煤气化生产单元火灾扑救对策研究
赵石楠
应急管理部消防救援局昆明训练总队
摘 要:煤气化是煤炭资源转变为石油化工产品的有效技术途径，是现代煤化工核心工艺。文章简述了煤气化工艺特点，分析了煤气化生产单元的火灾危险性和火灾特性,并在此基础上，针对性的提出了煤气化生产单元火灾扑救对策。
关键词：煤化工；煤气化；火灾扑救
Study on fire fighting Countermeasures of coal gasification production unit
Zhaoshinan
Abstract: coal gasification is an effective technical way to transform coal resources into petrochemical products, and it is the core process of modern coal chemical industry. This paper briefly describes the characteristics of coal gasification process, analyzes the fire risk and fire characteristics of coal gasification production unit, and puts forward the fire fighting Countermeasures of coal gasification production unit.
Key words: coal chemical industry; Coal gasification; Fire fighting
我国能源结构呈现“富煤、贫油、少气”的特点，煤炭在我国能源结构中占有较大比重。大力发展新型煤化工产业对于保障我国能源安全、促进煤炭资源高效利用和产业转型升级、推动节能减排等都具有十分重要的战略意义。
煤气化工艺是煤炭资源转变为石油化工产品的有效技术途径, 是煤化工工程的关键工艺。[1]但近年来，煤气化生产事故频发，如南京大化煤气化装置爆炸事故、新疆广汇新能源有限公司泄漏燃烧事故，某厂气化装置烧嘴冷却水管破裂导致煤气泄漏事故等，都造成了惨痛伤亡以及巨额经济损失。对此，笔者研究了煤气化生产单元火灾特点，分析了事故处置难点，并就进一步提升消防救援队伍处置同类火灾事故能力提出了粗浅看法，以期抛转引玉。
1.煤气化工艺简介
煤气化技术属于现代煤化工最基础的工艺流程，是现代煤化工的核心关键点，也是清洁利用煤炭资源的重要途径和手段。主要由备煤装置、空分装置及气化炉装置三部分组成。备煤装置根据工艺需求对原料进行预处理得到煤粉或水煤浆，空分装置为气化炉和全厂提供O2、H2、N2等气体。在气化炉中，预处理过的煤粉或水煤浆与O2在一定温度和压力下发生化学反应转化为合成气。合成气的主要成分为CO、H2、CH4、CO2和H2S等，经变换、甲醇洗等工序，得到干净的合成气，可供后续工艺生产甲醇、二甲醚、天然气、烯烃等不同产品。
2.煤气化生产单元火灾危险性
煤气化单元是煤化工区别于石油化工的关键装置，是体现煤化工“固、液、气”三相并存、三相转化的代表性装置，也是煤化工事故灭火救援工作的难点和重点。火灾危险性主要体现在以下几个方面。
2.1生产工艺不成熟，无消防设计标准
