化學工業區管廊調研及處置技術探討

1.基本情況

1.1管廊基本情況

        化工區內的管廊分為單位內部管廊和公共管廊，單位內部管廊是各單位內部裝置、儲罐與以及與公共管廊連接的橋梁，是化工生產過程的重要組成部分。公共管廊是化工區內各單位連接的橋梁，是化工區內物料傳輸的大動脈。公共管廊公司根據化工區開發建設的需要，陸續建設了23公里的公共管廊，形成了三縱三橫的網格布局，滿足化工區23.4平方公里范圍內客戶管道鋪設的需要，同時也預留了足夠的空間來滿足化工區今后發展的需要。公共管廊現有客戶31家，建成管廊23公里，管道242根，管道總長400公里。

1.1.1管廊結構

        化工區管廊結構分為鋼結構、鋼混結構和框架結構三種。鋼結構：管廊除基礎部分為鋼筋混凝土澆注外，以上部分全部為鋼架結構。鋼混結構：管廊主體為鋼筋混凝土結構，一些小的橫梁為鋼架。框架結構：管廊除基礎部分為鋼筋混凝土澆注外，以上部分為預制的鋼筋混凝土結構進行搭建。

1.1.2基本構成

       區內公共管廊以鋼混框架結構居多，高度在5－15米之間，每條管廊有1－4層管架，每層管架之間的距離為約為2－4米。根據物料性質的不同分層排布，由低向高處危險等級逐步提高，相態由液向氣轉變，最底層為排空管、水、蒸汽和其他無化學危害性的物料。廠區內部管廊一般以工業風及原原料為主，高度在與公共管廊相似，但密集程度有所提高。

1.1.3管廊特點

（1）管道多，間距小。由于各廠區、各裝置的生產性質和各裝置的位置不同，所需物料各異。為滿足生產需要，管廊上布滿了粗細各異的各種管道，且間距狹小，轉彎處較多。

（2）管道無中間閥門。化工產品在管道內傳輸，為減少安全隱患，管道中間一般不設計閥門，也就是說每條管道除起始端和未端有閥門外，管道中間沒有閥門。

（3）管道物料難以確定。為節約空間，使管廊得到充分利用，每層管架上布有多根管道，雖然每根管道都標有物料名稱，但當難以靠近泄漏或著火點時，難以確定是哪根管道發生事故。

（4）登高通道窄小，管廊作業空間小。管廊登高通道為固定直梯，每架直梯上都有環形防護網，直徑為600—900mm，在佩戴空氣呼吸器的情況下，上下直梯比較困難。每層管架、每根管道之間的距離空間較小，作業難度大。

（5）無固定消防設施。公共管廊沿公路設置，周圍無固定噴淋、水幕、水泡等消防設施。廠區內管廊只有在靠近生產裝置或罐區地段才有水泡，其他地段無固定消防設施。

1.2消防水源情況

        市政消火栓用水由化工區水務公司提供，全區共有市政消火栓466個，管徑200—1000mm，壓力為0.25—0.4MP，發生消防事故時，可臨時提升事故點壓力至0.4MP，最大流量為1740 L/S，最多能同時使用87只消火栓。河道消防取水平臺有8座，可供16輛消防車取水。廠區內不有各自的消防水罐（水池），供內部消防用水。

1.3氣象情況

        化工區地處北亞熱帶季風氣候區，受冷暖空氣交替影響，臺風、旋風、雨澇、汛潮等災害性天氣時有出現。全區主要受東南季風影響，全年風向以偏東南風為最多，風向ESE-SE-SSE三個方位頻率為27%，其次是偏東北風，NNE-NE-ENE三個方位頻率為23%，偏西南風出現頻率最小，SSW-SW-WSW三個方位頻率僅為6%。

2管廊事故特點

2.1突發性強，不可預測因素多

        管道事故一般都是瞬間突然發生，其發生的時間和地點往往出乎人們的預料。管廊事故的發生受諸多因素影響，如管道質量因素（設計不合理、材料本身缺陷、加工不良、焊接質量低劣、閥門法蘭等處密封失效等），工藝因素（高速流動介質沖擊與磨損、腐蝕性物料對管壁腐蝕、高、低溫物料、誤操作等），外來因素（外來飛行物撞擊、地基下沉、臺風等），事故發生概率比較高。

