCl+3C2H6+Q,(1)烷基铝自燃 它是一种有机铝化合物 ,又称三烷基铝,在石化行业中用作聚合催化剂,最重要的烷基铝有三乙基铝(C25)3l (-52.5 ) ,二乙基氯化铝(C25)2lCl,三异丁基铝(i-C49)3l等。烷基铝属于氧化发热自燃,这是它在空气中和水中自燃的原因。C4以下的三烷基铝不管量多少,见空气即燃,其燃烧强度与汽油相似。三异丁基铝只有在量多时,在常温下见空气才能自燃。C5以上的烷基铝在一般情况下不点火不会燃烧。,第二节 典型物质的自燃,2.5 典型物质的自燃,(1)烷基铝自燃防治方法,1、三乙基铝罐须储存于阴
9、凉、通风处,远离火种、热源;满、空罐应分开,摆放规整; 2、三乙基铝系统接料前必须用白油、矿物油和己烷油(下称油类介质)充分洗涤,用氮气充分吹扫置换,达到系统内氧含量小于50g/g、水含量小于20g/g的标准; 3、更换三乙基铝罐和检修设备管线前,应严格执行操作规程,必须使用油类介质浸泡清洗管线、待检设备中存留的三乙基铝,浸泡时间不小于24小时,溶剂中三乙基铝含量不大于5%。然后再用氮气吹扫,时间不少于1小时,保证管线干净; 4、进行残存三乙基铝作业时,应按照操作规程采取措施使其中三乙基铝彻底失去活性,以保证安全。,第二节 典型物质的自燃,2.5 典型物质的自燃,(2)硫化铁自燃 铁的硫化物主
10、要包括二硫化铁FeS2,硫化亚铁FeS,三硫化二铁Fe2S3。硫化铁接触空气自燃的原因是氧化发热。 Fe2S3+1.5O2=Fe2O3+3S+Q FeS2+O2=FeS+SO2+Q FeS+1.5O2=FeO+SO2+Q 2FeO+0.5O2=Fe2O3+Q 2SO2+O2=2SO3+Q FeO+SO3=FeSO4+Q Fe2O3+3SO3=Fe2(SO4)3+Q,第二节 典型物质的自燃,2.5 典型物质的自燃,(2)硫化铁自燃防治方法 采用脱硫剂清除油品物料中的硫及硫化物; 在金属壁面上涂刷防腐漆; 用水蒸汽或机械水冲洗器壁上产生的硫化铁,并将冲 洗下来的硫化铁用土掩埋;,一、易自燃的化合物
11、与单质,(3)丁二烯系统过氧化物自燃,2.5 典型物质的自燃,丁二烯与系统中的氧生成黄色的丁二烯过氧化物; 丁二烯过氧化自聚物是不稳定的,会缓慢分解放出氧,生成聚丁二烯或丙烯醛和甲醛。当受到撞击或加热时,会急剧分解而爆炸; 丁二烯过氧化自聚物在上述的分解过程中产生自由基引发丁二烯聚合。分解放出的氧又能使聚丁二烯链上双键旁边的亚甲基过氧化形成端基聚合物的活性种子,然后按游离基历程增长,最后生成硬的米花状聚合物端基聚合物。聚合放出大量的热,热量的累计会导致过氧化自聚物急剧分解爆炸。聚合物体积迅速增长会造成阻塞甚至胀坏设备。,一、易自燃的化合物与单质,(3)丁二烯系统过氧化物自燃防治方法,2.5 典
12、型物质的自燃,尽可能除去体系中的氧 使用有效的阻聚剂 在泵吸入管上设置过滤器 消除已生成的过氧化自聚物 不断改进设备,管道等不合理结构,避免死角和静止点,(一)火焰点燃可燃物(火焰与可燃物接触或间隔) (二)高温物体点燃可燃物 (烟囱表面及其火星、烟头、发动机排气管、烧红的钢铁制件、高温金属焊渣、 其他高温物体) (三)绝热压缩点燃可燃物 (四)撞击与摩擦点燃可燃物 (五)日光照射与聚焦点燃可燃物 (六)化学反应放热点燃可燃物 (七)静电点火 (八)雷击起火,2.6 常见的强迫点火源,0,20,40,60,80,100,点火源所占百分比,未知,其他,电,静电,焊接/切割,金属/其他物质侵入,明
13、火/燃烧着的物质,过热/自发热,摩擦/机械运动,35,2.6 常见的强迫点火源,2.7 静电点火源,2.7 静电点火源,静电荷通常是在不同物质相互运动时产生的(接触和隔离),其机理是由不同物质相互摩擦而产生的电子转移所造成。由于物质的运动是化工过程的主要部分,例如粉体流动、液体流动等,因此静电的产生往往很难避免。,38,2.7 静电点火源,39,2.7 静电点火源,特点:静电电压可能高达数万乃至数十万伏,可能在现场发生放电,产生静电火花。 静电可以导致电击、火灾、爆炸或影响产品质量。,放电能量的大小取决于积聚电荷的物质。 需要引起注意的是设备、人、粉体塑料和液体。,在存在易燃物质的情况下,静电
14、荷积聚到击穿(放电)的程度便会产生危害,即:,40,2.7 静电点火源,有几种不同类型的静电放电,它们的来源和能量不同。,41,了解在工艺运行过程中有哪些类型的静电放电及其可能产生的能量,并且知道可燃环境的最小点火能(MIE), 就能知道是否会着火。,2.7 静电点火源,化工过程中最强烈的静电放电主要来源于那些能导电但是又与地面隔离的物体,因为这样电荷能在这些物体上积聚,最终引起火花放电。 火花能量的大小取决于导体的尺寸(电容衡量可储存电荷的量。通常物体体积越大电容越大)。,42,2.7 静电点火源 导体,来自于导体的静电是最容易被控制和/或消除的。 对于导电材料(金属设备或者物料本身)来说,
