2.3 燃烧爆炸理论与防火防爆技术
2.3.1 燃烧爆炸理论
2.3.1.1 燃烧理论
（1）燃烧与燃烧条件
①燃烧的定义及本质 燃烧是可燃物与助燃物（空气、氧气或其他氧化性物质）发生的一种发热、发光的剧烈氧化还原反应。失控的燃烧便酿成了火灾。燃烧的三个特征表现为放热、发光和生成新的物质。
从化学本质而言，一切燃烧反应均是氧化还原反应，因此参加反应的物质必含氧化剂和还原剂，即助燃物和可燃物。如一些单质（氧气、氯气），含高化学价元素的化合物（含氧酸及其盐）可作助燃物，许多金属、非金属单质和有机化学物可作可燃物。可燃物和助燃物发生燃烧反应，其产物有气、液、固三种形式。发生燃烧反应必须具有能源，明火、摩擦或撞击火花、静电火花、射线、高温、压缩升温化学反应热等都可作为点火能源。
②燃烧的必要条件 具备一定数量和浓度的可燃物和助燃物，以及具备一定能量的点火源，同时存在并发生相互作用，是引起燃烧的三个必要条件，即燃烧三要素。缺少其中任一个条件，燃烧便不会发生。所以，所有的防火措施都在于防止这三个条件同时存在，所有的灭火措施都在于消除其中的任一或多个条件。
可燃物、助燃物和点火源是燃烧的三个必要条件，即燃烧三要素，俗称“火三角”，其关系如图2-10所示。
图2-10 火三角
（2）燃烧过程 可燃物质可以是固体、液体或气体，绝大多数可燃物质的燃烧是在气体（或蒸气）状态下进行的，燃烧过程随可燃物质聚集状态的不同而不同。
①气体燃烧 气体最易燃烧，只要提供相应气体的最小点火能，便能着火燃烧。其燃烧形式分为两类：一类是可燃气体和空气或氧气预先混合成混合可燃气体的燃烧，称为混合燃烧，混合燃烧由于燃料分子已与氧分子充分混合，所以燃烧时速度很快，温度也高，通常混合气体的爆炸反应就属于这种类型；另一类就是将可燃气体，如煤气，直接由管道中放出点燃，在空气中燃烧，这时可燃气体分子与空气中的氧分子通过互相扩散，边混合边燃烧，这种燃烧称为扩散燃烧。
②液体燃烧 许多情况下并不是液体本身燃烧，而是在热源作用下由液体蒸发所产生的蒸气与氧气发生氧化、分解以至于着火燃烧，这种燃烧称为蒸发燃烧。
③固体燃烧 如果是简单固体可燃物质，如硫，在燃烧时先受热熔化（并有升华），继而蒸发生成蒸气而燃烧；而复杂固体可燃物质，如木材，燃烧时先是受热分解，生成气态和液态产物，然后气态和液态产物的蒸气再氧化燃烧，这种燃烧称为分解燃烧。
在火灾爆炸事故现场，可燃气体、液体、固体的燃烧通常不是孤立的，而是互相蔓延。扩散燃烧、混合燃烧、表面燃烧、蒸发燃烧、分解燃烧这五种燃烧形式间也是可以互相转化或者几种同时并发，一旦发生这种情况，往往会造成灾害性的后果。可燃物的燃烧过程，包括许多吸热和放热的化学过程以及传热的物理过程。物质受热燃烧时，温度变化是很复杂的，物质燃烧过程的温度变化大致情况见图2-11。
图2-11 物质燃烧过程的温度变化
TA为可燃物开始加热时的温度，这时加热的热量主要用于可燃物的熔化、蒸发和分解，可燃物温度上升缓慢。温度升到TB时，可燃物开始氧化，由于温度低，氧化速率不快，氧化所放出的热量不足以克服系统向外界的散热。此时如果停止加热，可燃物将降低温度，故而不能引起燃烧。如果继续加热，会使氧化反应加剧，温度快速上升。可燃物温度升到TC时，氧化产生的热量与系统向外界的散热相等，如果温度再升高一点，超过这种平衡状态，即使停止加热，温度亦能自行上升，因此TC即为可燃物的自燃点。温度升到TD，则可燃物燃烧起来，同时出现火焰。此时温度还会继续上升，达到温度TE。