煤化工起步晚，发展不充分，没有形成相对成熟稳定的技术、设备、规范和技术人才团队，工艺成熟度相对偏低。部分企业项目建设属于边摸索、边设计、边施工、边运行，消防安全隐患比较突出，本质安全条件不高。其次，煤气化项目建设在消防设计中多依据石油化工等标准规范，其中主要参照标准为《石油化工企业设计防火规范》（GB 50160- 2008）和《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）。[2]但鉴于现代煤化工火灾危险性，现行规范并不能完全涵盖煤化工工艺单元的消防要求，具有明显的滞后性和不适性，无法满足现代煤化工生产的消防安全需要，从而导致潜在风险大。
2.2物料三相并存，火灾危险性各不同
煤气化单元中固、液、气三相物料并存，火灾危险性各异，且灭火救援处置方法不同。固体煤粉粒径小、挥发成含量高，易发生粉尘爆炸，且在煤粉传输过程中对于管道阀门磨损、腐蚀严重，泄漏风险高。水煤浆为煤粉、水和添加剂按一定比例混合制得，具有较高的燃烧效率和一定的流动性，易发生流淌火。合成气主要成分为H2、CO、H2S、CO2等危险有害物质，爆炸极限为10.5%~75.8 %，由于温度高、压力大，一旦泄露极易发生着火、爆炸。[3]同时，CO、H2S等有毒气体易造成人员中毒。
2.3放射源较多，易发生核污染
煤气化生产单元中，因固体物料使用量大，普通料位计无法使用，因此在煤粉锁斗、渣煤锁斗、破渣机等部位设有放射源料位计。在火灾事故中高温辐射易破坏同位素放射源屏蔽保护，救援人员易受到放射源辐射危害。若发生爆炸，放射源料位计有可能被炸飞损坏，进一步扩大辐射污染范围，增加灭火救援行动风险。
2.4工艺复杂关联度高，灾情发展迅速
煤气化生产单元工艺复杂，生产条件苛刻，装置在1000 ℃以上和3.5~ 6.5 MPa条件下运行。若操作不当或设备损坏，易发生超温、超压，严重时引发爆炸、火灾事故。同时，设备和管线距离近，所含物料易燃易爆，若初期火灾控制不力，就会使火势迅速蔓延，形成立体火灾。一旦发生爆炸，容易造成附近设备损坏，引起连锁反应，造成多次连环爆炸。
2.5厂房结构特殊，灭火救援难度大
我国现代煤化工基地多邻北方产煤区域布局，因北方冬天较为寒冷，出于工艺考虑，煤气化厂房多为封闭或半封闭结构，致使厂房易聚集煤粉和各种易燃易爆气体发生火灾爆炸事故。另外，气化厂房设备较高，通常在60m以上，部分厂房高度在100m以上，同时具有化工装置和高层建筑的火灾危险性，一旦发生火灾，极易发生装置坍塌，救援人员内攻风险高，外围冷却难度大，灭火无法直击着火点，整体灭火救援难度大。
3. 煤气化装置火灾处置对策
煤气化生产装置具有易燃易爆、高温高压、有毒等特点，事故现场存在燃烧爆炸、中毒窒息、同位素辐射、低温冻伤等风险，火灾形式存在地面流淌火、装置立体火、气相喷射火、电缆管沟火等多种火灾形式。为科学、安全、高效地处置煤气化生产装置火灾事故，消防救援队伍应做好以下几个方面的工作。
3.1加强力量调集
接到报警后，应参照石油化工火灾扑救重型编队力量编成进行调集，重点加强举高喷射车、重型泡沫车、重型水罐车、泡沫输转车、远程供水系统、大流量移动消防炮的调集。化工类火灾扑救因情况复杂、扑救难度大、时间长，因此还需做好灭火剂、压缩空气瓶、饮食、医疗等战勤保障工作。同时，要联系公安、交警、生态环境、气象、医疗救护等部门到场联勤联战。指挥中心要实时跟进作战行动情况，同步推送处置要点和作战安全提醒。
需要强调的是，由于煤化工企业多位于我国西北缺水地区，且煤化工企业多布局于远离城市的地带，企业周边灭火救援依托力量薄弱，增援困难。基于此，在力量调集时要优先调集大吨位水罐车、泡沫消防车和远程供水系统，保证火场供水不中断；其次，由于煤气化厂房高度通常在50m以上，且人员登高灭火风险较大，灭火救援力量调集主要以60m以上高喷车编队为主；由于在低温甲醇洗工段存有大量甲醇，在灭火剂选型方面要优先选用抗溶性泡沫。
