化工企業(yè)管道內的物質主要為有機化學原料及產品，環(huán)保設施中的廢氣管道也是涉VOCs廢氣，這些管道輸送的物質絕大多數(shù)為VOCs。化工管道同化工設備一樣是化工生產裝置中不可缺少的組成部分，起著把不同工藝功能的設備連接在一起的作用，以完成特定的工藝過程，在某些情況下，管道本身也同化工設備一樣能完成某些化工過程，即“管道化生產”。
同樣，化工VOCs廢氣也通過管道輸送，經常有企業(yè)在廢氣收集管道上收集不合理或去除靜電措施不理想，會導致管道發(fā)生燃燒及爆炸安全事故。
化工管道布置縱橫交錯，管道種類繁多，被輸送介質的理化性質多樣，管道系統(tǒng)接點多，火災爆炸事故發(fā)生率高。管道發(fā)生破裂爆炸事故，容易沿著管道系統(tǒng)擴展蔓延，使事故迅速擴大。
1、江蘇某化工企業(yè)RTO 裝置
江蘇某化工企業(yè)ＲTO 裝置于2015 年3 月8日和3 月27 日發(fā)生兩次爆炸。事故沒有造成人員傷亡，但廢氣引風機損壞，現(xiàn)場儀表燒毀，ＲTO裝置損毀嚴重。該企業(yè)ＲTO 裝置主要處理儲罐廢氣，廢氣經壓縮冷凝后再用空氣稀釋后燃燒處理。此次事故發(fā)生的直接原因是氣體冷凝溫度較高，冷凝后氣相中的有機化合物含量增高，廢氣收集管道上稀釋的配風空氣不足，導致進入ＲTO廢氣的濃度達到爆炸極限。發(fā)生的間接原因是廢氣收集管道上未設置在線廢氣濃度檢測儀及防爆泄壓設施。
整改措施如下:
①在廢氣收集管道上安裝在線廢氣濃度檢測儀，濃度控制在1 000 - 5 000 mg /m3 ;
②在廢氣收集管道等節(jié)點上安裝泄爆膜片。
2、山東某企業(yè)RTO裝置
2019年5月，山東某企業(yè)ＲTO裝置在運行過程中因廢氣濃度突然升高引發(fā)了爆炸，事故沒有造成人員傷亡，ＲTO爐體本身未損壞，但引風機及進爐管道全部爆裂損壞。該裝置廢氣來源包括儲罐高濃度的罐頂廢氣與污水池的廢氣，并設有在線廢氣濃度檢測儀，管道直徑600mm，在線廢氣濃度檢測儀距離廢氣切斷閥距離為38m，閥門關閉與在線廢氣濃度檢測儀分析時間總和約3s；引風機材質為玻璃鋼。在廢氣進ＲTO爐前設有1個DN150mm爆破片，廢氣進ＲTO爐前設置了阻火器，但阻火器阻火性能未經驗證合格。
事故發(fā)生的直接原因是廢氣濃度突然升高。從爆炸后現(xiàn)場的情況分析推出事故發(fā)生的間接原因:①廢氣切斷閥閥板明顯受到靠近爐側的沖擊壓力而彎曲，說明高濃度廢氣通過在線廢氣濃度檢測儀后，雖引發(fā)停車聯(lián)鎖，但廢氣切斷閥未全部關閉;②阻火器性能不符合要求，未能有效隔離能量，造成閃爆事件的發(fā)生;③由于風機材質為玻璃鋼材質，高濃度廢氣與高速旋轉的風機葉輪摩擦產生靜電，引起風機及入口管道粉碎性損壞。
整改措施如下:
①從源頭上將儲罐高濃度的罐頂廢氣與污水池的廢氣分開，高濃度罐頂廢氣另行處理;
②將在線廢氣濃度檢測儀距離廢氣切斷閥距離延長為60m，確保出現(xiàn)高濃度廢氣后廢氣切斷閥有足夠的關閉時間;
③風機材質改為不銹鋼;
④爆破片增為2個;
⑤阻火器改為經過認證的產品。2019年9月份改造后開工，在后續(xù)引發(fā)聯(lián)鎖停車的情況下未發(fā)生次生事故。
3、安徽某制藥廠RTO裝置
2019年6月16日安徽某制藥廠ＲTO裝置因廢氣中甲醇濃度突然升高導致爆炸，爆炸聲前后2次，間隔時間較短，一處位于ＲTO爐及相鄰風機，另一處位于系統(tǒng)前端廢氣收集管道。事故導致ＲTO右側蓄熱室鋼結構、保溫棉、蓄熱陶瓷和ＲTO近端的引風機、風管嚴重損壞。分析認為:
①該裝置未安裝實時廢氣濃度檢測儀，不能及時檢測并切斷高濃度廢氣，造成高濃度廢氣在爐內蓄熱材料中升溫過程發(fā)生爆炸;②該裝置未安裝阻火器，不能阻斷爆燃的廢氣回火至廢氣收集部分;③廢氣輸送管道及風機均未采用可導電材質，廢氣與高速旋轉的風機葉輪摩擦產生靜電且靜電無法導出，引發(fā)了系統(tǒng)前端廢氣的爆炸。
整改措施如下:
①增加在線廢氣濃度檢測儀，并與廢氣切斷閥、放空閥聯(lián)鎖;
②在ＲTO前端和廢氣收集端設置阻火器，廢氣管道每隔一定距離必須設置爆破片，爆破片壓力低于廢氣管道承受的壓力，以便爆炸發(fā)生后及時泄壓，減少損失;
③風機、風管等輸氣設備在防腐蝕的情況下考慮靜電接地。
化工管道系統(tǒng)的
火災爆炸事故類型分析
1、泄漏引起火災爆炸
石油化工管道大多輸送易燃易爆介質，其實這些物質基本均屬于VOCs范疇，管道破裂泄漏時極易導致火災和爆炸事故。這是因為泄漏的可燃介質遇點火源即可燃燒或爆炸。管道經常發(fā)生破裂泄漏的部位主要有：與設備連接的焊縫處；閥門密封墊片處；管段的變徑和彎頭處；管道閥門、法蘭、長期接觸腐蝕性介質的管段；輸送機械等。
管道質量因素泄漏，如設計不合理，管道的結構、管件與閥門的連接形式不合理或螺紋制式不一致，未考慮管道受熱膨脹問題；材料本身缺陷，管壁太薄、有砂眼，代材不符合要求；加工不良，冷加工時，內外壁有劃傷；焊接質量低劣，焊接裂紋、錯位、燒穿、未焊透、焊瘤和咬邊等；閥門、法蘭等處密封失效。管道工藝因素泄漏，如管道中高速流動的介質沖擊與磨損；反復應力的作用；腐蝕性介質的腐蝕；長期在高溫下工作發(fā)生蠕變；低溫下操作材料冷脆斷裂；老化變質；高壓物料竄入低壓管道發(fā)生破裂等。外來因素破壞，如外來飛行物、狂風等外力沖擊；設備與機器的振動、氣流脈動引起振動、搖擺；施工造成破壞；地震，地基下沉等。操作失誤引起泄漏，如錯誤操作閥門使可燃物料漏出；超溫、超壓、超速、超負荷運轉；維護不，周，不及時維修，超期和帶病運轉等。
2、管道內形成爆炸性混合物
VOCs廢氣收集管道，部分氣體因滯留在輸送管道的角落而產生集聚，遇靜電而發(fā)生閃爆！如方管的角落容易使得VOCs廢氣集聚在方管的邊角處！還比如在停車檢修和開車時，未對管道進行置換，或采用非惰性氣體置換，或置換不徹底，空氣混入管道內，形成爆炸性混合物；檢修時在管道(特別是高壓管道)上未堵盲板，致使空氣與可燃氣體混合；負壓管道吸入空氣；操作閥門有誤使管道中漏入空氣，或使可燃氣體與助燃氣體混合，遇引火源即發(fā)生爆炸。
3、管道內超壓爆炸
管道的超壓爆炸與反應容器的操作失誤或反應異常有關，冷卻介質輸送管道出現(xiàn)故障，導致冷卻介質供應不足或中斷，使生產系統(tǒng)發(fā)生超溫、超壓的惡性循環(huán)，最終導致設備、管線發(fā)生超壓爆炸事故。
在管道中由于產生聚合或分解反應，會造成異常壓力。如在乙烯和過氧化物催化劑的管道中，溫度過高，超過催化劑引發(fā)溫度，乙烯就會在管道內聚合或分解，產生高熱，使壓力上升，導致管道脹裂或爆炸。
連續(xù)排放流體的管道，尤其是排放氣態(tài)物料的工藝管線，因輸送速度降低等因素會導致設備內的物料不能及時排出，從而使設備發(fā)生超壓爆炸事故。
高壓系統(tǒng)的物料倒流入低壓管道，造成壓力增加。
4、管道內堵塞爆炸
管道發(fā)生堵塞，會使系統(tǒng)壓力急劇增大，導致爆炸破裂事故。
輸送低溫液體或含水介質的管道，在低溫環(huán)境條件下極易發(fā)生結冰“凍堵”，尤其是間歇使用的管道，流速減慢的變徑處、可產生滯留部位和低位處是易發(fā)生“凍堵”之處。
輸送具有粘性或濕度較高的粉狀、顆粒狀物料的管道,易在供料處、轉彎處粘附管壁最終導致堵塞。管道設計或安裝不合理，如采用大管徑長距離輸送或管道管徑突然增大，管道連接不同心，有障礙物處易堵塞；物料夾雜過大碎塊時易造成堵塞；物料具有粘附物性，若不及時清理，發(fā)生滯留沉積等情況，可造成管道堵塞。