（3）燃烧类型 根据燃烧的起因不同，燃烧可分为闪燃、自燃和着火三类。
①闪燃 由于温度的影响，各种液体的表面空间都有一定量的蒸气存在，这些蒸气与空气混合后，一旦遇到点火源，会出现瞬间闪火而不能持续燃烧的现象称为闪燃。引起闪燃时的最低温度称为闪点。在闪点时，由于温度的影响，蒸气量一般很少，所以一闪就灭。但从消防角度来看，闪燃往往是要起火的先兆。可燃液体的闪点越低，越易起火，火灾危险性越大。表2-5给出的是部分可燃液体的闪点。
表2-5 某些可燃液体的闪点
②自燃 可燃气体在助燃气体（如空气）中，在无外界明火的直接作用下，由于受热或自行发热能引燃并持续燃烧的现象称为自燃。在一定条件下，可燃物质产生自燃的最低温度称为自燃点，也称引燃温度。
在化工生产中，可燃物质接触高温表面、加热、烘烤、冲击、摩擦或自行氧化、分解、聚合、发酵等都会导致自燃的发生。表2-6给出的是部分可燃物质的自燃点。
表2-6 某些可燃物质的自燃点
③着火 在有空气存在的环境中，可燃物质与明火接触能引起燃烧，并且在火源移去后能保持继续燃烧的现象称为着火。能引起着火的最低温度称为着火点或燃点，如木材的着火点为295℃。
2.3.1.2 爆炸理论
（1）爆炸及其分类
①爆炸的定义及特征 爆炸是指物质的状态和存在形式发生突变，在瞬间释放出大量的能量，形成空气冲击波，可使周围物质受到强烈的冲击，同时伴随响声或光效应的现象。爆炸现象一般具有如下特征。
a.爆炸过程进行得很快。
b.爆炸点附近压力瞬间急剧上升。
c.发出声响。
d.周围建筑物或装置发生振动或遭到破坏。
简言之，爆炸是系统的一种非常迅速的物理的或化学的能量释放过程。
②爆炸的分类 爆炸的分类方法主要有三种：第一种是按照爆炸的性质分类，分为物理爆炸、化学爆炸和核爆炸；第二种是按照爆炸的传播速度分类，分为轻爆、爆炸和爆轰；第三种是按照爆炸的反应物质分类，分为气相爆炸、液相爆炸、混合相爆炸。通常使用最多的分类方法是第一种，即将爆炸分为物理爆炸、化学爆炸和核爆炸。在研究化工、石油化工工厂防火防爆技术中，通常只研究物理爆炸和化学爆炸，故核爆炸在本书中不做讨论。
a.物理爆炸 物理爆炸由物理变化所致，其特征是爆炸前后系统内物质的化学组成及化学性质均不发生变化。物理爆炸主要是指压缩气体、液化气体和过热液体在压力容器内，由于某种原因使容器承受不住压力而破裂，内部物质迅速膨胀并释放大量能量的过程。
b.化学爆炸 化学爆炸是由化学变化造成的，其特征是爆炸前后物质的化学组成及化学性质都发生了变化。化学爆炸按爆炸时所发生的化学变化的不同又可分为三类。
（a）简单分解爆炸 引起简单分解爆炸的爆炸物，在爆炸时并不一定发生燃烧反应。爆炸能量是由爆炸物分解时产生的。属于这一类的有叠氮类化合物，如叠氮铅、叠氮银等；乙炔类化合物，如乙炔铜、乙炔银等。
（b）复杂分解爆炸 这类物质爆炸时有燃烧现象，燃烧所需的氧气由自身供给，如硝酸甘油在爆炸反应中会生成氧气。
（c）爆炸性混合物爆炸 爆炸性混合物是至少由两种化学上不相联系的组分所构成的系统。混合物组分之一通常为含氧相当多的物质；另一组分则相反，是不含氧或含氧量不足以发生分子完全氧化的可燃物质。
爆炸性混合物可以是气态、液态、固态，或是多相系统。气相爆炸包括混合气体爆炸、粉尘爆炸、气体的分解爆炸、喷雾爆炸。液相爆炸包括聚合爆炸和不同液体混合引起的爆炸。固相爆炸包括爆炸性物质的爆炸、固体物质混合引起的爆炸和电流过载所引起的电缆爆炸等。