3.2全程监测、强化作战安全
对于煤气化生产单元灭火救援处置，消防救援人员要坚持“侦检先行、处置规范、防护到位”的安全作战理念。一是设立内、外侦查小组。内侦查小组值守生产中控室，利用DCS系统实时检测事故装置的温度、压力、液位及工艺系统上下游关联等情况，遇突然超压、温度骤升等有可能对前方处置人员造成伤亡的状况要及时向指挥部报告。外侦查小组应会同企业技术人员，在做好个人安全防护的前提下，抵近侦查，掌握事故部位、泄漏燃烧范围、装置设备受损程度等相关信息，并及时上报现场指挥部；二是根据事故现场环境和地势情况，结合风险评估，划定警戒区域，禁止无关人员、车辆进入、禁绝一切火源；
三是煤气化生产单元爆炸火灾的同时，易引发H2、CO、H2S等危险气体的泄露扩散，严重威胁现场救援人员安全。因此，应在事故现场设立化学侦检小组，携带可燃、有毒气体侦检仪器对现场进行不间断检测，全程检测有毒有害气体扩散范围和浓度，以便及时调整警戒区域和作战部署，确保现场救援人员作战安全。[4]
3.3严格落实安全防护
煤气化生产装置火灾现场往往存在多种对救援人员有较大危害的风险，各级灭火救援指挥员要高度重视现场的安全问题，切实做好“防火、防爆、防毒、防灼伤、防冻伤、防同位素辐射”的“六防”工作。
根据物料危险特性，一线作战人员要严格落实呼吸、躯干双重防护，着一级化学防护服，设置水枪协同掩护，在上风向或侧风向作战；对于煤气化厂房等有放射源同位素的现场，救援人员到场首要任务是确定同位素料位计是否安全可控，若过火熔化或炸飞，要第一时间着防辐射服，携带同位素检测仪和同位素放射源安全转移转移装置，按照先外围、后框架的顺序开展搜索清理，确保放射源安全转移后再开展灭火救援行动。[5]如果同位素料位计靠近着火部位，应尽量使用高喷车射流冷却保护，同时避免人员沾染冷却水，确保救援人员免收辐射伤害；对于低温甲醇洗工段等存在低温物料的装置处置泄漏、火灾现场作业，应着防冻服，并采取相应防冻措施避免冻伤。
同时，现场还要设置安全员和紧急救助小组，明确紧急撤离信号和路线，防止意外伤亡；利用水雾对易燃和毒害气体进行驱散稀释，防止发生爆炸和人员中毒。
3.4坚持工艺控制与消防处置相结合的原则
工艺控制与消防处置的联合应用能够有效提高事故险情的可控程度，是成功处置煤化工事故的有效手段。采用“工艺控制优先”策略，及时关阀断料，切断上游备煤及空分装置原料、阻止反应介质进入下游合成气加工工段。第一时间抢占DCS控制中心，根据灾情调整气化炉温度、压力、介质等参数，采取火炬燃烧泄压等手段，防止设备管线超压破裂，发生闪爆伤害或灾情升级。加大对气化炉水蒸气供应量，同时停止氧气供应，以惰化气化炉，有条件应利用固定或半固定氮封系统，对气化炉氮封保护。谨慎采用放空泄压手段，因超压气体易燃易爆且含CO、H2S毒性物质，控制不当易发生爆炸燃烧和人员中毒。
消防救援人员要充分发挥固定和移动消防施设效用，第一时间将灾情控制在事故部位，避免引发大面积连锁反应，超越设计安全底线，为后续处置带来困难。对于单体设备初期火灾，在关阀断料基础上，坚持以快制快的灭火战术原则 ,加强首战力量，力争快速灭火。对于多个生产单元及整套装置火灾，一般呈现立体燃烧，过火面积大，灭火救援力量应重点进行稀释分隔和强制冷却保护控制灾情发展，掩护和协助企业技术人员采取相应工艺控制措施。