2.2傷害性大，影響范圍廣

        一是中毒危險。管道中輸送的液氨、丙烯腈、液氯等有毒物質，當其發現泄漏時，這些化學品一旦進入人的機體，會破壞細胞的正常代謝，損害人體某些組織和器官的生理功能或組織結構，從而引起一系列癥狀體征，造成中毒。由于各種有毒物質的危害狀態不同，對人員的傷害途徑也不同，會造成不同的中毒癥狀。如受污染的空氣可經呼吸道吸入中毒，皮膚接觸毒物液滴可經皮膚滲透中毒,誤食、誤飲染毒食物、飲水,可經消化道吸收中毒；二是爆炸危險。管道內輸送的乙烯、氫氣、天然氣等易燃氣體，在泄漏時，與空氣形成混合氣體，遇到明火、高溫、靜電等點火能量后，會發生爆炸，在極短時間內釋放大量熱，爆炸所產生的管道碎片、高溫和沖擊波直接造成周圍管道的損壞和人員的傷亡，造成多根管道連環爆炸、著火或有毒物質泄漏；三是高溫高壓。管廊發生火災或爆炸時，火焰高溫直接烘烤周圍管道，使管道內介質溫度升高，壓力增大，當壓力大于管道所承受的極限時，就會發生爆炸事故，引起火災，導致同一管廊不同位置出現多個火點；四是環境影響大。管廊發生事故后，所泄漏的化學物質會對空氣、地面、水源等造成污染，如果泄漏的物質為有毒或易燃氣體，會迅速向下風方向擴散，短時間內危險范圍即可達到數十甚至數百平方公里；五是鏈條效應機率高。目前，資源整合及節能原則，化工園區一體化建設規模大，而作為企業相連的“橋”，管廊事故的發生，上傳下遞危害，易引發“點小面廣”事故災害現場，處置過程次生災害極易防不慎防。

2.3處置難度大，參戰力量多

        事故發生后，管廊前后連接的裝置或罐體會產生相應的安全隱患。事故的處置，要圍繞工藝斷料、冷卻、滅火、稀釋、救人、堵漏、洗消等任務展開，其難度大，要求高，參戰部門、人員多，需要公安、消防、環保、醫療、廠區技術人員以至防化部隊等共同參與，聯合作戰。

3理論計算支撐事故處置行動決策

3.1管道泄漏事故處置理論支撐[1]

        泄漏事故處置先期處置對策一般為稀釋抑爆，而園區道路管道若泄漏事故，消防部隊往往是作為第一到場力量進行防爆稀釋，因此消防力量到場時間對于事故規模的判定有重要意義，同時各時間段到場力量的處置規模和能力對于降低事故處置也有重要作用。其中必須考慮到道路管道泄漏極易引起爆炸或燃燒，處置力量到場前，警戒未設置，來往車輛較多，形成持續點火源，可以判斷消防力量到場前，即事故發生10分鐘內，道路管道泄漏極有可能發生泄漏著火。

3.2管道泄漏事故相關支撐數據公式

3.2.1消防力量到場時間

        第一到場力量一般為5-10分鐘；第二到場力量一般為10-20分鐘；第三到場力量一般為20-40分鐘。各對應的泄漏時間即為5-10分鐘、10-20分鐘、20-40分鐘。

3.2.2泄漏量簡化計算公式[2]