（2）爆炸的破坏作用 爆炸常伴随发热、发光、高压、真空、电离等现象，爆炸的威力与爆炸物质的性质、数量、爆炸的条件有关，其破坏作用的大小还与爆炸的场所有关。爆炸的破坏及危害形式有以下四种。
①直接破坏作用 化工装置、机械设备、容器等爆炸后，不仅其本身断裂或变成碎片而损坏，碎片飞散出去也会在相当大的范围内造成危害。爆炸碎片的飞散距离一般可达100～500m，甚至更远，飞散的碎片或物体不仅对人造成巨大威胁，其能量对建筑物、生产设备、电力与通信线路等都能造成重大破坏作用。在化工生产爆炸事故中，由于爆炸碎片造成的伤亡占很大比例。
②冲击波的破坏作用 任何爆炸过程都伴随大量高压气体的产生或释放，高压气体以极高的速度膨胀，挤压周围空气的同时，压缩的空气层向四周传播。爆炸时由于气体等物质急速向外扩张，还在爆炸中心产生局部真空或低压，低压区也向外扩张，这样在爆炸中心附近的某一点就受到压力升降交替的波状气压向四周扩散，这就是冲击波。爆炸的主要破坏作用就是由冲击波造成的。在爆炸中心附近，空气冲击波波阵面上的超压可以达到数兆帕，在这样的高压下，建筑物被摧毁，机械设备、管道等也会受到严重破坏。冲击波的另一个破坏作用是由高压与低压的交替作用造成的，交替作用可在作用区域内产生震荡作用，使建筑物因震荡松散破坏。
③造成火灾 爆炸气体扩散通常在爆炸的瞬间完成，对一般可燃物质不致造成火灾，而且爆炸冲击波有时能起灭火作用。但是爆炸的余热或余火，会点燃从破损设备中不断泄漏出的可燃气体、可燃液体蒸气或其他可燃物质而造成火灾。爆炸过程的抛撒作用会造成大面积的火灾，从而引燃附近设备，储油罐、液化气罐或气瓶爆炸后最容易发生这种情况。事故中储存设施的破裂将导致液体泄漏，着火面积也将迅速扩大。
④造成中毒和严重环境污染 生产、使用的许多化学品不仅易燃，而且有毒。爆炸事故可能导致有害物质泄放，对现场人员及周围居民都构成威胁，大气、土壤、地下水、地表水等都可能受到污染。
（3）常见爆炸基本概念
①机械爆炸 机械爆炸是由装有高压非反应性气体的容器突然失效造成的。
②受限爆炸 受限爆炸发生在容器或建筑物中。这种情况很普遍，并且常导致建筑物中居民受到伤害和造成巨大的财产损失。最常见的受限爆炸情形包括蒸气爆炸和粉尘爆炸。
③无约束爆炸 无约束爆炸发生在空旷地区。这种类型的爆炸通常是由可燃气体泄漏引起的。气体扩散并同空气混合，直到遇到引燃源。
无约束爆炸比受限爆炸少，因为爆炸性物质常常被风稀释到低于其爆炸下限。这些爆炸都是破坏性的，因为通常会涉及大量的气体和较大的区域。
④蒸气云爆炸 化学工业中，大多数危险的、破坏性的爆炸是蒸气云爆炸。其发生过程是：大量的可燃蒸气突然泄漏（当装有过热液体和受压液体的容器破裂时就会发生）；蒸气扩散到整个区域，同时与空气混合；产生的蒸气云被点燃。
由于生产中可燃物质储存量的增加和操作条件更加苛刻，导致蒸气云爆炸的发生次数有所增加。装有大量液化气体的、挥发性的过热液体或高压气体的任何过程都被认为是蒸气云爆炸发生的潜在源。
⑤沸腾液体扩展蒸气爆炸 如果装有温度高于其在大气压下的沸点温度的液体的储罐破裂，就会发生沸腾液体扩展蒸气爆炸，即BLEVE爆炸。紧接着是容器内大部分物质的爆炸性气化，如果气化后形成的气云是可燃的，还会发生燃烧或爆炸。当外部火焰烘烤装有易挥发性物质的储罐时，就会发生该类型的爆炸。随着储罐内物质温度的升高，储罐内液体的蒸气压增加，由于受到烘烤，储罐的结构完整性降低。如果储罐破裂，过热液体就会爆炸性地蒸发。
