液化石油气的防火防爆.docx
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液化石油气的防火防爆
液化石油气的防火防爆
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一、爆炸概述
可燃物质引起燃烧和爆炸的条件是：
①可燃物质在空气中的浓度在着火浓度（或爆炸极限）之内；
②有点火源。
在一定的着火浓度下，闪点越低，越易发生燃烧，其火灾危险性就越大。
根据闪点高低，油品的闪点（珞）分为二类四级。
即
一类一级 tF＜28℃
一类二级 tF=29～45℃
二类三级 tF=46～120℃
二类四级 tF≥121℃
一类油品叫做易燃液体，二类油品叫做可燃液体。
《建筑设计防火规范》（GN16—87）对生产的火灾危险性分类已做出明确规定，根据液化石油气的主要特征（表4-24），表明液化石油气储配站火灾危险性属于甲类。
因此，从事这项工作的工人和工程技术人员，必须严格掌握安全防火、防爆基本知识，并制定预防事故发生的必要措施。
表4-24低级烃的着火特性
序号
介质分子式
大气压下液体沸点/℃
液体的闪点/℃
气体自动着火温度/℃
在空气中的爆炸极限/%
1
CH4
-161.5
-175
595
5.3～14
2
C2H6
-88.6
-125
510
3.1～12.5
3
C3H8
-42.3
-105
468
2.1～9.5
4
nC4H10
-0.5
-60
365
1.8～8.5
5
iC4H10
-11.7
-83
500
1.8～8.5
6
C3H6
-47.7
-180
453
2～11.1
7
aC4H8
-6.1
-80
440
1.6～9.3
8
γC4H8
-6.9
-72
465
1.8～8.8
如果将油品预热到很高的温度，然后使它与空气接触，即使在无火源的情况下，它也可能剧烈地氧化而发生燃烧，其自燃时的最低温度称为自动着火温度（或自燃点）。
油品的沸点愈低则愈难自燃，即其自动着火温度愈高。
通常测定可燃液体的燃点时，是使可燃液体表面上的蒸汽和空气混合物与火接触，能使之燃烧不少于5s的温度称作其燃点。
由于液化石油气的比重大于1，容易积聚于低洼或死角处，与空气混合形成爆炸性混合气体，加之闪点及燃点较低，所以遇明火而发生火灾的危险性极大。
火灾往往都是由于燃烧失控而引起的。
若火势较大而又急救不及时，就可能产生次生灾害。
如由于燃烧传热量过大，温度急剧上升使容器内液化石油气液相体积极度膨胀导致容器破裂，或容器内压升高到安全阀，气态液化石油气大量释放，事故就必然蔓延。
显然，消防工作的重点应放在平时消除隐患，并分区设防、配备精干机动灵活的灭火设备，以便尽可能在局部范围内控制火源，避免火势蔓延成灾。
爆炸和燃烧可相伴而生，以燃烧的角度来看，爆炸是可燃物在一定条件下，发生迅速的氧化反应，发出高热和火光，反应的气体受高热作用下，体积猛烈膨胀，产生强而有力的冲击波，继而发出巨响，其破坏力甚至足以摧毁建筑物。
例如，液化石油气由液体汽化成气体，其体积膨胀近250倍。
然后可能与空气混合形成爆炸下限为2%的混合气。
由此推算，该爆炸混合物的体积可达原液态液化石油气体积的12500倍，若外加由于燃烧温度急剧升高引起体现膨胀的因素在内，爆炸所产生的后果将是灾难性的。
虽然爆炸事故的发生难以预料，但是可以采取一定措施，消除引起爆炸的诱发因素，从而有效避免爆炸事故的发生。
二、液化石油气的爆炸特性
1.爆炸
