氢工艺危险性及初期处置要点

余程平

摘要：随着我国化工技术的不断发展，加氢技术在各生产领域进行了大面积的开发与推广，尤其是在石油化工和精细化工等行业中得到了较为广泛的应用。加氢工艺属于国家重点监管的危险工艺，一旦发生泄漏或燃爆事故，将会造成灾难性后果。笔者通过分析加氢工艺的危险性，提出该类型事故的初期处置要点，供大家参考。

关键词：加氢工艺;火灾危险性;初期处置要点

中图分类号：X932       文献标识码：A       文章编号：2096-1227（2021）04-0046-02

一、加氢工艺

加氢工艺指的是将氢加入到其他化合物中，从而实现精制、催化、裂化等反应的工艺或技术，如人们常见的氢气压缩机、加氢反应器均属于加氢工艺。

（一）加氢工艺类别。加氢工艺包含了多种工艺类别，如含氮化合物加氢、含氧化合物加氢、芳烃加氢、烯烃的三键和双键加氢、油品加氢等。

（二）加氢工艺特点。加氢工艺具有放热反应强和易燃易爆等特点，其中，加氢工艺放热反应强，主要是因为其在高温高压环境下作业，并且，能接触钢材和钢材内的碳分子发生反应生成碳氢化合物，从而放出大量的热量。加氢工艺易燃易爆特性一方面是由氢气本身的特性所决定的，另外，工藝生产过程中，氢气与其他物质未发生完全反应或其他催化剂的再生作用也易导致其发生爆炸。

（三）加氢工艺参数监控。因加氢工艺危险性极高，为保障该项工艺生产顺利和安全进行，就需要强化该项工艺参数监控，如对氢气压缩机运行参数、氢气流量、系统氧含量、催化剂床层的压力和温度等进行严格控制。

（四）加氢工艺安全控制，为保障加氢工艺生产安全运行，需全面做好该工艺的安全控制，如在系统中增设安全设施（如爆破片、安全阀等）、联锁和反应物料的比例控制装置、压力和温度联锁和报警装置、氢气检测报警装置、循环氢压缩机停机联锁和报警装置等。

二、火灾危险性分析

加氢反应为强放热反应，且工艺过程大多是在高温高压下进行，加之氢气及大部分物料、产品、中间产物具有易燃易爆、有毒腐蚀等危险性，一旦出现泄漏，极易引发火灾或爆炸事故，造成重大人员伤亡。

（一）物料固有的危险性

1.火灾危险性。一是氢气极易燃，其引燃温度为400℃，在空气中的最小点火能量为0.019mJ，遇火星、高热易发生燃烧。二是加氢工艺采用的物料主要有一氧化碳、乙二腈、硝基苯、环戊烯、环戊二烯、苯、萘等，这些物质均具有易燃可燃特性，并且，该工艺生产中加入的雷尼镍等反应催化剂也属于易燃物质，从而导致该工艺存在较高的火灾风险发生率。三是加氢工艺在反应过程中生成的氨气、硫化氢等产物也属于可燃物质。

2.爆炸危险性。氢气与不少物质混合均会发生爆炸，如氢气与氟气、一氧化碳混合均易发生爆炸。另外，将氢气加入到苯酚加氢制环己醇、苯加氢制环己烷等加氢工艺中，工艺操作不当，引发氢气泄漏，也易发生爆炸。

3.中毒及腐蚀危害性。一是毒害性。加氢工艺中，加入的苯酚、甲苯等芳香烃为中低毒性物质。二是腐蚀性。氢化反应大多在高温高压下进行，氢可以对设备钢材产生腐蚀，出现钢脆现象;在石油化工中加氢精制多伴随脱硫脱氮过程，产生的副产品硫化氢、氨气等物质均有腐蚀性。