3.5采取科学合理的灭火救援措施
煤粉爆炸风险贯穿于煤化工火灾扑救的全过程，其爆炸破坏性强，易发生二次爆炸，并产生有毒气体，易造成更大规模的人员伤亡。处置该类事故应利用水枪或移动水炮出雾状水进行降尘润湿，降低悬浮粉尘浓度，防止形成爆炸性“粉尘云”。沉积粉尘着火时切忌使用直流喷射的水、泡沫或其他有冲击力的灭火剂灭火，防止粉尘受冲击而悬浮引发爆炸。同时，
在厂房入口等部位架设机械正压排烟装置，防止煤粉集聚引发爆炸。
事故发生后要及时封堵装置区雨排系统、化污系统、电缆地沟等，切断可燃物料聚集扩散和外排途径，防止灾情扩大；若地下沟井发生燃烧，应采取分段堵截、高倍数泡沫灌注覆盖等方法灭火；出现地面流淌火时，应利用沙袋、水泥、混凝土等筑堤围堰，控制流淌火范围，小面积流淌火优先利用干粉扑救，流淌火范围较大时，可利用泡沫钩管和泡沫管枪组合或干粉与泡沫联用灭火。液体流淌火扑灭后，要不断补充泡沫覆盖层，人员严禁在泡沫覆盖区域活动，以免破坏泡沫覆盖层，造成复燃。
此外，合成气工段易发生H2泄漏，同时伴有CO、H2S等有毒气体，易造成爆炸和人员中毒。在处置过程中，消防救援人员首先要做好可燃、有毒气体侦检，加强个人安全防护。其次，利用喷雾水枪、屏风水枪喷射雾状射流形成水幕墙，阻止可燃气体和有毒气体流动扩散，控制灾害范围，稀释气体浓度。处置可燃气体泄漏火灾时，对于无法切断气源的可燃气体，严禁强行灭火，以免造成可燃气体扩散。进行冷却保护时禁止用直流水直接冲击泄漏部位，防止因强水流冲击造成负压回火或静电累积放电，造成爆炸。
另外，针对有毒气体，可在稀释水雾中添加碱性洗消剂，提高稀释降毒效率。洗消液要挖沟引流，设法收集处理，防止污染环境。
对于高温设备，应在关阀断料的基础上，利用雾状水流进行冷却灭火，禁止直流水直接冲击设备进行冷却，防止设备冷热不均，造成局部应力变化，导致事故扩大或发生次生事故。
3.6科学设置车辆和水枪阵地
灭火救援阵地部署应在地势较高的位置，坚持上风向或侧上风向原则，贴近厂房使用喷雾水稀释冷却。选择进攻阵地要做到能进能退，阵地设置应当兼顾二次进攻的力量部署，同时尽量避开同一工艺流程内的设备容器，避免发生意外伤害；车辆和人员严禁部署在气化厂房泄压口、泄压窗、窨井沟渠及其他薄弱部位；对受火势威胁的高大塔、釜、反应器，应分层次设置阵地，从上往下均匀冷却，防止出现冷却断层。重点冷却受火势威胁的框架结构、设备承重构件，防止结构垮塌。
4. 结束语
本文以煤气化生产装置火灾为主线，详细阐述了煤气化生产过程中的火灾特点和危险性，分析探究了灭火救援处置的难点，并有针对性的提出了处置意见和建议，为消防救援队伍在处置同类事故中的对策制定和能力提升起到一定的借鉴和指导作用。
参考文献
[1] 吴晓燕.煤气化高层厂房防火设计初探[C].中国消防协会.2014中国消防协会科学技术年会论文集，北京：中国科学技术出版社，2014：619-621.
[2] 李卫民.我国现代煤化工消防安全存在的问题及对策研究[J].安全，2019，40（6）：66.
[3] 何宁.煤化工产业火灾风险特点及防控对策[J].消防科学与技术，2017,36（10）：1465.
[4] 何宁.由“8.14”大唐多伦煤化工爆燃事故看甲醇罐火灾扑救难点及对策[J].安全，2019， 39（6）：42.
[5] 魏捍东，闫胜利，郝伟，等.煤化工事故灭火救援技术[M].北京：化学工业出版社，2019.
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