操作不當使管道前方的閥門未開啟或閥門損壞卡死，或接受物料的容器已經滿負荷，或流速過慢，突然停車等都會使物料沉積，發(fā)生堵塞。
5、發(fā)生自燃火災
管道內結焦、積炭，在高溫高壓下易自燃，引起燃燒或爆炸。在加工含硫原料油煉油廠的高壓管線中，硫化亞鐵是一種很常見的物質，它是鐵銹和硫化氫發(fā)生反應的產物，設備停用后打開，以及維修之前與空氣接觸，就會迅速發(fā)生自燃。
管道內介質溫度為超過自燃點的物質，泄漏出來與空氣接觸便會自燃。
6、具有多種引火源
物料在管道中輸送時，有多種引火源存在。啟閉管道閥門時，閥瓣與閥座的沖擊、擠壓，可成為沖擊引火源。閥門在高低壓段之間突然打開時，低壓段氣體急劇壓縮局部溫度上升，形成絕熱壓縮引火源。物料在高速流動的過程中，粉體與管壁、粉體顆粒之間、液體與固體、液體與氣體、液體與另一不相溶的液體之間、氣體與所含少量固態(tài)或液態(tài)雜質之間，發(fā)生碰撞和摩擦，極易帶上靜電，產生火花。
危險物料輸送管道周圍具有摩擦撞擊、明火、高溫熱體、電火花、雷擊等多種外部點火源?？扇嘉锪蠌墓艿榔屏烟幓蛎芊獠粐捞幐咚賴姵鰰r會產生靜電，成為泄漏的可燃物料或周圍可燃物的引火源。
7、易成為火災蔓延的通道
由于管道連接著各種設備，管道發(fā)生火災，不但影響管道系統(tǒng)的正常運行，而且還會使整個生產系統(tǒng)發(fā)生連鎖反應，事故迅速蔓延和擴大，特別是管內介質有毒時，對人的生命威脅更大。在管道中傳播的爆炸，一定條件下會發(fā)生由爆燃向爆轟的轉變，對生產設備、廠房等建筑物造成嚴重的破壞。
化工管道火災爆炸事故的預防措施
1、遵守安全布置原則
輸送火災危險性為甲、乙類介質或有毒、腐蝕性介質的，管道，不應穿過與其無關的建筑物、構筑物。集中敷設于同一管架上的各種介質管道必須留有規(guī)定的間距。多層管架中的熱料管道應布置在最上層，腐蝕性介質管道應布置在最下層；易燃液體及液化石油氣體管道嚴禁與蒸汽、熱料管道相鄰布置；助燃與可燃介質管道之間，宜用不燃物料管道隔開或保持不低于250mm的間距。
2、選材、設計、加工、安裝合理
根據輸送介質的性質、溫度、壓力和流量等因素正確選擇管材，不可隨意選用代材或誤用，不得使用存有缺陷的管材，例如，要求高溫強度時，350℃以下使用沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼，在350℃時，應根據不同溫度分別使用鎮(zhèn)靜鋼、鉬鋼、Cr —Mo鋼和不銹鋼，不得使用碳鋼；為了防止低溫脆性，要使用奧氏體不銹鋼以及鋁、鎳銅合金的管材?？扇家后w架空管道的支架應用不燃材料建造。為避免可燃液體管道在發(fā)生事故時液體漫流，可將管道敷設在不燃材料建造的地溝內，并保證良好的自然通風，以防止可燃蒸氣積聚。高溫物料管道應用不燃材料裝設保溫層，以防止可燃物接觸高溫管道起火。
嚴格按照工藝設計要求設計，管道直徑的設計值應盡量大些，彎曲和變徑處應緩慢，而且彎管和變徑管要盡可能少，尤其是由水平向垂直過渡的彎管要少。管內壁應平滑，不準有折皺或凸起，不裝設網格狀的構件。
管道的焊接質量符合要求，焊縫須作無損探傷檢查。管道的連接方式合理，可用加偏墊或多層墊等方法消除斷面偏差、空隙、錯口或不同心等安裝誤差。管道穿墻、樓板和屋面時，應加套管、防火肩、防水帽等裝置。焊縫、法蘭等接頭均應避開墻和樓板。管道和管件不得與管架直接接觸，應按設計溫度、壓力等要求，采取加置木墊、軟金屬片或橡膠石棉墊等措施隔離。
3、采取防腐措施
根據輸送物料的腐蝕性選擇耐腐蝕材料，如對硫化氫的腐蝕，不同溫度下使用可采用鉻鋼，不銹鋼或滲鋁鋼；對高溫條件下的氫脆要用Cr—Mo合金鋼；對不同程度的硫腐蝕，分別采用5Cr、7Cr、9Cr鋼管；為了防止高溫氧化腐蝕，要用奧氏體不銹鋼管、5Cr或9Cr鋼管。
