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化学工业区管廊调研及处置技术探讨

1.基本情况

1.1管廊基本情况

        化工区内的管廊分为单位内部管廊和公共管廊，单位内部管廊是各单位内部装置、储罐与以及与公共管廊连接的桥梁，是化工生产过程的重要组成部分。公共管廊是化工区内各单位连接的桥梁，是化工区内物料传输的大动脉。公共管廊公司根据化工区开发建设的需要，陆续建设了23公里的公共管廊，形成了三纵三横的网格布局，满足化工区23.4平方公里范围内客户管道铺设的需要，同时也预留了足够的空间来满足化工区今后发展的需要。公共管廊现有客户31家，建成管廊23公里，管道242根，管道总长400公里。

1.1.1管廊结构

        化工区管廊结构分为钢结构、钢混结构和框架结构三种。钢结构：管廊除基础部分为钢筋混凝土浇注外，以上部分全部为钢架结构。钢混结构：管廊主体为钢筋混凝土结构，一些小的横梁为钢架。框架结构：管廊除基础部分为钢筋混凝土浇注外，以上部分为预制的钢筋混凝土结构进行搭建。

1.1.2基本构成

       区内公共管廊以钢混框架结构居多，高度在5－15米之间，每条管廊有1－4层管架，每层管架之间的距离为约为2－4米。根据物料性质的不同分层排布，由低向高处危险等级逐步提高，相态由液向气转变，最底层为排空管、水、蒸汽和其他无化学危害性的物料。厂区内部管廊一般以工业风及原原料为主，高度在与公共管廊相似，但密集程度有所提高。

1.1.3管廊特点

（1）管道多，间距小。由于各厂区、各装置的生产性质和各装置的位置不同，所需物料各异。为满足生产需要，管廊上布满了粗细各异的各种管道，且间距狭小，转弯处较多。

（2）管道无中间阀门。化工产品在管道内传输，为减少安全隐患，管道中间一般不设计阀门，也就是说每条管道除起始端和未端有阀门外，管道中间没有阀门。

（3）管道物料难以确定。为节约空间，使管廊得到充分利用，每层管架上布有多根管道，虽然每根管道都标有物料名称，但当难以靠近泄漏或着火点时，难以确定是哪根管道发生事故。

（4）登高通道窄小，管廊作业空间小。管廊登高通道为固定直梯，每架直梯上都有环形防护网，直径为600—900mm，在佩戴空气呼吸器的情况下，上下直梯比较困难。每层管架、每根管道之间的距离空间较小，作业难度大。

（5）无固定消防设施。公共管廊沿公路设置，周围无固定喷淋、水幕、水泡等消防设施。厂区内管廊只有在靠近生产装置或罐区地段才有水泡，其他地段无固定消防设施。

1.2消防水源情况

        市政消火栓用水由化工区水务公司提供，全区共有市政消火栓466个，管径200—1000mm，压力为0.25—0.4MP，发生消防事故时，可临时提升事故点压力至0.4MP，最大流量为1740 L/S，最多能同时使用87只消火栓。河道消防取水平台有8座，可供16辆消防车取水。厂区内不有各自的消防水罐（水池），供内部消防用水。

1.3气象情况

        化工区地处北亚热带季风气候区，受冷暖空气交替影响，台风、旋风、雨涝、汛潮等灾害性天气时有出现。全区主要受东南季风影响，全年风向以偏东南风为最多，风向ESE-SE-SSE三个方位频率为27%，其次是偏东北风，NNE-NE-ENE三个方位频率为23%，偏西南风出现频率最小，SSW-SW-WSW三个方位频率仅为6%。

2管廊事故特点

2.1突发性强，不可预测因素多

        管道事故一般都是瞬间突然发生，其发生的时间和地点往往出乎人们的预料。管廊事故的发生受诸多因素影响，如管道质量因素（设计不合理、材料本身缺陷、加工不良、焊接质量低劣、阀门法兰等处密封失效等），工艺因素（高速流动介质冲击与磨损、腐蚀性物料对管壁腐蚀、高、低温物料、误操作等），外来因素（外来飞行物撞击、地基下沉、台风等），事故发生概率比较高。

