彭獻兵

[摘要]本文主要從石腦油罐爆炸危險性分析出發(fā)，分析罐內(nèi)氣相空間中可燃氣體爆炸極限及硫化亞鐵自燃自熱的影響因素，論證氮氣進行危險性控制的有效性，并根據(jù)化驗室數(shù)據(jù)估算出滿足安全條件的最小氮氣密封流量，借以指導(dǎo)實際應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]爆炸極限 爆炸 硫化亞鐵 自燃 氮封

近年，石化行業(yè)石腦油罐發(fā)生多次閃爆，其運行安全性日益受到重視。在青島煉化，石腦油罐組由4個設(shè)置了氮封裝置的5000m2內(nèi)浮頂儲罐組成，用于儲存重整預(yù)加氫裝置原料石腦油。因石腦油揮發(fā)性強（初餾點50"C左右），含硫（質(zhì)量分數(shù)：0.09%左右），所以易形成爆炸性混合氣體，發(fā)生硫腐蝕，也就為硫化亞鐵自燃以及閃爆著火事故形成先決條件。影響石腦油罐罐內(nèi)氣相安全性的因素有很多，本文側(cè)重于體系內(nèi)爆炸、火災(zāi)形成條件分析，主要從可燃氣體爆炸極限和硫化亞鐵自燃兩方面分析影響因素及控制措施。

一、可燃氣體爆炸極限影響因素及控制措施

爆炸極限能直觀地反映出可燃氣體的爆炸危險性。爆炸下限越低、爆炸上限越高、爆炸極限范圍越寬的可燃氣體爆炸危險性越高。

爆炸極限并不是一層不變，隨著混合氣體體系發(fā)生變化，爆炸極限也會發(fā)生變化，這就為可燃氣體的安全防護提供了另外一條途徑。體系的初始溫度、初始壓力、惰性氣體的含量等都會影響爆炸極限。

初始溫度、壓力越高，爆炸極限范圍越寬。由碰撞理論知溫度升高，分子內(nèi)能增加，則活化分子數(shù)量增加；壓力增加，則單位體積內(nèi)活化分子的數(shù)目增加，都能提高反應(yīng)的速率，從而使原本不能持續(xù)的反應(yīng)得以順利進行。因石腦油罐為常溫常壓儲罐，所以初始溫度和壓力對爆炸極限的影響不能應(yīng)用到石腦油罐爆炸性氣體防護中。

惰性氣體含量增加，爆炸極限范圍減小，下限上升，上限下降，但對上限的影響比對下限的影響更為顯著。這也是氣體爆炸抑制技術(shù)中的一種，當惰性氣體濃度達到一定值，混合氣體則不能發(fā)生爆炸。在實際應(yīng)用中氮氣可以作為惰化介質(zhì)，它的主要作用有兩個：一方面可使混合氣體中氧組分被稀釋，減少可燃物質(zhì)分子和氧分子作用的機會，將可燃物組分同氧隔離，在它們之間形成一層不燃燒的屏蔽，當活化分子碰撞惰化介質(zhì)時會使活化分子失去活化能而不能反應(yīng)；另一方面若燃燒反應(yīng)已經(jīng)發(fā)生，產(chǎn)生的游離基將與惰化介質(zhì)氮氣發(fā)生作用，使游離基失去活性從而導(dǎo)致燃燒連鎖反應(yīng)的中斷，與此同時氮氣還將大量吸收燃燒反應(yīng)放出的熱量，使熱量不能聚集，燃燒反應(yīng)不能蔓延到其他可燃組分分子上去，從而對燃燒反應(yīng)起到抑制作用。

二、硫化亞鐵自燃影響因素及控制措施

石腦油罐內(nèi)油品中的硫化物和氣體中的硫化氫、氧的存在都會對鋼材發(fā)生腐蝕，再加上當?shù)剡@種海邊潮濕的氣候更加快了腐蝕速率。腐蝕產(chǎn)物主要為硫化亞鐵以及鐵的氧化物。這些腐蝕生成的產(chǎn)物極易在罐底、浮盤、罐壁上積存。

