汪 銳

（中國(guó)石油化工股份有限公司荊門(mén)分公司，湖北荊門(mén) 448000）

2022 年4 月23 日23 時(shí)0 分，勝利煉油廠(chǎng)140萬(wàn)t/a 加氫裂化裝置外操人員到新氫壓縮機(jī)K401/C處巡檢，未發(fā)現(xiàn)明顯異常。23時(shí)59分15秒，該壓縮機(jī)一級(jí)氣缸出現(xiàn)間斷性異響，隨后，振動(dòng)值快速上升，機(jī)身振動(dòng)高報(bào)警。23時(shí)59分55秒，一級(jí)缸頭水套蓋脫落，小股氣流從缸頭蓋處噴出，24s 后，大量氫氣從一級(jí)氣缸噴出，隨即著火。24日0時(shí)20分，切除氫氣流程后火勢(shì)變小，1時(shí)18分，明火被撲滅。事故造成兩臺(tái)壓縮機(jī)過(guò)火，廠(chǎng)房局部坍塌和裝置非計(jì)劃停工。

事后調(diào)查顯示，壓縮機(jī)附近安裝的三臺(tái)氫氣報(bào)警器安裝在壓縮機(jī)平臺(tái)上，未按標(biāo)準(zhǔn)安裝在壓縮機(jī)上方，氫氣泄漏后，三臺(tái)表檢測(cè)始終為0，均未報(bào)警。

不排除該壓縮機(jī)在設(shè)備管理和工藝管理上可能存在缺陷，但是三臺(tái)氫氣報(bào)警器的不合規(guī)安裝卻為此事故的發(fā)生早早地埋下了安全隱患，造成該公司不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。此事故引起我廠(chǎng)高度重視，進(jìn)一步引發(fā)了我廠(chǎng)對(duì)生產(chǎn)裝置所在的氫氣報(bào)警器是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范及時(shí)進(jìn)行了排查，對(duì)發(fā)現(xiàn)不合規(guī)的氫氣報(bào)警器提出了整改方案，并對(duì)這些方案進(jìn)行了對(duì)比。

1 概述

石油化工行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中不可避免地產(chǎn)生大量易燃和有毒氣體，這些有毒氣體一旦發(fā)生泄漏，就可能引發(fā)火災(zāi)、中毒甚至爆炸事故，給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，危害工作人員的身體健康，對(duì)社會(huì)也產(chǎn)生惡劣影響。氣體檢測(cè)報(bào)警器作為長(zhǎng)期連續(xù)檢測(cè)環(huán)境空氣中某種氣體濃度的計(jì)量?jī)x器，確保其安裝符合設(shè)計(jì)規(guī)范是有效預(yù)防氣體泄漏引發(fā)事故的必要條件。針對(duì)案例對(duì)氫氣的氣體特性[1]進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

1.1 氫氣的理化性質(zhì)

在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氫氣為無(wú)色、無(wú)臭可燃?xì)怏w，比空氣輕，且不溶于水。

1.2 氫氣的危害

氫氣可通過(guò)吸入、食入或經(jīng)皮膚吸收等途徑侵入人的身體，吸入氫氣后，人會(huì)出現(xiàn)燒灼感、咳嗽、喘息、氣短、頭痛、惡心和嘔吐等癥狀。

氫氣的最大危害在于與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇熱或明火即會(huì)發(fā)生爆炸。

2 氫氣報(bào)警器的工作原理

氫氣屬于可燃?xì)獾姆懂牐c空氣的混合氣體在一定溫度下發(fā)生燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生一定的產(chǎn)物和一定的熱量。根據(jù)傳感器檢測(cè)原理的不同，氫氣報(bào)警器可以分為催化燃燒式、紅外式、半導(dǎo)體式等類(lèi)型。由于我廠(chǎng)的氫氣報(bào)警器大部分采用催化燃燒式的報(bào)警器，因此本節(jié)著重介紹催化燃燒式報(bào)警器的工作原理[2]。

催化燃燒式氣體傳感器主要由檢測(cè)元件、補(bǔ)償元件和兩個(gè)固定電阻構(gòu)成惠斯通橋路。其中，補(bǔ)償元件是對(duì)外界溫度或濕度變化起補(bǔ)償作用。如圖1所示。