（二）工艺过程的危险性

1.氢蚀氢脆现象损害。氢蚀是指钢材长期与高温高压的氢气接触，氢原子或氢分子与钢材中不稳定的碳化物发生化学反应生成甲烷，使钢材产生鼓泡、裂纹，并使钢材强度和韧性下降。而氢脆是由氢本身引起的钢材脆化现象，当温度超过300℃和压力高于30MPa时，会造成钢材的延伸率、断面收缩率、冲击韧性显著下降。氢脆是一次脆化，是可逆的，而氢蚀是永久性脆化，是不可逆的。

2.装置存在质量缺陷。一是加氢生产装置、容器、管线等若存在质量问题，出现跑、冒、滴、漏现象，使可燃气体或蒸汽与空气混合形成爆炸性气体，达到爆炸极限，遇火源发生化学性爆炸。二是加氢反应是气相或气液相反应，设备操作压力大多为高压甚至超高压，若反应器本身、管线焊缝和法兰连接处等受外力破坏或高温烘烤，使温度升高和压力增大，材质耐压性下降，都会引发物理性爆炸。

3.工艺操作监管不当。加氢工艺技术复杂，操作要求高，且多在高温、高压条件下进行，若在生产过程中人为操作不当或重要设备发生故障，极易造成反应物反应不充分、受热不均匀以及管式反应器堵塞等情况，从而会引起反应器温度和压力急剧升高，或是反应器的局部温度升高产生热应力，导致反应器泄漏引发爆炸。

三、事故初期处置要点

加氢工艺事故的危险性主要在于大量氢气存在于各种容器及管线之中，若温度、压力失衡则易引发泄漏，加之氢气燃烧时不易察觉，且爆炸极限较宽;因此，在事故初期，科学的力量部署和正确的处置措施对事故初期的控制最为有效，也为后期处置提供有力的保障。

（一）灾情信息获取

1.企业技术人员或知情人均在场的情况下。（1）确定着火事故的设备种类，装置的主要生产工艺流程类型、主要着火材料类型及其主要产品的着火性质，装置工艺流程和其主要产品的着火控制参数，着火部位和生产工艺相互直接关联的工艺流程、管线的运行走向，邻近的着火设备、容器、贮存罐、管架等在物体受到冲击着火时的严重损害程度，事故后着火装置设备所在的着火控制范围区域等。（2）通过实地勘查调取收集装置平面图、工艺流程图、企业各个主要生产经营单元的关键设备结构布局立体结构图、事故安装部位及其他重要关键设备的整体结构图、公用建筑工程中的管网结构图等等作为企业基础收集材料，实地调查核对调取有关企业事故部位安装装置部位、其他重要关键设备控制点的现场情况信息，从了解事故部位安装装置部位的风险出现情况角度进行入手，分析和准确判断各类风险发生事件的发展趋势。

2.企业相关人员都不在场的情况下。一是询问报警人和现场知情人员，经询问仍无法确定灾情的情况下，在企业门卫处或车间操作间（按规定此处必须放置）可调取企业《危险化学品安全生产事故综合应急预案》，在预案中查询企业涉及的危化品信息。二是根据气象仪或企业内的风向标可以测定和观测事故现场的风力和风向;根据事故企业现场重大危险源或危化品的标识标牌获取涉事危化品的基本信息，如危险化学品安全标签、化学品作业场所安全警示标志、危险化学品安全周知卡、危险化学品安全技术说明书等。

（二）现场初期管控

根据初期获取的灾情信息及现场仪器侦检结果，对现场实施初期管控。一是确定初始隔离距离和人员疏散范围。加氢装置若发生小量泄漏，初始隔离距离至少为100m，若大量泄漏时不得少于800m，具体应根据现场情况而定。二是落实救援人员防护等级。按照相关规定，所有处置人员必须分级、分区域穿戴各型防护服，并正确使用个人防护装备。三是实施现场警戒。初步划定警戒区域，在上风口方向设置出入口，严格控制人员和车辆管控;并搭建临时洗消帐篷，进行简易洗消。四是设置现场安全员。在便于监测事故区域的制高处位置设立观察哨，发现紧急或危险情况，立即发出撤离避险信号，严防二次事故发生。