硫化亞鐵與氧氣接觸就會發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)為放熱反應(yīng)。如果反應(yīng)速率高，生成的熱量又不能及時轉(zhuǎn)移，就可能造成局部溫度上升，甚至出現(xiàn)硫化亞鐵自燃現(xiàn)象，繼而引發(fā)爆炸、火災(zāi)。謝傳欣等人對輕質(zhì)油罐中硫化亞鐵自熱、自燃進行了研究。從實驗可以看出少量的水分、油污以及高的氧含量都會促進硫化亞鐵的氧化自熱。由此可見，降低罐內(nèi)含水率及混合氣體濕度、氧氣濃度不僅可以減緩罐內(nèi)腐蝕，還可以降低硫化亞鐵自燃、自熱的危險性。在溫度為20～C的條件下，將氧體積分數(shù)分別為0.5%、1%、5%、10%、20%的氧氣與氮氣的混合氣體，以100mL/min的速度將混合氣通入裝有10g FeS的量熱球中，進行的硫化亞鐵自燃實驗。在實驗中，當氧氣體積分數(shù)不超過5%時，由于此時空氣中氧濃度比較低，硫化亞鐵樣品在整個絕熱升溫過程中不會出現(xiàn)溫度的陡升，絕熱升溫速率一直維持在較低的水平。實驗是在絕熱條件下進行的，所以在實際生產(chǎn)中氧氣濃度可以適當提高，也能抑制硫化亞鐵的自熱、自燃。

三、預(yù)防石腦油罐氣相空間發(fā)生危險的建議

（1）提高石腦油罐內(nèi)氣體混合物中的氮氣含量，控制氧含量，能有效地保證石腦油罐的安全運行。根據(jù)油罐付油速率V（m3/h）、罐內(nèi)氧氣控制濃度Vo%，近似計算出氮封的流量VN（m3/h）。

利用VN=V*（20.9-V0）/20.9計算出不同氧氣控制濃度對應(yīng)的氮氣流量，綜合可燃氣體爆炸極限控制、硫化亞鐵自燃防護、氮氣經(jīng)濟性、設(shè)備完好情況以及系統(tǒng)外環(huán)境因素選擇一個合理的氮氣流量。

（2）可以通過靜罐、付油罐、收油罐罐頂氣相壓力及時有效了解氮封、呼吸閥運行情況。定期對氣相空間組成進行化驗分析，尤其是氧含量，發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整，并做好記錄。從化驗數(shù)據(jù)看1206-T-002罐的氮封基本沒有起作用。應(yīng)該檢查檢尺口、泡沫發(fā)生器、呼吸閥、緊急泄壓人孔的氣密性。

（3）定期檢查油罐設(shè)備本體及附件，著重檢查罐內(nèi)靜電導(dǎo)線、阻火器、呼吸閥、泡沫發(fā)生器、導(dǎo)向鋼絲等安全附件的完好性。

（4）嚴格執(zhí)行工藝卡片，禁止超溫、超限儲存油品，超速收付油品。禁止向管內(nèi)通入氮氣等氣體，避免在正常生產(chǎn)期間落盤，這樣不僅加大油氣揮發(fā)，還易造成內(nèi)浮盤損壞。

（5）按規(guī)定定期或根據(jù)生產(chǎn)情況進行清罐，清理罐內(nèi)油泥、雜質(zhì)以及腐蝕產(chǎn)物的沉積物，檢查罐內(nèi)腐蝕情況，檢查浮盤及密封。

（6）內(nèi)浮盤密封已由原囊式單密封（不浸液），改成現(xiàn)在的囊式浸液一次密封+舌型二次密封的結(jié)構(gòu)形式，消除密封帶與油面之間的環(huán)形氣相空間，提高密封性能。在以后檢修中可以考慮將浮簡式內(nèi)浮盤改成蜂窩箱全接液式內(nèi)浮盤，進一步消除浮盤與油面之間氣相空間，最大限度減少油氣揮發(fā)，減少氣相空間油氣含量。

（7）考慮將四臺罐氣相聯(lián)通，減少呼吸損耗，同時氣相進油氣回收系統(tǒng)，對揮發(fā)油氣進行回收，減少環(huán)境污染的同時創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。endprint