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1、第三章 天然气火灾爆炸与消防第一节 天然气火灾爆炸的原因与危害一、 天然气燃烧反应机理与爆炸极限1.天然气燃烧反应机理天然气燃烧反应机理是含有自由基和自由原子参与的链式反应。天然气与空气的氧化反应是在一定条件下由缓慢氧化转化为剧烈氧化是由于混合气中还存在少量等活化的自由基和自由原子，它们与反应，并随着反应不断消失，又不断形成，而且更多的形成，使天然气燃烧持续进行下去。2.天然气爆炸极限定义 ：可燃气体与空气的混合物遇明火而引起爆炸时的可燃气体浓度范围。爆炸下限：可燃气体的含量减少到不能形成爆炸混合物时的那一含量，称为可燃气体的爆炸下限。爆炸上限：可燃气体含量一直增加到不能形成爆炸混合物时的含量
2、，称时可燃气体的爆炸上限。爆炸极限的计算只含有可燃气体的混合气体的爆炸极限含有惰性气体的混合气体的爆炸极限可将某一惰性气体成分与一可燃气体成分组合，其容积成分为二者之和。其爆炸极限可查图3-1-1、3-1-2 。随着惰性气体含量的增加，混合气体的爆炸极限范围将缩小。含有惰性气体的燃气之爆炸极限也可按下式近似计算：式中：-含惰性气体燃气的爆炸上、下限，% -不含惰性气体的爆炸上、下限，% -惰性气体的体积分数，%含有氧气的混合气体，可认为混入空气，应折算成无空气基的组分。即：把与含氧量相对应的空气量扣除，即扣除氧含量和氮含量，重新调整燃气中各组分的体积成分，然后按式(1-29)计算无空气基爆炸极
3、限，再按下式计算含空气的混和气体的爆炸极限。：包含有空气的混合气体的整体爆炸极限：该混合气体的无空气基爆炸极限：空气在该混合气体中的容积成分例1已知燃气的体积组成为：、。求其爆炸极限。1 解：纯可燃组成的体积成分 可燃组分的含量：13070 不含惰性气体的燃气爆炸极限 含有惰性气体时的燃气爆炸极限 二、引起天然气火灾爆炸的因素天然气作为可燃物质，只要存在氧气等助燃物质和火源，就能燃烧，甚至引发火灾爆炸。引起天然气燃烧爆炸的因素归纳如下：1.静电引起的火灾和爆炸：静电电量虽然不大，但因其电压很高而容易发生火花放电。如果所在场所有天然气与空气形成爆炸性混合物，即可由静电火花引起爆炸或火灾。当带静电
4、的人体接近接地体或接地体的人体接近带静电物体时，都可能发生放电火花，导致爆炸或火灾。2.碰撞摩擦引起的火灾或爆炸碰撞摩擦在天然气勘探、开发、采输、使用过程中是不可避免的，主要是金属物体与金属物体之间的碰撞摩擦产生的火花，引起天然气的爆炸燃烧，引起火灾。3.动火作业引起的火灾和爆炸在有天然气存在的区域实施动火作业，可能导致爆炸燃烧和火灾。尤其是对天然气管道进行焊接施工时，当置换不彻底或阀门未关死，漏气，天然气串入焊割施工的动火区，极易引起火灾爆炸。4电器设备开关产生的电火花引起的火灾和爆炸高电压的火花放电，当电极带高压电时，电极周围的部分空气被点击穿，产生电晕放电现象；短时的弧光放电，一般指在开
5、闭回路、断开配线、接触不良、短路、漏电等情况下发生的极短时间的弧光放电；接触点上的微小火花放电，一般是在自动控制器的继电器接点上或在电动机的整流子或滑环等器件上，随着接点的开闭而产生的小火花放电。5.天然气呢井喷引起的火灾和爆炸井喷引起火灾主要原因如下：（1）井口的铁件或井内钻具与井架碰撞起火，或电器照明设备被气流夹带的岩屑碰坏起火。（2）忽视安全制度，在井场进行带电作业或使用明火操作。（3）井口装置不按规定安装或使用失灵的设备，造成井口失控而发生爆炸起火。（4）因处置不当而造成压井破坏地层，引起四周冒气着火。（5）雷击起火6.天然气管道泄漏和腐蚀引起的火灾和爆炸长输管道长年埋于地下，管道腐蚀