物质从一种状态骤然转变成另一种状态，并在瞬间释放出大量的能量，同时产生巨大声响的现象称为爆炸。
液化石油气爆炸可分为物理性爆炸和化学性爆炸两种。
（1）物理性爆炸 这种爆炸是由物理变化引起的。
爆炸原因往往是由于容器内部介质的压力超过了容器所能承受的强度，致使容器破裂，内部介质在瞬间膨胀，并以高速度释放出内在能量。
物质在发生物理性爆炸前后的成分和性质均不改变。
储罐或钢瓶内的液化石油气，受高温膨胀而引起的容器胀裂爆炸；锅炉超压爆炸等都属于物理性爆炸。
（2）化学性爆炸 这种爆炸是由于物质发生极迅速的化学反应，产生高温、高压反应混合物而引起的爆炸。
当储罐或钢瓶破裂时，内部的液化石油气迅速蒸发、膨胀，并与周围的空气相混合，形成可燃性混合气体，极易达到爆炸极限，一旦遇到火源，便立即发生化学性爆炸。
其实质是高速度的燃烧，从而产生出大量的高温燃气向四周扩散，并引起附近的可燃物质燃烧。
化学性爆炸常常伴随火灾的发生，破坏力更为巨大。
物质在发生化学性爆炸前后的成分和性质均发生了根本的变化。
2.爆炸极限
液化石油气各组分的爆炸极限见表4-25。
表4-25液化石油气各组分的爆炸极限 单位：
%，体积分数
名称
爆炸下限
爆炸上限
在空气中完全燃烧时理论含量
名称
爆炸下限
爆炸上限
在空气中完全燃烧时理论含量
丙烷
2.37
9.50
4.02
丁烷
1.86
8.41
3.12
丙烯
2.00
11.10
4.44
丁烯
1.70
9.00
3.37
确定爆炸浓度极限的实用意义如下所述。
①评定气体或液体蒸汽的火灾危险性大小。
可燃气体或液体蒸汽的爆炸下限越低，爆炸范围越大，则火灾危险性愈大。
例如，汽油的爆炸极限约为1.7%～7.2%，液化石油气爆炸极限约为1.5%～9.5%，氨气的爆炸极限为15%～27%，火灾危险性的顺序则为：
液化石油气＞汽油＞氨气。
②划分可燃气体等级的依据。
爆炸浓度下限低于10%的可燃气体属于一级可燃气体，爆炸浓度下限高于10%的可燃气体属于二级可燃气体。
如液化石油气属一级可燃气体，氨气属二级可燃气体。
③评定气体生产、储存，火灾危险性类别，选择电气设备的依据。
三、液化石油气站用电场所爆炸危险等级和范围的划分
爆炸和火灾危险场所的等级，按其物质状态的不同和发生事故的可能性及危险程度划分为三类八级。
根据发生事故的可能性和后果及危险程度，在《电力装置设计规范》中，将爆炸火灾危险场所划分三类八级，见表4-26。
表4-26爆炸火灾危险场所等级划分
类别
分类场所
级别
分级场所
第一类
气体或蒸汽爆炸性混合物的场所
O-1级
在正常情况下能形成爆炸性混合物场所
O-2级
正常情况下不能形成，仅在不正常情况下才能形成爆炸性混合物场所
Q-3级
在不正常情况下整个空间形成爆炸性混合物的可能性较小，爆炸后果较轻的场所
第二类
粉尘或纤维爆炸性混合物的场所
G-1级
正常情况下能形成爆炸性混合物（如镁粉、铝粉、煤粉等与空气的混合物）的场所
G-2级
正常情况下不能形成，仅在不正常情况下能形成爆炸性混合物的场所
第三类
火灾危险场所
H-1级
在生产过程中产生，使用、加工储存或转运闪点高于场所环境温度的可燃物体，而它们的数量和配置能引起火灾危险的场所
H-2级
在生产过程中出现的悬浮状、堆积可燃粉尘或可燃纤维，它们虽然不会形成爆炸性混合物，但在数量上与配置上能引起火灾危险的场所
H-3级
有固体可燃物质，在数量上和配置上能引起火灾危险的场所
液化石油气站属于第一类，即可燃气体、易燃或可燃液体的蒸汽与空气形成的爆炸性混合物场所。