3.3模擬管道泄漏事故處置

3.3.1場景設置

        假定天華路近州工路段道路管廊距地面約4m處苯乙烯管道發生泄漏，泄漏位置為距管道底部200px處，開口為長方形、面積50px×200px。

時間：上午10時；

天氣：晴、東南風向3級、25℃；

苯乙烯：易燃液體、密度3.6（相對于水1）、爆炸極限1.1-6.1、低毒不溶于水。

管道壓力：2Mpa

臨近管道：丙烯腈、丙酮、苯酚、丁二烯、芳香烴類、乙烯、丙烯、石腦油等；

化工區支隊消防力量分布：化一8輛（2輛高噴），化二9輛（2輛高噴），賽科4輛，巴斯夫3輛，拜耳3輛（1輛高噴），高化4輛，天原2輛，漕涇電廠2輛。

3.3.2理論計算（假定無點火源）

第一階段：10分鐘泄漏量為480kg，擴散半徑為35m；

第二階段：20分鐘泄漏量為960kg，擴散半徑為77m；

第三階段：40分鐘泄漏量為1920kg，擴散半徑為130m。

3.3.3處置戰術及原則

        冷卻抑爆、偵查檢測、管閥斷料、三防一攻、上下（游）兼控。

3.3.4處置程序

（1）到場警戒（大量泄漏隔離距離610m，下風方向防護距離2700m）及不間斷檢測。

（2）冷卻抑爆：設置三道防線，移動炮、屏風水槍、水幕水帶等。

（3）上下（游）兼控：通知管線上下游單位，協同決策，工藝處置優先。

（4）關閥堵漏：一支攻堅力量配合技術人員進行處置。

（5）技術滅火：管線火災因內部物料燃、爆、毒、窒息及相態不同，以及濕度、流速不同，需以科學為支撐，提升技術滅火能力。如：一氫氣管線（壓力40公斤）發生閥門泄漏起火（閥門長時間受溫度），一般情況下，消防人員會冷卻管線直至上下游閥門關閥，但這種處置方式會存在以下幾種問題出現：一是冷卻后，金屬材料管線因“熱脹冷縮”效應，泄漏口變大，泄漏量增加，事故不斷擴大；二是企業一般為在線作業，如隨意關閥致上下游的管線壓力和物料變化，企業運轉設備工藝參數變化，易引發爆炸燃燒；三是如企業停車，至處置時間長、企業損失大。因而，我們可以結合現場實際情況，采取預先使用惰性氣體或窒息式氮氣、水蒸汽在泄漏口置換泄漏物，再使用干粉（化學抑制原則，無冷卻效果）滅火，然后廠方進行臨時堵漏，減小泄漏量，最后由專業堵漏人員制作匹配的堵漏設施進行在線處置。這種處置可以避免以上提到的常規處置弊端。

（6）不間斷冷卻、管線放空、洗消收殘。

3.3.5力量布置

3.3.6力量判定

        天華路及州工路消防水管網為600mm和800mm，供水量為432L/s、768L/s，假定單車用水為40L/s,可停靠40輛消防車，距州工路1km處（中央銀河）有天然水源。

（1）35m擴散半徑：第一到場力量（化二、化四、賽科、高化、天原）時間5-10分鐘，水罐泡沫10輛，高噴2輛。燃燒爆炸危險高，消防力量到場后做好個人防護、不間斷檢測及警戒后，設置三道防線。

（2）77m擴散半徑：第二到場力量（化一、拜耳、巴斯夫）時間10-20分鐘，水罐泡沫8輛，高噴3輛，目的增大保護范圍，加大冷卻抑爆能力。

（3）130m擴散半徑：第三到場力量，總隊指揮中心需至少調配23輛消防車（1倍于先期到場力量），最好調大功率供水車以滿足較大用水（吸天然水源），若發生泄漏燃燒爆炸則調集46輛消防車（2倍于先期到場力量），目的增加供水能力，繼續增大保護范圍，加大冷卻抑爆能力。

4小結

        上海化學工業區一體化建設，在體現資源共享、節能共利的同時，作為企業之間的連接體，管廊事故發生，對引發鏈鎖事故發生機率大大提升，所以對管廊了調研及精確計算，能為管廊事故的處置提供科學指導。

參考文獻

[1]GB50160-2008,石油化工企業設計防火規范.北京:中國計劃出版社，2008.15-27

[2]孫祥海編著.流體力學.上海：上海交通大學出版社，2000.35-115