化學(xué)工業(yè)區(qū)管廊調(diào)研及處置技術(shù)探討

1.基本情況

1.1管廊基本情況

        化工區(qū)內(nèi)的管廊分為單位內(nèi)部管廊和公共管廊，單位內(nèi)部管廊是各單位內(nèi)部裝置、儲(chǔ)罐與以及與公共管廊連接的橋梁，是化工生產(chǎn)過程的重要組成部分。公共管廊是化工區(qū)內(nèi)各單位連接的橋梁，是化工區(qū)內(nèi)物料傳輸?shù)拇髣?dòng)脈。公共管廊公司根據(jù)化工區(qū)開發(fā)建設(shè)的需要，陸續(xù)建設(shè)了23公里的公共管廊，形成了三縱三橫的網(wǎng)格布局，滿足化工區(qū)23.4平方公里范圍內(nèi)客戶管道鋪設(shè)的需要，同時(shí)也預(yù)留了足夠的空間來滿足化工區(qū)今后發(fā)展的需要。公共管廊現(xiàn)有客戶31家，建成管廊23公里，管道242根，管道總長(zhǎng)400公里。

1.1.1管廊結(jié)構(gòu)

        化工區(qū)管廊結(jié)構(gòu)分為鋼結(jié)構(gòu)、鋼混結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)三種。鋼結(jié)構(gòu)：管廊除基礎(chǔ)部分為鋼筋混凝土澆注外，以上部分全部為鋼架結(jié)構(gòu)。鋼混結(jié)構(gòu)：管廊主體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，一些小的橫梁為鋼架。框架結(jié)構(gòu)：管廊除基礎(chǔ)部分為鋼筋混凝土澆注外，以上部分為預(yù)制的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行搭建。

1.1.2基本構(gòu)成

       區(qū)內(nèi)公共管廊以鋼混框架結(jié)構(gòu)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(jù)物料性質(zhì)的不同分層排布，由低向高處危險(xiǎn)等級(jí)逐步提高，相態(tài)由液向氣轉(zhuǎn)變，最底層為排空管、水、蒸汽和其他無化學(xué)危害性的物料。廠區(qū)內(nèi)部管廊一般以工業(yè)風(fēng)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(diǎn)

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

（2）管道無中間閥門。化工產(chǎn)品在管道內(nèi)傳輸，為減少安全隱患，管道中間一般不設(shè)計(jì)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(jié)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(biāo)有物料名稱，但當(dāng)難以靠近泄漏或著火點(diǎn)時(shí)，難以確定是哪根管道發(fā)生事故。

（4）登高通道窄小，管廊作業(yè)空間小。管廊登高通道為固定直梯，每架直梯上都有環(huán)形防護(hù)網(wǎng)，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(yè)難度大。

（5）無固定消防設(shè)施。公共管廊沿公路設(shè)置，周圍無固定噴淋、水幕、水泡等消防設(shè)施。廠區(qū)內(nèi)管廊只有在靠近生產(chǎn)裝置或罐區(qū)地段才有水泡，其他地段無固定消防設(shè)施。

1.2消防水源情況

        市政消火栓用水由化工區(qū)水務(wù)公司提供，全區(qū)共有市政消火栓466個(gè)，管徑200—1000mm，壓力為0.25—0.4MP，發(fā)生消防事故時(shí)，可臨時(shí)提升事故點(diǎn)壓力至0.4MP，最大流量為1740 L/S，最多能同時(shí)使用87只消火栓。河道消防取水平臺(tái)有8座，可供16輛消防車取水。廠區(qū)內(nèi)不有各自的消防水罐（水池），供內(nèi)部消防用水。

1.3氣象情況

        化工區(qū)地處北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，受冷暖空氣交替影響，臺(tái)風(fēng)、旋風(fēng)、雨澇、汛潮等災(zāi)害性天氣時(shí)有出現(xiàn)。全區(qū)主要受東南季風(fēng)影響，全年風(fēng)向以偏東南風(fēng)為最多，風(fēng)向ESE-SE-SSE三個(gè)方位頻率為27%，其次是偏東北風(fēng)，NNE-NE-ENE三個(gè)方位頻率為23%，偏西南風(fēng)出現(xiàn)頻率最小，SSW-SW-WSW三個(gè)方位頻率僅為6%。

2管廊事故特點(diǎn)