液化石油气站用电场所爆炸危险等级和范围，主要根据其液化石油气场所配置设备情况、设备泄漏和扩散情况以及自然通风条件等因素划分。
1.Q-1级场所
在正常情况下，爆炸性混合气体连续地、短时间频繁地出现或长期存在的场所。
在液化石油气站Q-1级场所原则上是不存在的。
只有Q-2级场所中比地面低洼，易积存液化石油气的部位，可视为Q-1级场所。
2.Q-2级场所
在正常情况下，爆炸性混合气体可能出现的场所。
①封闭式的灌瓶间及附属瓶库、压缩机室、烃泵房、汽车槽车库、储罐室气化间、混气间、调压室。
瓶装供应站的瓶库、瓶组间等建筑物的内部空间。
②敞开式或半敞开式灌瓶间的内部空间，以及敞开面向外水平距离15m以内和敞开面高度以下的空间。
③敞开式或半敞开式的灌瓶间附属瓶库、压缩机室、烃泵房汽车槽车库、储罐室、气化间、混气间、调压室、瓶装供应站的瓶库、瓶组间等内部空间，以及敞开面向外水平距离7.5m以内和敞开面高度以下的空间。
④铁路槽车和汽车槽车装卸口以外水平距离15m和装卸口2m以下的空间。
⑤储罐和容器安全阀口和排污阀口以外以3m为半径的空间。
⑥储罐、容器和管道上阀门1m以内的空间。
⑦Q-2级场所中比地面低洼，易积聚液化石油气的部位。
3.Q-3级场所
在正常情况下，爆炸性混合气体不能出现，仅在不正常情况下偶尔短时间出现的场所。
①2第①项所列封闭式建筑物以厂房为界，在自然通风良好的条件下，通风室外的门、窗开口垂直高度和水平距离1m内的空间。
②2第②项建筑物Q-2级场所以外，水平距离7.5m以内敞开面高度以下的空间。
③2第③项所列建筑物Q-2级场所以外，水平距离7.5m和敞开高度以下的空间。
④铁路槽车和汽车槽车装卸口Q-2级场所以外，水平距离3m以内和装卸口高度2m以下的空间。
⑤露天设置的储罐，容器和设备自外壁以外水平距离和垂直距离3m以内的空间。
当设有防护墙时，还包括防护墙高度以内的空间。
⑥储罐和容器安全阀阀口和排污阀阀口Q-2级场所以外，以3m为半径的空间。
⑦2第⑥项Q-2级场所以外，3m以内的空间。
4.无爆炸危险场所
①使用液化石油气或残液作燃料的锅炉房内部空间。
②使用液化石油气的厨房。
5.与爆炸危险区域用有门的墙隔开时，相邻场所等级划分
如表4-27所示。
表4-27与爆炸危险区域相邻场所的等级划分
危险区域等级
用有门的墙隔开的相邻场所
备 注
一道有门的墙
两道有门的墙（走廊或套间）
隔墙上的门应是非燃材料制成，且有密封措施和自动关闭装置（如弹簧等），两道隔墙门框净距不应小于2m
Q-1
Q-2
Q-2
Q-3
无危险场所
Q-3
无危险场所
四、防爆电气设备的选择
防爆电气设备可分六种类型，与其相应的标志如表4-28所示。
爆炸性混和物在标准试验条件下，按其传爆能力可分4级（只适用于隔爆型），如表4-29所示。
所谓传爆能力是指爆炸性混合物对爆炸的传播能力，通常用使它们不能连续传爆的最大狭窄间隙的尺寸来表示。
这与燃烧过程火焰传播时，在孔口出流孔径小于极限值的情况下，火焰就不能再继续传播的意义相仿。
爆炸性混合物在标准试验条件下，按自然温度可分为5组，如表4-30所示。
这样，可将爆炸性混合物按分级分组情况编排，如表4-31所示。
表4-28防爆电气设备新旧类型标志对照表
类型
标志
类型
标志
旧
新
旧
新
—
充砂型
—
q
防爆安全型
增安型
A
e
—
无火花型
—
n
隔爆型
隔爆型
B
d
安全火花型
本质安全型
H
i
防爆充油型
充油型
C
o
防爆特殊型
特殊型
T
s
防爆通风、充气型