⑥粉尘爆炸 粉尘爆炸是悬浮在空气中的可燃性固体微粒接触到火焰（明火）或电火花等任何着火源时发生的爆炸现象。这种爆炸是由细小的固体颗粒的快速燃烧引起的。许多固体物质（包括常见的金属，如铁和铝）当变成细小的粉末后就成了易燃易爆物质。
（4）爆炸极限 可燃气体或蒸气与空气混合形成的爆炸性混合气体并不是在任何混合比例下都是可燃烧或爆炸的，而且混合的比例不同，燃烧的速度也不同。由试验可知，当混合物中可燃气体的含量接近化学计量浓度时，燃烧最快或最剧烈；若含量减少或增加，火焰传播速度均下降；当浓度高于或低于某一极限值时，火焰便不再蔓延。
可燃气体或蒸气与空气（或氧气）组成的混合物在点火后可以使火焰蔓延的最低浓度，称为该气体或蒸气的爆炸下限（也称燃烧下限）；同理，能使火焰蔓延的最高浓度称为爆炸上限（也称燃烧上限）。浓度在下限以下或上限以上的混合物是不会着火或爆炸的。
可燃气体（蒸气）的爆炸极限可按标准GB/T 12474—2008《空气中可燃气体爆炸极限测定方法》规定的方法测定。爆炸极限一般用可燃气体（蒸气）在混合物中的体积分数φ（%）来表示，有时也用单位体积中可燃物含量来表示（g/m3或mg/L）。
爆炸极限值是随多种不同条件影响而变化的，其主要影响因素包括初始温度、初始压力、惰性介质、容器大小、点火能源、点火位置和含氧量等。
2.3.2 防火防爆技术
防火防爆技术是化学工业安全技术的重要内容之一，为了确保安全生产，首先必须做好预防工作，消除可能引起燃烧爆炸的危险因素，这是最根本的解决方法。从理论上讲，使可燃物质不处于危险状态，或者消除一切着火源，这两个措施，只要控制其一，就可以防止火灾和化学爆炸事故的发生。但在实践中，由于生产条件的限制或某些不可控因素的影响，仅采取一种措施是不够的，往往需要采取多方面的措施，以提高生产过程的安全程度。另外，还应考虑其他辅助措施，以便在发生火灾爆炸事故时，减少危害的程度，将损失降到最低限度，这些都是在防火防爆工作中必须全面考虑的问题。
2.3.2.1 火灾及爆炸事故物质条件的排除
（1）控制可燃可爆物质
①取代或控制用量 化工生产、使用、加工、储存过程中，使用危险性低且仍能满足工艺要求的替代物质，可减少事故风险。例如，在工厂辅助服务系统中，如条件允许，加热系统的介质可使用蒸汽代替热油，这将大大降低火灾的风险性。通常，还可以采用稀释或冲淡物料的方法降低危险性，如条件允许，尽可能使用氯化氢或氨气的水溶液而不是纯氯化氢或氨气。在萃取、吸收等单元操作中，为提高操作安全性，可用燃烧性较差的溶剂代替。
②加强密闭 为防止易燃气体、蒸气和可燃性粉尘与空气形成爆炸性混合物，应设法使生产设备和容器尽可能密闭操作。对具有压力的设备，应防止气体、液体或粉尘逸出与空气达到爆炸浓度；对真空设备，应防止空气漏入设备内部达到爆炸极限。
如设备本身不能密封，可采用液封或负压操作，以防系统中可燃气体逸入厂房。
③通风排气 存在可燃气体、有毒气体、粉尘作业的场所，应设置通风排气设备，以降低作业场所空气中危险物质的浓度，防止有害物质超过人员接触的安全限值或形成爆炸性混合物。
化工生产装置尽量布置在室外，以保持良好的通风，降低有害物质浓度。通风通常可分为自然通风和机械通风；按换气方式也可分为排风和送风；按作用范围可分为局部通风和全面通风。通风排气必须满足两个要求：一是避免人员中毒；二是防火防爆。