2.1突發(fā)性強(qiáng)，不可預(yù)測(cè)因素多

        管道事故一般都是瞬間突然發(fā)生，其發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)往往出乎人們的預(yù)料。管廊事故的發(fā)生受諸多因素影響，如管道質(zhì)量因素（設(shè)計(jì)不合理、材料本身缺陷、加工不良、焊接質(zhì)量低劣、閥門法蘭等處密封失效等），工藝因素（高速流動(dòng)介質(zhì)沖擊與磨損、腐蝕性物料對(duì)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(tái)風(fēng)等），事故發(fā)生概率比較高。

2.2傷害性大，影響范圍廣

        一是中毒危險(xiǎn)。管道中輸送的液氨、丙烯腈、液氯等有毒物質(zhì)，當(dāng)其發(fā)現(xiàn)泄漏時(shí)，這些化學(xué)品一旦進(jìn)入人的機(jī)體，會(huì)破壞細(xì)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(jié)構(gòu)，從而引起一系列癥狀體征，造成中毒。由于各種有毒物質(zhì)的危害狀態(tài)不同，對(duì)人員的傷害途徑也不同，會(huì)造成不同的中毒癥狀。如受污染的空氣可經(jīng)呼吸道吸入中毒，皮膚接觸毒物液滴可經(jīng)皮膚滲透中毒,誤食、誤飲染毒食物、飲水,可經(jīng)消化道吸收中毒；二是爆炸危險(xiǎn)。管道內(nèi)輸送的乙烯、氫氣、天然氣等易燃?xì)怏w，在泄漏時(shí)，與空氣形成混合氣體，遇到明火、高溫、靜電等點(diǎn)火能量后，會(huì)發(fā)生爆炸，在極短時(shí)間內(nèi)釋放大量熱，爆炸所產(chǎn)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(huán)爆炸、著火或有毒物質(zhì)泄漏；三是高溫高壓。管廊發(fā)生火災(zāi)或爆炸時(shí)，火焰高溫直接烘烤周圍管道，使管道內(nèi)介質(zhì)溫度升高，壓力增大，當(dāng)壓力大于管道所承受的極限時(shí)，就會(huì)發(fā)生爆炸事故，引起火災(zāi)，導(dǎo)致同一管廊不同位置出現(xiàn)多個(gè)火點(diǎn)；四是環(huán)境影響大。管廊發(fā)生事故后，所泄漏的化學(xué)物質(zhì)會(huì)對(duì)空氣、地面、水源等造成污染，如果泄漏的物質(zhì)為有毒或易燃?xì)怏w，會(huì)迅速向下風(fēng)方向擴(kuò)散，短時(shí)間內(nèi)危險(xiǎn)范圍即可達(dá)到數(shù)十甚至數(shù)百平方公里；五是鏈條效應(yīng)機(jī)率高。目前，資源整合及節(jié)能原則，化工園區(qū)一體化建設(shè)規(guī)模大，而作為企業(yè)相連的“橋”，管廊事故的發(fā)生，上傳下遞危害，易引發(fā)“點(diǎn)小面廣”事故災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，處置過程次生災(zāi)害極易防不慎防。

2.3處置難度大，參戰(zhàn)力量多

        事故發(fā)生后，管廊前后連接的裝置或罐體會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)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(wù)展開，其難度大，要求高，參戰(zhàn)部門、人員多，需要公安、消防、環(huán)保、醫(yī)療、廠區(qū)技術(shù)人員以至防化部隊(duì)等共同參與，聯(lián)合作戰(zhàn)。

3理論計(jì)算支撐事故處置行動(dòng)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(duì)策一般為稀釋抑爆，而園區(qū)道路管道若泄漏事故，消防部隊(duì)往往是作為第一到場(chǎng)力量進(jìn)行防爆稀釋，因此消防力量到場(chǎng)時(shí)間對(duì)于事故規(guī)模的判定有重要意義，同時(shí)各時(shí)間段到場(chǎng)力量的處置規(guī)模和能力對(duì)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(chǎng)前，警戒未設(shè)置，來往車輛較多，形成持續(xù)點(diǎn)火源，可以判斷消防力量到場(chǎng)前，即事故發(fā)生10分鐘內(nèi)，道路管道泄漏極有可能發(fā)生泄漏著火。