通风充气型
F
p
注：
1.旧类型在标志前加“K”字者为煤矿用防爆电气设备。
2.新类型标志“Ⅱ”者为工厂用防爆电气设备；标志“Ⅰ”者为煤矿用防爆电气设备。
表4-29爆炸性混合物的级别
级别
试验最大不传爆间隙σ/mm
级别
试验最大不传爆间隙σ/mm
1
1.0＜σ
3
0.4＜σ≤0.6
2
0.6＜σ≤1.0
4
σ≤0.4
表4-30爆炸性混合物的分组
组别
爆炸性混合物的自燃温度T/℃
组别
爆炸性混合物的自燃温度T/℃
a
450＜T
d
135＜T≤200
b
300＜T≤450
e
100＜T≤135
c
200＜T≤300
表4-31爆炸性混合物分级分组举例
组别
a
b
c
d
e
1
甲烷、氨、乙酸、乙烷、丙烷、丙酮
丁醇、乙酸酐、丁烷
环乙烷、戊烷、乙烷、庚烷
乙醚
2
苯乙烯、氯乙烯、苯、氯苯、甲醇、甲苯、一氧化碳、乙酸乙酯
乙酸丁酯、乙酸戊酯
辛烷、癸烷、硫化氢、汽油
乙醛
3
城市煤气
环氧丙烷、环氧乙烷、丁二烯、乙烯、1,4-二氧基乙烷
异戊二烯
4
水煤气、氢
乙炔
二硫化碳
防爆电气设备除了按上述类型、级别、组别标识在铭牌上之外，还必须在设备的明显处有清晰的凸纹标志。
仪器和仪表允许采用非凸纹的永久性标志。
标志方法为：
类型、级别、组别均按主体和部件的顺序标出。
当无隔爆型或安全火花型部件时，则级别标以“0”。
例如，主体为隔爆型3级b组，部件为安全火花型Ⅱ级b组，应标以“BH3Ⅱb”。
液化石油气储配站生产区选用的电气设备，均采用隔爆型防爆电气设备。
由于电气设备多已形成系列产品，并非每个级别都有定型产品可选，故在城市燃气系统中只能选用不低于3级a组防爆级别的电气设备。
例如电动机，通常工厂使用BJO2系列隔爆三相异步电动机较多，它是由J02型派生的一般用途隔爆型三相异步电动机，它的产品防爆级别主要有KB、B2d、B3d三种。
它们分别适用于三种情况下：
①KB型适用于煤矿及工厂，在1级a、b、c和d组场所的设备上；
②B2d型适用于工厂在1、2级a、b、c和d组场所的设备上；
③B3d型适用于工厂在1、2、3级a、b、c和d组场所的设备上。
可见，在液化石油气储配站生产区内使用的电动机应选B3d型防爆级别的。
其他的电气设备（如启动器），也应选用相应等级的产品。
对于照明用灯，由于安装位置较高，在局部或全部敞开的瓶库（或瓶棚）内部距地面高度2m以上，可按Q-3级选用，既可用隔爆型，也可用防爆型；而灌瓶间内照明灯仍需采用隔爆型。
五、静电及其预防
1.静电原理
两种物质相互摩擦，互相紧密接触再分离，发生电感应或电解作用，均会引起电子转移而产生静电。
静电产生的结果，就使丢失电子的物质带正电，而获得电子的物质带负电。
当具备一定条件时，带不同种静电电荷的物质之间就会发生放电现象，谓之静电火花。
静电的产生不仅不易觉察，而且测试和控制措施都不是绝对有把握的，以致找不到原因的火灾发生后，很难根据残痕分析来判定是否由静电引起的。
液化石油气生产场所，通常有以下情况易产生静电火花。
①液化石油气从小孔喷出，喷出介质和喷嘴均会带静电，介质中的悬浮杂质颗粒的空间电荷尤为明显，当它碰到绝缘物或无接地导体时，则该导体就接受空间电荷而带电，电位随之不断升高。
另外，当介质喷入密封容器内，则容器内由于空间电荷浮游，也会促使电荷密度上升，导致放电。
此时，若容器接地不良，也会带电（反极性电），问题不在于容器带正电或负电，而在于电位的高低。
②设备互相撞击及与地面摩擦，甚至带钉鞋与地面摩擦时都有可能产生静电火花。