圖1 催化燃燒式傳感器

當(dāng)空氣中無(wú)可燃性氣體時(shí)，氣路輸出U等于零，則此橋路處于平衡狀態(tài)，滿(mǎn)足R1×R2=R3×R4。當(dāng)空氣中含有可燃性氣體的混合氣體擴(kuò)散到檢測(cè)元件時(shí)，迅速進(jìn)行無(wú)焰燃燒，并產(chǎn)生反應(yīng)熱，使R3增大，電橋輸出一個(gè)變化的電壓信號(hào)U，這個(gè)電壓信號(hào)的大小與可燃?xì)怏w的濃度成正比。信號(hào)經(jīng)放大送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器，然后送至微處理器運(yùn)算后通過(guò)顯示屏顯示可燃?xì)怏w的濃度，最后經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器實(shí)時(shí)輸出4~20 mA 的模擬信號(hào)到工控室，如下圖2所示。

圖2 報(bào)警器工作原理框圖

3 氣體檢測(cè)報(bào)警器的安裝

氣體檢測(cè)報(bào)警器的安裝應(yīng)盡量避免沖擊、振動(dòng)、強(qiáng)電磁干擾等因素的影響，并且其安裝位置要便于更換和后期維護(hù)。按照GB/T 50493—2019《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求，通過(guò)檢測(cè)泄漏氣體的分子量與環(huán)境空氣分子量的比值大小，可以判別泄漏氣體相對(duì)于環(huán)境空氣的輕重，

3.1 泄漏氣體分子量與環(huán)境空氣分子量的比值關(guān)系如下[3-4]。

（1）比值≥1.2，說(shuō)明泄漏氣體比空氣重；

（2）1.0≤比值≤1.2，說(shuō)明泄漏氣體比空氣略重；（3）比值≤0.8，說(shuō)明泄漏氣體比空氣輕；

（4）0.8≤比值≤1.0，說(shuō)明泄漏氣體比空氣略輕。

3.2 不同比重氣體檢測(cè)報(bào)警器對(duì)應(yīng)的安裝高度不同

（1）檢測(cè)比重重于空氣的可燃?xì)怏w或有毒氣體的氣體檢測(cè)報(bào)警器，其應(yīng)安放在距地面（或樓層地面）0.3~0.6 m 高度并靠近釋放源；

（2）檢測(cè)比重略重于空氣的可燃?xì)怏w或有毒氣體的氣體檢測(cè)報(bào)警器，其安裝高度應(yīng)高出釋放源0.5~1.0 m；

（3）檢測(cè)比重輕于空氣的可燃?xì)怏w或有毒氣體的氣體檢測(cè)報(bào)警器，其安裝高度應(yīng)在釋放源2 m 內(nèi)；

（4）檢測(cè)比重略輕于空氣的可燃?xì)怏w或有毒氣體的氣體檢測(cè)報(bào)警器，其安裝高度應(yīng)高出釋放源0.5~1.0 m。

3.3 確定氣體檢測(cè)報(bào)警器的安裝高度后，還需要確定其水平位置

（1）當(dāng)生產(chǎn)裝置的釋放源處于露天或敞開(kāi)式廠(chǎng)房布置的設(shè)備區(qū)域內(nèi)時(shí)，可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器與釋放源的水平距離不宜大于10 m，有毒氣體檢測(cè)報(bào)警器與釋放源的水平距離不宜大于10 m；

（2）當(dāng)生產(chǎn)裝置的釋放源處于封閉或局部通風(fēng)不良的半敞開(kāi)廠(chǎng)房?jī)?nèi)，可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器距其所覆蓋范圍內(nèi)的任一釋放源不宜大于5 m，有毒氣體檢測(cè)報(bào)警器距其所覆蓋范圍內(nèi)的任一釋放源不宜大于2 m；

（3）比空氣輕的可燃?xì)怏w或有毒氣體釋放源處于封閉或局部通風(fēng)不良的半敞開(kāi)廠(chǎng)房?jī)?nèi)，除應(yīng)在釋放源上方設(shè)置氣體檢測(cè)報(bào)警器外，還應(yīng)在廠(chǎng)房?jī)?nèi)最高點(diǎn)氣體易于積聚處設(shè)置可燃或有毒氣體檢測(cè)報(bào)警器。