当自然通风不能满足要求时，就必须采用机械通风，强制换气。不管是采用排风还是送风方式，都要避免气体循环使用，以保证进入车间的空气为纯净的空气。排送风设备应有独立分开的风机室，送风系统应送入较纯净的空气；排出、输送温度超过80℃的空气或其他气体以及有燃烧爆炸危险的气体、粉尘的通风设备，应由非燃烧材料制成；空气中含有易燃易爆危险物质的厂房，应采用不产生火花的材料制造的通风机和调节设备。
④惰性化 用惰性气体稀释或置换管道、容器内的空气或可燃气体、蒸气或粉尘等爆炸性混合物，可使系统内危险物质或氧气的含量降低，破坏燃烧爆炸条件。惰性化处理是避免燃烧爆炸事故发生的手段之一。例如，向油罐或煤粉加工、储运的设备内充装氮气等都属于惰性化处理。常用惰性气体有氮气、二氧化碳、水蒸气及卤代烷等。
⑤工艺参数的安全控制 化工生产应采用安全合理的工艺过程，正确控制各种工艺参数，防止超温、超压和溢料、跑料，以实现化工安全生产。
a.控制温度 化学反应速率与温度有密切关系，为防止温度过高或过低而发生事故，操作中应注意掌握以下几个方面。
（a）控制反应温度 每个反应都有其确定的反应温度，在升温操作过程中应防止升温速度过快而引起的剧烈反应，导致压力升高或冲料，引起易燃易爆物质的燃烧爆炸。要防止加料时温度过低造成物料的累积，温度提高后反应突然加剧，反应热不能及时移出而引起超温、超压，发生事故。
（b）防止搅拌中断 搅拌可以加速传热和传质，使反应物料温度均匀，防止局部过热。反应时一般应先加入一种物料再开始搅拌，然后按规定的投料速度投入另一种物料。如果先把两种反应物料投入反应锅内再开始搅拌，就有可能引起两种物料剧烈反应而造成超温、超压。生产过程中如果由于停电、搅拌器脱落而造成搅拌中断时，应立即停止加料，并采取有效降温措施。降温后采用人工转动搅拌器或开数转后立即停止搅拌，同时观察温度上升情况，逐步恢复搅拌。对因搅拌中断仍可能引起事故的反应装置，除采用双路电源供电外，还要密切注意反应器内搅拌器的运转情况，搅拌器上电动机的电流变化，以便及时发现异常情况，防止事故发生。
（c）防止干燥温度过高 某些易燃和易分解物如偶氮二异丁腈、过硫酸钾及重氮盐等是很不稳定的，干燥温度过高很容易引起火灾爆炸。因此要严格控制干燥温度，防止局部过热造成事故。某些对热敏感的物料，其生产设备的加热面要低于物料液面，以避免局部过热而分解，引起火灾爆炸。
b.投料的控制 投料的控制主要是控制投料速度、投料配比、投料顺序、原料纯度以及投料量。
（a）投料速度 对于放热反应，加料速度不能超过设备的传热能力。如果加料速度太快，将会引起温度迅速升高，使物料分解而造成事故；如果加料速度突然减慢，反应温度降低，一部分反应物料因温度过低而不反应，升温后反应加剧，容易引起超温、超压而发生事故，所以要严格控制投料速度。
（b）投料配比 生产中对反应物料的浓度、体积、质量、流量等都要准确分析和计算。对连续化程度较高、危险性较大的生产，刚开车时要特别注意投料的配比，更应经常分析含量，并尽量减少开、停车次数。投料的配比不当，还会生成危险的过反应物，如三氯化磷的生产是将氯气通入黄磷，若通氯过量则生成极易分解的五氯化磷而造成爆炸事故，因此要严格按配比投料。
（c）投料顺序 化工生产必须按照一定的顺序投料。例如，氯化氢的生成，应先通氢后通氯；三氯化磷的生产，应先通磷后通氯，否则极易发生爆炸事故。
（d）原料纯度 许多化学反应，由于反应物料中含有过量杂质，以致引起燃烧爆炸。如用于生产乙炔的电石，其含磷量不得超过0.08%，因为电石中的磷化钙遇水后生成易自燃的磷化氢，而可能导致乙炔与空气混合物的爆炸。因此，对生产原料、中间产品及成品应有严格的质量检查制度，以保证原料的纯度。