③管道及设备接地不良，又在液化石油气高速流动的情况下，由于摩擦产生的静电不易及时导出，则静电积聚可能产生高达数千伏的危险电压。
管道带电现象，尤以高分子材料的管道表面电位升高最为显著。
④用泵向容器内灌注液化石油气时，流动中带电的液体将电荷带入容器内而引起电荷积聚。
⑤用传动带驱动的泵和压缩机，在运行中的皮带会带电，其电位往往会高达20kV以上。
⑥穿着衣物（尤其是化纤衣料、织物）、人身摩擦均会引起静电产生，但植物棉织品有吸湿性，不必担心带电。
人体带电实例，如表4-32所示。
表4-32人体带电实例
摩擦方式
人体电位/V
在尼龙地毯上穿新皮鞋快步走
-2700
穿新皮鞋慢步走
-2400
穿心的合成底鞋慢步走
-2900
在油地毡、合成树脂花砖或大理石上行走，穿化纤上衣坐在人造革面沙发上
1000～1500
坐着微微颤动时
10000
从沙发上站起时
10000
与喷出的带电蒸汽接触时
5000
脱去化纤上衣时
5000
静电火花能否成为点源，取决于物体之间的电位和放电过程中放出的能量。
一般计算导体处于绝缘状态时的电位和释放静电能量的公式为：
式中V—一物体的静电电位，V；
Q—一物体积聚的电荷，C；
C—一带电体的电容，F；
W—一导体内积聚的静电能量，J。
由于导体要放电，就将其积累的静电能量全部释放出来。
若该能量超过可燃气体的最小着火能量，可燃气体和空气混合物就可能被点燃。
通常，积聚电荷（Q）是很难测出的，电位（V）可用静电电压表测定，静电电容（C）可用下式做近似计算。
导体在空间处于“孤立”状态（视作孤立球状导体）时，
C=4πεε0r （4-9）
导体与大地或接地物体接近（视作两板相对平行）时，
式中C——静电电容，F；
ε0——真空介电常数，ε0=8.85×10-12（F/m）；
ε——空间物质相对介电常数，对空气ε≈1；
r——球状导体半径，m；
A——对向面积，m2；
L—一两板间距，m。
各种燃气体的最小着火能量如表4-33所示。
由此可见，可燃气体最小着火能量是很小的，积聚起来的静电能量很容易达到该值，应引起足够的重视。
通常认为带电体
表4-33可燃气体的最小着火能量的静电电位低于300V时是安全的。
人体遭静电电击，偶有强烈的打击感（V＞6kV，W＞2mJ时），但不可能达到致命的地步。
表4-33可燃气体的最小着火能量
级别
可燃气体种类
浓度（在空气中）/%
最小着火能量/mJ
级别
可燃气体种类
浓度（在空气中）/%
最小着火能量/mJ
10-6
J级
二硫化碳
6.52
0.015
10-4
J级
丙烷
4.02
0.31
氢
29.5
0.019
乙醛
7.72
0.376
乙炔
7.73
0.02
正丁烷
3.42
0.38
乙烯基乙炔
4.02
0.082
丁酮
3.67
0.53
乙烯
6.52
0.096
四氢呋喃
3.67
0.54
苯
2.71
0.55
乙酸乙烯酯
4.44
0.70
氨
21.8
0.77
10-4
J级
环氧乙烷
7.72
0.105
10-3
J级
丙酮
4.97
1.15
丙炔
4.97
0.152
三乙氨
2.10
1.15
1,3-丁二烯
3.67
0.17
异辛烷
1.65
1.35
1,2-环氧丙烷
4.97
0.19
甲苯
2.27
2.5
吡咯
3.83
3.4
甲基氰
7.02
6.0
甲醇
12.24
0.215
呋喃
4.44
0.225
甲烷
8.5
0.28
丙烯
4.44
0.282
乙烷
6.0
0.31
2.防静电措施