采取合理的防腐措施，如涂層防腐、襯里防腐、電化學防腐、使用緩蝕劑防腐等。其中涂層防腐用得最廣泛，而在涂層防腐中又以涂料防腐用的最多。
定期檢測管道的受腐情況，尤其是敷設于地下的管網系統(tǒng)，及時修復或更換腐蝕嚴重的部位。
4、消除管道殘余應力
為了避免管道振動，可采取設置減振裝置，增加柔性設計等措施。
為了減弱熱應力的破壞作用，采用增加管系可撓性，緩解熱應力的熱補償方法，如采用專用的熱補償器；利用彈簧吊架結構或止動器約束管道在約束方向上的位移，在設備管口附近設置固定支架，削弱管口的應力和力矩，加設彎管，改變管道走向，增加管系總的可撓性或利用絕熱保溫等方法。
針對不同外部載荷采取措施，如防止基礎下沉，可采用改變管道設置位置或支撐方式或強化基礎設計的方法；預防外力沖擊，可通過加強防護設施，可撓性設計，合理設置，加護欄或套管以及加強施工監(jiān)督等方法。
5、嚴格安全操作
生產操作過程中嚴格按照工藝要求控制物料的輸送溫度、壓力、流速等工藝參數(shù)，尤其是用于輸送可燃氣體、可燃液體、可燃粉粒狀物料的管道，輸送速度不應高于工藝值。生產的要害部位，如加熱爐口、塔底部、反應器底部、高溫機泵等進出口處的管道和工作條件苛刻，受交變載荷的管道，要特別重視。
冷卻介質的輸送管道要確保冷卻介質的供應量，避免中斷，必要時可安裝雙路水源和電源控制，以防止生產系統(tǒng)出現(xiàn)超溫、超壓的惡性循環(huán)。
及時清除管道內的污垢、沉淀等沉積物，并嚴禁采用鐵質工具或能產生火星的器具輸通易燃易爆、易自燃的不安定沉積物。定期清除管道以及周圍的設備、設施上的積塵，以減少粉塵沉積。
在冰凍季節(jié)前后，要注意管道的防凍和化凍，如積水彎、壓力表的彎管，排凝閥等處，發(fā)現(xiàn)問題要及時采取保溫防凍措施。暫時不用的水或易凍的管線要將管內介質排凈。
及時維修管道，嚴禁超負荷，超期和帶病運轉。
6、加強防火安全管理
在用管道要遵照《壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定》定期進行檢驗，檢測管道的泄漏和受損情況，防止管道系統(tǒng)出現(xiàn)跑冒滴漏現(xiàn)象。
停車檢修和開車前應按規(guī)定進行管道的排氣置換作業(yè)，檢測合格后方可動火檢修或開車。進行動火檢修作業(yè)時，要嚴格執(zhí)行動火作業(yè)的各項規(guī)章制度。
嚴禁危險物料管道和高溫管道周圍堆放易燃易爆物質。需要散熱的輸送管道上嚴禁堆放各種雜物，以防止熱量積累引起火災。
危險物料輸送管道的周圍杜絕各種火源。
7、采取防靜電措施
粉粒狀物料的輸送管道應選用導電性能良好的材料制造，并設性能良好的靜電消除裝置。工廠和車間的氧氣管道、乙炔管道、油料儲運設備、通風裝置、空氣管道等必須連成一個整體，并予以接地。地上或管溝敷設管線的始端、末端、分支處以及直線段，每隔lOOm應設置防靜電接地裝置，接地電阻不宜大于30Ω，接地點宜設在固定管墩(架)處。
8、設置防火防爆安全裝置
在容易發(fā)生超壓爆炸的管道上需設置安全閥等防爆卸壓裝置；在容易造成火焰?zhèn)鞑サ墓艿郎闲柙O置水封、砂封、阻火器或防火閥。在高壓和低壓系統(tǒng)之間的接點處和容易發(fā)生倒流的管道上、需設置止回閥和切斷閥。在泵和閥門的進口裝設管道過濾器，防止由于雜質或夾雜物造成事故。
具有著火爆炸危險的輸送管道，應配備惰性介質管線保護。可燃氣體的尾氣排放管線應用氮氣封或設置阻火器等防止火勢蔓延的裝置?；馂奈ｋU性較大的密集管網系統(tǒng)可設置可燃氣體濃度檢測報警裝置，以及時發(fā)現(xiàn)火險隱患，亦可設置水噴淋等滅火設施，以便及時撲救初起火災。