（e）投料量 投入化工反应设备或储罐的物料都有一定的安全容积，带有搅拌器的反应设备要考虑搅拌开动的液面升高；储罐、气瓶要考虑温度升高后液面或压力的升高。投料太多，如超过安全容积系数，往往会引起溢料或超压。投料过少也可能产生事故。一方面，投料太少，温度计接触不到液面，使温度显示出现假象，导致判断错误而引起事故；另一方面，投料太少，使加热设备的加热面与物料的气相接触，可使易于分解的物料发生分解，从而引起爆炸。
c.溢料和泄漏的控制 由于物料的起泡、设备的损坏、管道的破裂、人为的误操作、反应失控等，都可以造成化学反应中反应物料的跑、冒、滴、漏。易燃液体的跑、冒、滴、漏很可能会引起火灾爆炸事故，为此要防止这种现象的发生，尤其是易燃易爆物料渗入保温层。
⑥气体检测与报警 在存在可燃气体或挥发性可燃液体的场所，以及存在有毒气体或蒸气的场所，安装泄漏检测报警装置，也是防止发生火灾、爆炸、中毒事故采取的重要措施。
检测报警装置自动检测危险物质有无泄漏及泄漏后所达到的浓度，如果报警器与生产安全装置之间相互联锁，就能够实现自动监测、报警、自动停车、启动自动灭火装置等措施，防止火灾爆炸事故的发生。
（2）点火源及其控制 化工生产中引起火灾的点火源有明火、冲击与摩擦、光线和射线等。因此需要对各种点火源进行分析，采取安全防护措施，严格控制点火源。
①明火的控制
a.加热明火的控制 加热易燃液体，尽量避免采用明火而改用蒸汽或其他热载体，如在高温反应或蒸馏操作中必须使用明火或烟道气时，设备应严格密闭，燃烧室应与设备分开建筑或隔离，封闭外露明火，并定期检查，防止泄漏。装置中明火加热设备的布置，应远离可能泄漏易燃气体或蒸气的工艺设备和储罐区，并应布置在散发易燃物料的侧风向或上风向。有两个以上的明火设备，应将其集中布置在装置的边缘。
b.维修用火的控制 有易燃易爆物料的场所，应尽量避免动火作业。如生产需要无法停工，应将要检修的设备或管道卸下移至远离易燃易爆物料的安全地点进行。对输送、储存易燃易爆物料的设备、管道进行检修时，应将有关系统进行彻底处理，用惰性气体吹扫置换，并经爆炸分析合格后方可动火。当检修的系统与其他的设备管道连通时，应将相连的管道拆下断开或加堵金属盲板隔离，在加盲板处要挂牌并登记，防止易燃易爆物料窜入检修系统或因遗忘造成事故。电焊线破残应及时更换或修补，不得利用与易燃易爆生产设备有联系的金属构件作为电焊线，防止电路接触不良时产生电火花。在禁火区域，禁止机动车辆进入，必要时加装火星熄灭器，为防止烟囱飞火引起的火灾爆炸，膛内燃烧要充分，烟囱有足够高度，必要时加装火星熄灭器。
c.其他火源的控制 为防止易燃物料与高温的设备、管道表面相接触，可燃物的排放应远离高温表面。高温表面的隔热保温层应完好无损，并防止可燃物因泄漏、溢料、泼溅而积聚在保温层内。为防止自燃物品引起火灾，应将油棉纱头等放入有盖的金属筒内，放置在安全地点并及时处理。
②摩擦与撞击 机器中轴承等转动部分的摩擦、铁器的相互撞击或铁器工具打击混凝土地面等，都可能产生火花，当管道或容器裂开，物料喷出时，也可能因摩擦起火。为此要采取如下措施：设备的轴承转动部分应保持良好的润滑，并严格保持一定油位，轴瓦间隙不能太小，材料选用有色金属，并经常清除附着的可燃油垢；凡是撞击的两部分应采用两种不同的金属制成，撞击工具用青铜或木制品；为防止铁器随物料进入设备内部发生撞击起火，可在设备前安装磁铁分离器；禁止穿带铁钉的鞋进入易燃易爆区，不能随意抛掷、撞击金属设备和管道。