4 問(wèn)題的提出

環(huán)境空氣主要由氮?dú)夂脱鯕饨M成，它們的體積比約為4：1，因此可以計(jì)算環(huán)境空氣的相對(duì)分子量：

環(huán)境空氣的相對(duì)分子量=28×4/5+32×1/5≈29

氫氣的分子量為2，所以可以計(jì)算氫氣與環(huán)境空氣的比值：

比值=2/29≈0.07<0.8

因此，氫氣比空氣輕。按照國(guó)家的安裝標(biāo)準(zhǔn)，只需要把氫氣報(bào)警器安裝在高于釋放源2 m范圍內(nèi)即可。對(duì)全廠(chǎng)98臺(tái)氫氣報(bào)警器進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)有37臺(tái)氫氣報(bào)警器的安裝完全不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，問(wèn)題主要集中表現(xiàn)在部分壓縮機(jī)、容器等處的氫氣報(bào)警器的水平位置安裝合理，但是其垂直安裝高度卻按照可燃報(bào)警器的標(biāo)準(zhǔn)安裝，尤其是壓縮機(jī)處的氫氣報(bào)警器，其安裝高度遠(yuǎn)低于最容易泄漏氫氣所在的氣缸處，一旦發(fā)生泄漏，該報(bào)警器將起不了任何報(bào)警作用，會(huì)給生產(chǎn)裝置的運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。

依據(jù)最初的設(shè)想，打算對(duì)不符規(guī)范的37臺(tái)氫氣報(bào)警器直接動(dòng)火進(jìn)行焊接加高，使之符合規(guī)范。按照《動(dòng)火作業(yè)安全管理規(guī)范》第十七條特殊動(dòng)火作業(yè)規(guī)定：“在帶有可燃、有毒介質(zhì)的容器、設(shè)備、管線(xiàn)、工業(yè)下水井、污水池等部位不允許動(dòng)火，確屬生產(chǎn)需要必須進(jìn)行的動(dòng)火作業(yè)，按特殊動(dòng)火處理。特殊動(dòng)火必須經(jīng)地區(qū)公司主管領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)部門(mén)、屬地及動(dòng)火作業(yè)單位共同進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。制定可靠的動(dòng)火安全工作方案、安全措施和應(yīng)急預(yù)案并有效落實(shí)后方可動(dòng)火”[5]。而37臺(tái)不符規(guī)范的氫氣報(bào)警器所在的裝置正在運(yùn)行，為了保證裝置的正常生產(chǎn)和安全，工藝和安全所屬部門(mén)禁止動(dòng)火處理，要求尋求其他的整改方案。

為了避免重蹈齊魯石化“4.24”事故的覆轍，廠(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)高度重視，要求限期一個(gè)月完成對(duì)不符規(guī)范的氫氣報(bào)警器進(jìn)行整改。

5 整改方案選定

對(duì)生產(chǎn)裝置現(xiàn)場(chǎng)的37 臺(tái)氫氣報(bào)警器所在操作柱直徑再次進(jìn)行確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)各個(gè)裝置的操作柱直徑不同，主要有DN40和DN50兩種尺寸。于是按照GB/T 50493—2019《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，提出了如下兩種整改方案。

1）DN40 和DN50 執(zhí) 行 不 同 的 方 案。其 中，DN40 是將高度合適的DN50 鍍鋅管套在DN40 的操作柱上，而DN50是將符合規(guī)范的DN40鍍鋅管插入DN50的操作柱上，然后固定新操作柱，續(xù)接電纜線(xiàn)，恢復(fù)報(bào)警器的通信。

2）DN40和DN50執(zhí)行相同的方案。重新另立高度合適的DN40和DN50的鍍鋅管，然后固定新操作柱，續(xù)接電纜線(xiàn)，恢復(fù)報(bào)警器的通信。

6 具體的整改方案和方案對(duì)比

方案一：將高度合適的DN50鍍鋅管套在DN40的操作柱上，然后固定DN50 的新操作柱，續(xù)接報(bào)警器所在的電纜線(xiàn)，恢復(fù)報(bào)警器的通信。DN50大于DN40 的直徑，所以DN50 套在DN40 的操作柱上中間留有10 mm 的空余尺寸。當(dāng)有風(fēng)吹過(guò)時(shí)，高處的報(bào)警器極易處在搖晃的狀態(tài)中。為了加強(qiáng)新操作柱的穩(wěn)定性，在DN50鍍鋅管下側(cè)鉆了兩個(gè)相距30 mm 或者35 mm 的小孔，然后裝上兩個(gè)可以往里面旋轉(zhuǎn)擰緊的螺絲，頂住DN40的鍍鋅管，使DN50鍍鋅管保持穩(wěn)定。同時(shí)，為了使電纜線(xiàn)符合敷設(shè)規(guī)范，在DN50的鍍鋅管旁邊立了一根DN15或者一根DN20的絕緣套管，通過(guò)上下兩塊角鋼和若干個(gè)U 型恰使DN50鍍鋅管和絕緣套管之間保持固定，然后把續(xù)接的電纜線(xiàn)穿過(guò)DN15或者DN20的絕緣套管，恢復(fù)氫氣報(bào)警器的通信。圖3是氫氣報(bào)警器整改后的方案圖。