15、简单的原则就是确保直接接地或者与其他接地的导体相连接。,只有在未接地的时候,导体才会积聚电荷。当接地电阻小于108 时就不会积聚静电荷。,43,2.7 静电点火源 导体(设备),人体移动会产生静电荷,如果人体跟地面隔离,电荷就会积聚。如果积聚到足够高的水平,一接近接地物体(处于较低电位),就会发生火花放电。,人体积聚的电能数量大约相当于30mJ的放电能量。因此,如果可燃环境的最小点火能(MIE)小于30mJ,人体就有可能成为点火源。 确保人体有效接地,即接地电阻小于100 M ,可以避免电荷积聚。这可以通过低电阻地板和鞋子来实现。,10kV (10,000 V),44,2.7 静电点火源 导体
16、(人),衣服能够产生静电荷。 人体接地通常可以避免危害。 如果衣服在可燃环境中移动可能发生点火危险(人体穿上/脱下衣服都会产生静电)。 衣服应该大小合适,过于宽松可能会产生火花。 对于非常敏感的物质需要引起特别警惕。 例如:有氢气、乙烯等在富氧中均具有非常低的最小点火能(MIE)。,45,2.7 静电点火源(衣服),导电型液体(电解质)和其他任何导体一样都应该接地。通常与接地插头或容器的接地阀门相连接即可达到接地的目的,或者仅仅与金属管道或容器相连即可。,非导电型液体(非电解质)在流动状态下很容易积聚静电荷。,降低液体流速可以减少静电的积聚。然而,这点不容易做到。因此,通常更合适的方法是避免含
17、有这些物质的可燃条件的形成。,46,2.7 静电点火源液体(导体或非导体),粉体的运动非常容易产生静电。 电荷产生的数量取决于工艺过程中粉体的处置量。从容器中往外倾卸粉体时产生的静电相对较少,而粉碎和高速研磨过程产生的静电是较多的。 在粉体操作过程中,试图将静电产生量控制到最小是比较困难的。 粉体可产生多种静电放电类型,例如,火花放电、电晕放电、刷形放电、传播型刷形放电。 需要采取的预防措施很大程度上取决于粉体的最小点火能(MIE)。,47,2.7 静电点火源粉体,塑料制品通常是非导电体。因此不能用接地的方法来阻止静电荷积聚,也不能用这种方法来避免可能的点燃危险。 静电放电难以预防 在敏感性的
18、可燃环境下(最小点火能小于3 mJ ),不要使用绝缘塑料。 在某些特殊应用场所,可使用导电塑料和静电耗散型塑料。 导电塑料和静电耗散型塑料物品需要被接地,否则它们可能会具有更强的点火能力。,48,2.7 静电点火源塑料制品,一、限制和防止静电的产生 采用导电材料 减少摩擦阻力 限制静电产生的烃类油料等在管道中的最大流速,2.7 静电点火源防静电措施,二、接地和屏蔽 所有易燃物的贮池、贮罐以及输送设备、封闭的运输装置、排注设备、混合器、过滤器、干燥器、升华器、吸咐器必须接地; 厂区的所有可能产生静电的管道必须连成一个连续的整体,并予以接地; 油槽车应连金属链条,并大地相接触,卸油时应接地; 注油
19、漏斗、工作台、磅称、金属检尺等辅助设备与工具均应接地; 可能产生静电的固体和粉体加工设备均应接地。,2.7 静电点火源防静电措施,三、控制环境危险程度 取代易燃介质 降低爆炸性混合物的浓度 减少氧化剂含量 四、增湿 五、采用抗静电添加剂 六、采用静电中和器,2.7 静电点火源防静电措施,3.气体燃烧与爆炸,1,53,3.1 气体燃烧相关因素,气体在某个特定浓度范围内是可燃(爆)的; 爆炸极限通常用关于氧化剂的体积百分数来表示(v/v %); 不同物质的爆炸极限不同;,54,3.2 可燃气体爆炸极限,爆炸极限范围 变化比较大,55,3.2 可燃气体爆炸极限,初始温度 初始压力 氧含量 惰性气体含
20、量 点火源能量 火焰的传播方向 通道尺寸和形状,3.2 可燃气体爆炸极限影响因素,1、初始温度对甲烷爆炸极限的影响,3.2 可燃气体爆炸极限影响因素,通常情况下,初始压力增加可使爆炸范围增大。当压力下降到某一数值时,其上限和下限重合,出现一个临界值;若压力再下降,系统便成为不爆不燃。因此,在密闭容器内进行负压操作对安全生产是有利的。,2、初始压力对甲烷爆炸极限的影响,3.2 可燃气体爆炸极限影响因素,爆炸的临界压力 :在某温度下,使爆炸上限与爆炸下限重合的压力。,甲烷在减压下的爆炸极限,3.2 可燃气体爆炸极限影响因素,可燃气存在爆炸下限,是由于可燃物浓度太低、氧过量, 所以氧含量增加对爆炸下
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