6、穿孔和因腐蚀造成管道壁变薄造成管道承压能力降低，在一定条件下会引起管道的爆炸燃烧，引发火灾。破坏性施工也是造成管道爆炸的原因之一。需加强管道的维护和检测，及时发现管道泄漏和管道腐蚀情况，减少和避免事故的发生。7.天然气容器爆炸由于天然气的可压缩性和膨胀性，使得天然气生产和使用过程中的多种压力容器常常因操作不当导致容器压力意外升高而发生爆炸和火灾事故。8.硫化铁自燃引发内爆 硫化铁来自铁的腐蚀产物，其极易自燃。其自燃属自热氧化自燃类型，常温下发生氧化反应产生热量，如热量不能及时散发掉，则将使堆积的硫化铁为目的上升，达到其自燃点以上，引起燃烧和可燃气体爆炸。 9点火、熄火及回火爆炸对要点火的炉子未
7、进行彻底吹扫或点火工具不可靠以及直接利用炉膛高温引燃天然气或酸气的点火操作易引起爆炸。停电及燃料系统波动，造成熄火，而熄火后未及时切断燃料气和空气，则极易发生炉膛高温点燃的爆炸事故；硫磺回收装置燃烧炉产生回火引起酸气系统爆炸；火炬回火引起放空系统爆炸。回火：倘若煤气灶的燃气小孔及燃气管被随意扩大，势必使燃气流速过小，当混合气提供的速度小于燃气燃烧时火焰的传播速度，有可能使火焰烧到燃气管内即为回火。三、天然气火灾爆炸危害性1.天然气燃烧和爆炸在瞬间完成，往往难以施救，容易失控，造成重大财产损失和人员伤亡。2.天然气开采输送过程处于高温、高压或低温、高压，工艺管网容易造成泄漏，遇火就会发生火灾和爆
8、炸。3.开采输送设备相互联系，若某个部位发生故障，会影响整套装置的安全，使危害扩大。第二节 常见天然气火灾事故预防与处理一、天然气火灾的灭火方法1.灭火原理灭火分为物理作用灭火和化学作用灭火两大类。物理作用灭火是控制火灾中的物质和热量运动，使燃烧中断，达到灭火的目的。它包括冷却灭火，稀释灭火，破坏火焰稳定性灭火等。化学作用灭火是将燃烧抑制剂投入火焰中，与维持燃烧反应的活性自由基或活性基团结和，中断燃烧链式反应，使火熄灭。（1）冷却灭火往火焰中喷入吸热量大的物质，将反应热除去，燃烧反应速度就会减慢并停止下来，这是冷却灭火的原理。（2）稀释灭火稀释灭火是降低燃烧系统中的可燃物质或助燃物质浓度，抑制
9、燃烧反应的灭火方法。（3）破坏火焰稳定性灭火点燃喷嘴喷出的天然气时，喷嘴附近的火焰面形状由混合气流速v和燃烧速度s的配合关系所决定，即当燃烧速度不变时，在一定范围内火焰长度随混合气流速度的增大而增长。由于燃烧速度是有限值，混合气的可燃浓度也有个极限值，所以这种比例增长关系是有一定限度的。当气流速度超过临界值时，火焰就会离开喷口远去，在运动气团烧完后（约需1/10秒的量级），火便熄灭。利用这个现象的灭火方法叫做破坏火焰稳定性灭火。（4）燃烧抑制灭火在火焰燃烧反应体系中加入碱金属或卤族元素，捕捉火焰中的自由基或活性基团，使反应体系失去活化的自由基而中断正常燃烧的连锁反应，火便熄灭，这就是燃烧抑制灭
10、火的原理。（5）断源灭火断源灭火是从燃烧系统中除去天然气或切断天然气的来源使火熄灭。这个办法在天然气火灾灭火时，是惟一可行而有效的处理方法。具体办法是关闭喷出气流阀门，以切断天然气向燃烧系统的供给，使火迅速熄灭。因此，使用任何灭火剂扑灭天然气火灾时，都必须首先切断气源，以防止灭火后，气体再泄露或喷射造成再次着火或爆炸。2.灭火方法（1）火灾扑救的战术措施抓住时机，以快制胜。抓住火灾初期阶段或火势暂时较弱的有利时机，利用环境条件，做到查明情况快，信息传递快，战术决策快，以最快的战斗行动，控制和扑灭火灾。以冷制热，防止爆炸。利用一定的给水强度，在灭火的同时，对着火设备及其周围邻近设备进行冷却降温，