2.2伤害性大，影响范围广

        一是中毒危险。管道中输送的液氨、丙烯腈、液氯等有毒物质，当其发现泄漏时，这些化学品一旦进入人的机体，会破坏细胞的正常代谢，损害人体某些组织和器官的生理功能或组织结构，从而引起一系列症状体征，造成中毒。由于各种有毒物质的危害状态不同，对人员的伤害途径也不同，会造成不同的中毒症状。如受污染的空气可经呼吸道吸入中毒，皮肤接触毒物液滴可经皮肤渗透中毒,误食、误饮染毒食物、饮水,可经消化道吸收中毒；二是爆炸危险。管道内输送的乙烯、氢气、天然气等易燃气体，在泄漏时，与空气形成混合气体，遇到明火、高温、静电等点火能量后，会发生爆炸，在极短时间内释放大量热，爆炸所产生的管道碎片、高温和冲击波直接造成周围管道的损坏和人员的伤亡，造成多根管道连环爆炸、着火或有毒物质泄漏；三是高温高压。管廊发生火灾或爆炸时，火焰高温直接烘烤周围管道，使管道内介质温度升高，压力增大，当压力大于管道所承受的极限时，就会发生爆炸事故，引起火灾，导致同一管廊不同位置出现多个火点；四是环境影响大。管廊发生事故后，所泄漏的化学物质会对空气、地面、水源等造成污染，如果泄漏的物质为有毒或易燃气体，会迅速向下风方向扩散，短时间内危险范围即可达到数十甚至数百平方公里；五是链条效应机率高。目前，资源整合及节能原则，化工园区一体化建设规模大，而作为企业相连的“桥”，管廊事故的发生，上传下递危害，易引发“点小面广”事故灾害现场，处置过程次生灾害极易防不慎防。

2.3处置难度大，参战力量多

        事故发生后，管廊前后连接的装置或罐体会产生相应的安全隐患。事故的处置，要围绕工艺断料、冷却、灭火、稀释、救人、堵漏、洗消等任务展开，其难度大，要求高，参战部门、人员多，需要公安、消防、环保、医疗、厂区技术人员以至防化部队等共同参与，联合作战。

3理论计算支撑事故处置行动决策

3.1管道泄漏事故处置理论支撑[1]

        泄漏事故处置先期处置对策一般为稀释抑爆，而园区道路管道若泄漏事故，消防部队往往是作为第一到场力量进行防爆稀释，因此消防力量到场时间对于事故规模的判定有重要意义，同时各时间段到场力量的处置规模和能力对于降低事故处置也有重要作用。其中必须考虑到道路管道泄漏极易引起爆炸或燃烧，处置力量到场前，警戒未设置，来往车辆较多，形成持续点火源，可以判断消防力量到场前，即事故发生10分钟内，道路管道泄漏极有可能发生泄漏着火。

3.2管道泄漏事故相关支撑数据公式

3.2.1消防力量到场时间

        第一到场力量一般为5-10分钟；第二到场力量一般为10-20分钟；第三到场力量一般为20-40分钟。各对应的泄漏时间即为5-10分钟、10-20分钟、20-40分钟。

3.2.2泄漏量简化计算公式[2]