3.2管道泄漏事故相關(guān)支撐數(shù)據(jù)公式

3.2.1消防力量到場(chǎng)時(shí)間

        第一到場(chǎng)力量一般為5-10分鐘；第二到場(chǎng)力量一般為10-20分鐘；第三到場(chǎng)力量一般為20-40分鐘。各對(duì)應(yīng)的泄漏時(shí)間即為5-10分鐘、10-20分鐘、20-40分鐘。

3.2.2泄漏量簡(jiǎn)化計(jì)算公式[2]

3.3模擬管道泄漏事故處置

3.3.1場(chǎng)景設(shè)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(fā)生泄漏，泄漏位置為距管道底部200px處，開口為長(zhǎng)方形、面積50px×200px。

時(shí)間：上午10時(shí)；

天氣：晴、東南風(fēng)向3級(jí)、25℃；

苯乙烯：易燃液體、密度3.6（相對(duì)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(qū)支隊(duì)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(jì)算（假定無點(diǎn)火源）

第一階段：10分鐘泄漏量為480kg，擴(kuò)散半徑為35m；

第二階段：20分鐘泄漏量為960kg，擴(kuò)散半徑為77m；

第三階段：40分鐘泄漏量為1920kg，擴(kuò)散半徑為130m。

3.3.3處置戰(zhàn)術(shù)及原則

        冷卻抑爆、偵查檢測(cè)、管閥斷料、三防一攻、上下（游）兼控。

3.3.4處置程序

（1）到場(chǎng)警戒（大量泄漏隔離距離610m，下風(fēng)方向防護(hù)距離2700m）及不間斷檢測(cè)。

（2）冷卻抑爆：設(shè)置三道防線，移動(dòng)炮、屏風(fēng)水槍、水幕水帶等。

（3）上下（游）兼控：通知管線上下游單位，協(xié)同決策，工藝處置優(yōu)先。

（4）關(guān)閥堵漏：一支攻堅(jiān)力量配合技術(shù)人員進(jìn)行處置。

（5）技術(shù)滅火：管線火災(zāi)因內(nèi)部物料燃、爆、毒、窒息及相態(tài)不同，以及濕度、流速不同，需以科學(xué)為支撐，提升技術(shù)滅火能力。如：一氫氣管線（壓力40公斤）發(fā)生閥門泄漏起火（閥門長(zhǎng)時(shí)間受溫度），一般情況下，消防人員會(huì)冷卻管線直至上下游閥門關(guān)閥，但這種處置方式會(huì)存在以下幾種問題出現(xiàn)：一是冷卻后，金屬材料管線因“熱脹冷縮”效應(yīng)，泄漏口變大，泄漏量增加，事故不斷擴(kuò)大；二是企業(yè)一般為在線作業(yè)，如隨意關(guān)閥致上下游的管線壓力和物料變化，企業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備工藝參數(shù)變化，易引發(fā)爆炸燃燒；三是如企業(yè)停車，至處置時(shí)間長(zhǎng)、企業(yè)損失大。因而，我們可以結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采取預(yù)先使用惰性氣體或窒息式氮?dú)狻⑺羝谛孤┛谥脫Q泄漏物，再使用干粉（化學(xué)抑制原則，無冷卻效果）滅火，然后廠方進(jìn)行臨時(shí)堵漏，減小泄漏量，最后由專業(yè)堵漏人員制作匹配的堵漏設(shè)施進(jìn)行在線處置。這種處置可以避免以上提到的常規(guī)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(wǎng)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(kuò)散半徑：第一到場(chǎng)力量（化二、化四、賽科、高化、天原）時(shí)間5-10分鐘，水罐泡沫10輛，高噴2輛。燃燒爆炸危險(xiǎn)高，消防力量到場(chǎng)后做好個(gè)人防護(hù)、不間斷檢測(cè)及警戒后，設(shè)置三道防線。

（2）77m擴(kuò)散半徑：第二到場(chǎng)力量（化一、拜耳、巴斯夫）時(shí)間10-20分鐘，水罐泡沫8輛，高噴3輛，目的增大保護(hù)范圍，加大冷卻抑爆能力。

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

4小結(jié)

        上海化學(xué)工業(yè)區(qū)一體化建設(shè)，在體現(xiàn)資源共享、節(jié)能共利的同時(shí)，作為企業(yè)之間的連接體，管廊事故發(fā)生，對(duì)引發(fā)鏈鎖事故發(fā)生機(jī)率大大提升，所以對(duì)管廊了調(diào)研及精確計(jì)算，能為管廊事故的處置提供科學(xué)指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

[1]GB50160-2008,石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2008.15-27

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