11、不能顾此失彼，防止设备、容器、管道因受高温影响而引起燃烧爆炸。先重点，后一般。在扑救火灾时，一般先扑灭外围火，然后进行内攻，以控制火势向周围蔓延扩大，防止形成大面积火灾。但在战斗力量不足时，则应根据着火部位的不同情况，先重点，后一般，先易后难，控制火势，待增援力量到达后，再一举扑灭火灾。各个击破，适时合围。对于较大面积的火灾，应采取各个击破，穿插分割，堵截火势，适时围歼的方法。（2）火灾扑救措施断源灭火：a)关阀断气，就是控制、切断流向火源处的天然气，使燃烧终止。在未切断气源前，不能急于灭火，以防止灭火后气体继续外逸发生第二次着火爆炸事故。天然气集输系统中的容器、管道、塔等部位发生火灾时，着火
12、处不断地得到天然气而持续燃烧，当关闭进气阀后，切断了气源，就能从根本上控制火势，这样，设备、管道或塔中剩余的天然气燃尽后便会自行终止燃烧。b)关阀断气灭火时，必须事前与有关技术人员研究，制定完整的操作方案，要考虑到关阀后是否会造成前一工序中的高温高压设备出现超温超压而发生爆炸事故。因此在关阀断气的同时，应根据具体情况采取相应的断电、停泵、泄压、放空等措施。c)关阀断气灭火时，应注意以下几点：防止因错关阀门而导致意外事故发生；在关阀断气的同时，要不断地冷却着火部位及受火势威胁的邻近部位，火灭后，仍需继续冷却一段时间，防止复燃复爆；当火焰威胁进气阀门而难以接近时，可在落实堵漏措施的前提下，先灭火，
13、后关阀。灭火剂灭火：扑救天然气火灾，可选择水（水流切封）、干粉、卤代烷及蒸气、氮气、二氧化碳等灭火剂灭火。利用水枪灭火时宜以60-75度的倾斜角射入，用压力大于Pa的高速水流喷射火焰，可取得良好的灭火效果。堵漏灭火：对气压不大，采取堵漏灭火时，可用氮气吹鼓的隔离球，封以粘性固体，高压堵死，也可用木塞、湿棉被、湿麻袋、湿布、石棉毡或粘土等办法封住火口，隔绝空气，使火熄灭。关阀、补漏工作必须严格执行操作规程和动火规定，并迅速进行，以避免造成第二次爆炸。（3）泄露排险措施天然气泄露尚未着火时，应迅速关闭进气阀门和落实堵漏措施，杜绝气体外泄。迅速设置警戒区，警戒区系指该地区天然气浓度已超过其爆炸下限的
14、30%。做好灭火战斗准备，防止遇火源发生着火爆炸。在下列情况，应通知供气部门停止供气：临近区域内发生重大火灾，并在继续扩大蔓延；已发生爆炸事故，并导致容器或管道损坏，漏气十分严重；大量天然气泄露聚集的场所；泄露处尚未查明，而气体检测仪测定天然气浓度已达爆炸下限的30%。如果室内天然气漏气时，应立即关闭室内供气阀门，迅速打开门窗，加强通风换气。禁止一切车辆驶入警戒区内。停留在警戒区内的车辆严禁启动。消防人员动作谨慎，防止碰撞金属，以免产生火花；消防车到达现场，不可直接进入天然气扩散地段，应停在扩散地段上风方向和高坡安全地带，做好准备，对付可能发生的着火爆炸事故。根据现场情况，发布动员令，动员天然
15、气扩散区的居民和职工，迅速熄灭一切火种。警戒区域、冷却部位及灭火、救人、疏散等方案确定，均应按照假设发生火灾情况下的战斗部署进行。考虑天然气扩散后，可能遇到火源的部位，应作为灭火的主攻方向，部署水枪阵地，做好对付突然变化的准备工作，如果一旦发生着火爆炸，以免措手不及。利用喷雾水或蒸气吹散泄露的天然气，防止形成可爆气。险情排除之后，需经过测试，当天然气浓度确已低于爆炸下限时，方可恢复正常生产，解除警戒二、防火防爆措施根据燃烧原理，防火防爆措施就是设法消除燃烧爆炸三要素中任一要素，其方法如下。（一）控制天然气泄漏防止天然气泄漏和积聚，使其不能达到爆炸极限，这是防止爆炸的首要措施。1.将有泄漏危险的装置和设备尽量安装在露天或半露天的厂房中，以利于泄漏的天然气扩散稀释。当必须采用室内厂房时，则厂房建筑应具有良好的自然通风，或加装必要的机械通风设备。2.生产设备在投入生产前