3.3模拟管道泄漏事故处置

3.3.1场景设置

        假定天华路近州工路段道路管廊距地面约4m处苯乙烯管道发生泄漏，泄漏位置为距管道底部200px处，开口为长方形、面积50px×200px。

时间：上午10时；

天气：晴、东南风向3级、25℃；

苯乙烯：易燃液体、密度3.6（相对于水1）、爆炸极限1.1-6.1、低毒不溶于水。

管道压力：2Mpa

临近管道：丙烯腈、丙酮、苯酚、丁二烯、芳香烃类、乙烯、丙烯、石脑油等；

化工区支队消防力量分布：化一8辆（2辆高喷），化二9辆（2辆高喷），赛科4辆，巴斯夫3辆，拜耳3辆（1辆高喷），高化4辆，天原2辆，漕泾电厂2辆。

3.3.2理论计算（假定无点火源）

第一阶段：10分钟泄漏量为480kg，扩散半径为35m；

第二阶段：20分钟泄漏量为960kg，扩散半径为77m；

第三阶段：40分钟泄漏量为1920kg，扩散半径为130m。

3.3.3处置战术及原则

        冷却抑爆、侦查检测、管阀断料、三防一攻、上下（游）兼控。

3.3.4处置程序

（1）到场警戒（大量泄漏隔离距离610m，下风方向防护距离2700m）及不间断检测。

（2）冷却抑爆：设置三道防线，移动炮、屏风水枪、水幕水带等。

（3）上下（游）兼控：通知管线上下游单位，协同决策，工艺处置优先。

（4）关阀堵漏：一支攻坚力量配合技术人员进行处置。

（5）技术灭火：管线火灾因内部物料燃、爆、毒、窒息及相态不同，以及湿度、流速不同，需以科学为支撑，提升技术灭火能力。如：一氢气管线（压力40公斤）发生阀门泄漏起火（阀门长时间受温度），一般情况下，消防人员会冷却管线直至上下游阀门关阀，但这种处置方式会存在以下几种问题出现：一是冷却后，金属材料管线因“热胀冷缩”效应，泄漏口变大，泄漏量增加，事故不断扩大；二是企业一般为在线作业，如随意关阀致上下游的管线压力和物料变化，企业运转设备工艺参数变化，易引发爆炸燃烧；三是如企业停车，至处置时间长、企业损失大。因而，我们可以结合现场实际情况，采取预先使用惰性气体或窒息式氮气、水蒸汽在泄漏口置换泄漏物，再使用干粉（化学抑制原则，无冷却效果）灭火，然后厂方进行临时堵漏，减小泄漏量，最后由专业堵漏人员制作匹配的堵漏设施进行在线处置。这种处置可以避免以上提到的常规处置弊端。

（6）不间断冷却、管线放空、洗消收残。

3.3.5力量布置

3.3.6力量判定

        天华路及州工路消防水管网为600mm和800mm，供水量为432L/s、768L/s，假定单车用水为40L/s,可停靠40辆消防车，距州工路1km处（中央银河）有天然水源。

（1）35m扩散半径：第一到场力量（化二、化四、赛科、高化、天原）时间5-10分钟，水罐泡沫10辆，高喷2辆。燃烧爆炸危险高，消防力量到场后做好个人防护、不间断检测及警戒后，设置三道防线。

（2）77m扩散半径：第二到场力量（化一、拜耳、巴斯夫）时间10-20分钟，水罐泡沫8辆，高喷3辆，目的增大保护范围，加大冷却抑爆能力。

（3）130m扩散半径：第三到场力量，总队指挥中心需至少调配23辆消防车（1倍于先期到场力量），最好调大功率供水车以满足较大用水（吸天然水源），若发生泄漏燃烧爆炸则调集46辆消防车（2倍于先期到场力量），目的增加供水能力，继续增大保护范围，加大冷却抑爆能力。

4小结

        上海化学工业区一体化建设，在体现资源共享、节能共利的同时，作为企业之间的连接体，管廊事故发生，对引发链锁事故发生机率大大提升，所以对管廊了调研及精确计算，能为管廊事故的处置提供科学指导。

参考文献

[1]GB50160-2008,石油化工企业设计防火规范.北京:中国计划出版社，2008.15-27

[2]孙祥海编著.流体力学.上海：上海交通大学出版社，2000.35-115