圖3 氫氣報(bào)警器整改方案圖②

圖3 氫氣報(bào)警器整改方案圖①

圖①是將DN50鍍鋅管套在DN40鍍鋅管后的整改圖。其中，黑色雙向箭頭是原來(lái)的氫氣報(bào)警器所在的部分操作柱，紅色雙向箭頭是DN50鍍鋅管套在DN40鍍鋅管上后形成的新操作柱。

圖②中的兩個(gè)黑色圓圈可以往DN50鍍鋅管里面擰緊的兩個(gè)螺絲的側(cè)面圖，用于固定新形成的操作柱。

該方案節(jié)省空間，但是穩(wěn)定性差，成本高，原因是該方案僅通過(guò)兩個(gè)螺絲來(lái)固定DN50的鍍鋅管，且與平常的焊接相比，鉆出兩個(gè)符合要求的螺絲孔似乎是一項(xiàng)很復(fù)雜、高成本的焊接作業(yè)。

而將高度符合規(guī)范的DN40鍍鋅管插入DN50的操作柱上，操作上可能要煩瑣很多。因?yàn)檠b置現(xiàn)場(chǎng)大部分DN50鍍鋅管頂端都封閉，如果確定要實(shí)施該方案，則需要把現(xiàn)場(chǎng)DN50的操作柱拆解回去切割頂端的封閉端。如果DN50鍍鋅管高度過(guò)高，則還需要切割一部分鍍鋅管，以方便DN40鍍鋅管插入DN50的操作柱中。然后對(duì)DN50操作柱的下端鉆孔，再重新安裝上，后續(xù)操作則同上面將DN50 鍍鋅管套在DN40所在操作柱的方法一樣。

該方案具有可行性，但是操作煩瑣，不利于工作的開(kāi)展。

方案二：另立高度合適的DN40或DN50的鍍鋅管，然后固定新操作柱，續(xù)接電纜線(xiàn)，恢復(fù)報(bào)警器的通信。在原來(lái)DN40或者DN50旁邊另立高度適中的新操作柱，該操作柱中上部焊接了兩塊角鋼。為了使電纜線(xiàn)的敷設(shè)符合規(guī)范，我們?cè)谛虏僮髦赃吜⒘艘桓鵇N15或者DN20的絕緣套管，通過(guò)上下兩塊角鋼和若干個(gè)U 型恰使新操作柱和絕緣套管之間保持固定。圖4是氫氣報(bào)警器整改后的方案圖。

圖4 氫氣報(bào)警器整改方案圖③

圖4 氫氣報(bào)警器整改方案圖②

圖4 氫氣報(bào)警器整改方案圖①

圖4 氫氣報(bào)警器整改方案圖④

圖①和圖②是另立操作柱后的正面圖和側(cè)面圖，其中，圖①黑色雙向箭頭是氫氣報(bào)警器原來(lái)操作柱所在的高度，紅色雙向箭頭是整改后形成的新操作柱所在的高度。

圖③和圖④是用于固定新操作柱的角鋼和U 形卡的正面圖和背面圖。

該方案占用一定空間，但是穩(wěn)定性好，成本相對(duì)較低，且后期如果裝置停工，還會(huì)對(duì)新立的操作柱底板套管膨脹螺絲進(jìn)一步加固，使其保持良好的穩(wěn)定性。

綜上，相比于方案一，方案二的優(yōu)勢(shì)更加明顯。

7 結(jié)束語(yǔ)

可燃?xì)怏w和有毒氣體報(bào)警器在石油化工生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中長(zhǎng)期處于監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)，其正確安裝對(duì)于可燃?xì)怏w和有毒氣體泄漏和濃度超標(biāo)等危險(xiǎn)源能及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)和報(bào)警，確保了生產(chǎn)操作人員人身安全、生產(chǎn)裝置財(cái)產(chǎn)安全和環(huán)境安全。因此，在實(shí)施報(bào)警器安裝時(shí)，必須依據(jù)國(guó)家規(guī)范和行業(yè)規(guī)范的要求，這樣可以最大限度地減少或降低石油化工工廠(chǎng)或裝置發(fā)生事故的危險(xiǎn)及影響，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。