（三）分类分级处置

在加氢装置事故中，初期表现形式主要为泄漏、火灾或爆炸，而爆炸事故又多因泄漏或火灾引发;同时，泄漏事故可分少量泄漏和大量泄漏，火灾又分单点燃烧和全面燃烧。因此，应实施分类分级处置。一是泄漏事故。根据侦检器材确定的隔离疏散距离，注意车辆停靠位置和个人防护，消除一切点火源，并在泄漏区域利用开花水枪稀释。工艺处置后，若已具备堵漏条件的可以实施堵漏，且必须使用防爆工具，同时对作业人员进行掩护;若无法进行堵漏时，应在下风向设置水幕屏风减小扩散范围，配合技术人员进行工艺处置。二是火灾事故。加氢装置火灾事故的初期处置采取紧急泄压最为有效（紧急泄压与安全阀的作用不同），同时根据企业消防管网供水能力合理部署作战力量，并为增援力量留有足够的位置空间。若为初期火灾且无扩大或爆炸危险，在企业已实施有效的工艺处置后，应集中力量进行灭火;若火势较大且无法采取工艺措施时，则首要任务是控制燃烧，冷却保护邻近受威胁的设备或装置，严防二次事故的发生，待增援力量到场后再一举消除灾情。

（四）安全风险防范

1.防爆炸。一是爆炸的前兆。①加氢反应器、高压分离器等高压设备发生异常响声时可能发生爆炸;②可燃气体、易燃液体大量扩散，侦检值达到爆炸极限时随时可能爆炸;③压力设备、容器、管道等燃烧火焰由红变白或变形严重时可能爆炸;④储罐、反应器等设备受火势烧烤，发生抖动并有嗡嗡声响时即将爆炸。二是预防措施。①选择安全的停车位置。车头应朝着便于撤退的方向，不要停在地沟上或危险的管线下面以及高压换热器封头的两端，并利用建（構）筑物作为掩体，保持必要的安全间距;②选择安全的进攻阵地。利用地形地物和建（构）筑物的承重结构作为掩护，选择便于进攻、便于撤退的阵地;③利用遥控炮、自摆炮等先进装备设立无人阵地;④确保不间断供水。确保火场不间断供水是预防爆炸的关键，组织好火场供水可使将要爆炸的设备得到及时可靠的冷却，防止发生爆炸。

2.防中毒。一是对有毒区域划出警戒区，警戒范围一般为毒物扩散半径的两倍，非救援人员严禁进入;二是在泄漏区四周，尤其是下风口设立有毒气体检测点，划定超标区域，严禁未佩戴防护装备的人员进入;三是救援车辆停在上风或侧风方向的警戒区外，救援人员必须配戴空气呼吸器等防护器备，确保自身安全;四是利用工艺技术切断毒源，必要时组织攻坚组排除毒源;五是针对毒物性质，选用灭火剂，吸收或降低其毒性;六是救援任务结束后，应对所有参与救援的人员及车辆装备进行清洗、消毒。

3.防高温。人体承受高温辐射强度是有一定限度的，当辐射热小于1200kcal/㎡·h时，为安全辐射强度;若超过5400kcal/㎡·h时，8s就有头痛感，20s后皮肤开始起泡。其预防方法如下：一是屏幕水枪阻隔。当车辆离火场较近时，可用屏幕水枪出水掩护;二是喷雾降温。用喷雾水枪掩护救援人员灭火，水流吸收大量热量，降低周围温度;三是利用地形地物。充分利用现场建（构）筑物遮挡辐射热;四是着隔热服。一线救援人员着隔热服降低温度，深入火场内部的着避火服;五是定时换班。救援时间较长的，应定时组织换班，防止长时间在高温下工作，体力消耗过度发生意外。

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