从静电产生的原理可知，引起静电着火或爆炸必须具备以下条件
①有静电源；
②静电得以积聚，并达到足以引起放电的电位值；
③可燃混合物的存在，以及导体释放静电能量大于其周围可燃混合物的最小着火能量。
针对挚些石油气生产场所的工艺设施、设备及其操作过程，应该有意识地采取相应的措施，大致归纳如下：
①设备接地良好，接地电阻值小于100Ω，与防雷设施共用时，则取小于10Ω；
②严禁使用高绝缘材料，使用塑料、胶管时，应加上金属屏蔽网；
③厂房内防爆电动机使用传动皮带时，其导静电性能应良好；
④装卸作业应克服小孔漏泄，控制介质流速和压差不应太高；
⑤建、构筑物使用不发火花地面、地面不应铺绝缘材料，地面漏泄电阻应小于1000Ω：
⑥生产场所应保持良好通风及室内空气湿度（宜在50%左右）；
⑦文明操作，避免容器及设备撞击；
⑧严格遵守规章制度，控制人员流动，衣着及劳动保护用品要符合防静电要求。
六、防雷及其措施
1.雷电的危害
雷电是一种自然现象。
众所周知，水蒸气和强烈气流形成了雷云，随着电荷的积累，雷云的电位逐渐升高。
当带不同电荷的雷云互相接近到一定距离，或雷云与地面凸起物接近到一定程度时，便发生激烈的放电，出现强烈的闪光。
由于放电时温度高达2000℃，空气受热急剧膨胀，发生爆炸的轰鸣声。
这就是闪电和雷鸣。
雷云和大地之间的放电称为直击雷。
此外，还分有感应雷、雷电侵入波和球形雷等几种雷电现象。
雷电有很大的破坏力，有多方面的破坏作用。
雷击房屋、线路及电力设备等物体时，会产生雷电过电压，将这些物体烧毁，引起火灾和电力设备触漏电事故。
雷电所波及的范围内，会严重损坏设备和危及人身安全。
因此，对具有易燃、易爆特点的液化石油气储配站来讲，采取相应的防雷措施尤为重要。
2.防雷电装置
防雷击的基本方法是将雷电电流通过适当的通道引入地下，避回累针、避雷线、避雷网、避雷带、避雷器都是经常采用的防雷装置。
一套完整的防雷装置包括接闪器、引下线和接地系统。
①接闪器是利用其高出被保护物的突出高度，把雷电引向自身，并通过引下线和接地系统，使雷电流入大地，使被保护物体免受雷击。
避雷针、避雷线、避雷网、避雷带以及建筑物的金属面都可作为接闪器。
②避雷器并联在被保护设备或设施上，正常时处于不通状态，当有雷电时，击穿放电，切断过电压，发挥保护作用。
过电压终止后迅速恢复不通状态，保护正常工作。
避雷器有保护间隙、管形避雷器和阀形避雷器之分，主要用于保护电力设备，也用作防止高电压侵入室内的安全设施。
③引下线是雷电电流进入大地前的通道，应满足机械强度、耐腐蚀和稳定的要求。
引下线的截面积一般不应小于48mm2。
引下线应沿建筑物的外墙敷设，并应避开建筑物的出入口和行人容易接触的地点。
引下线应尽量短而直。
④接地系统的作用是排放雷电电流，其性能主要取于它的流散电阻。
流散电阻越小，雷电电流排放越快。
由于引下线电阻很小，往往忽略不计，接地电阻一般可认为等于流散电阻。
接地系统通过冲击电流时的接地电阻称为冲击接地电阻。
3.雷电的破坏
雷电是自然界的空间放电现象，其本质与生产过程中所产生的静电是一致的。
雷击放电电压可高达数千千伏，其破坏力是巨大的。
它的破坏作用大致可分三个如下方面。
①对电气设施、设备的破坏，如造成绝缘损坏、短路而失火；造成高压窜入低压或设备漏电而引起触电事故；巨大的雷电电流直接顺着导体流入地下，导致触电伤亡，甚至雷电直接破坏电网、电路而造成
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