③电气火花 电气火花的危险程度仅次于明火，对车间的电气动力设备、仪器仪表、照明设备和电气线路等，分别采用防爆、封闭、隔离等措施，具体参考本书第1章内容。
2.3.2.2 火灾及爆炸事故蔓延扩散的控制
安全生产首先应当强调防患于未然，把预防放在第一位。一旦发生事故，就要考虑如何将事故控制在最小的范围内，使损失最小化。因此，火灾及爆炸蔓延的控制在开始设计时就应重点考虑。对工艺装置的布局设计、建筑结构及防火区域的划分，不仅要有利于工艺要求、运行管理，而且要符合事故控制要求，以便把事故控制在局部范围内。
为了限制火灾蔓延及减少爆炸损失，厂址选择及防爆厂房的布局和结构应按照相关要求建设，如根据所在地区主导风的风向，把火源置于易燃物质可能释放点的上风侧；为人员、物料和车辆流动提供充分的通道；厂址应靠近水量充足、水质优良的水源等。化工企业应根据相关标准，建设相应等级的厂房；采用防火墙、防火门、防火堤对易燃易爆的危险场所进行防火分离，并确保防火间距。
（1）分区隔离、露天布置、远距离操纵 化工生产中，因某些设备与装置危险性较大，应采取分区隔离、露天布置和远距离操纵等措施。
①分区隔离 在总体设计时，应慎重考虑危险车间的布置位置。按照国家的有关规定，危险车间与其他车间或装置应保持一定的间距，充分考虑相邻车间建（构）筑物可能引起的相互影响。对个别危险性大的设备，可采用隔离操作和防护屏的方法使操作人员与生产设备隔离。
在同一车间的各个工段，应视其生产性质和危险程度而予以隔离，各种原料、半成品、成品的储藏，亦应按其性质、储量不同而进行隔离。
②露天布置 为了便于有害气体的散发，减少因设备泄漏而造成易燃气体在厂房内积聚的危险性，宜将这类设备和装置布置在露天或半露天场所，如氮肥厂的煤气发生炉及其附属设备、加热炉、炼焦炉、气柜、精馏塔等。石油化工生产中的大多数设备都是在露天放置的。在露天场所，应注意气象条件对生产设备、工艺参数和工作人员的影响，如设有合理的夜间照明、夏季防晒防潮气腐蚀、冬季防冻等措施。
③远距离操纵 在化工生产中，大多数的连续生产过程主要是根据反应进行情况和程度来调节各种阀门，而某些阀门操作人员难以接近，开闭又较费力，或要求迅速启闭，上述情况都应进行远距离操纵。操纵人员只需在操纵室进行操作，记录有关数据。对于热辐射高的设备及危险性大的反应装置，也应采取远距离操纵。远距离操纵的方法有机械传动、气压传动、液压传动和电动操纵。
（2）防火与防爆安全装置
①阻火装置 阻火装置的作用是防止外部火焰窜入有火灾爆炸危险的设备、管道、容器，或阻止火焰在设备或管道间蔓延。主要包括阻火器、安全液封、单向阀、阻火闸门等。
a.阻火器 在容易引起燃烧爆炸的高热设备、燃烧室、高温氧化炉和高温氧化器，输送可燃气体、易燃液体蒸气管线之间，以及易燃液体、可燃气体的容器、管道、设备的排气管上，多用阻火器进行阻火。
阻火器的工作原理是使火焰在管中蔓延的速度随着管径的减小而减慢，最后可以达到一个使火焰不蔓延的临界直径。
阻火器有金属网、砾石和波纹金属片等形式。
b.安全液封 安全液封一般安装在气体管道与生产设备或气柜之间。一般用水作为阻火介质。安全液封的阻火原理是将液体封在进出口之间，一旦液封的一侧着火，火焰都将在液封处被熄灭，从而阻止火焰蔓延。安全液封的结构形式常用的有敞开式和封闭式两种，如图2-12、图2-13所示。
图2-12 敞开式液封
1—外壳；2—进气管；3—安全管；4—验水栓；5—气体出口
图2-13 封闭式液封
1—气体进口；2—单向阀；3—防爆膜；4—气体出口；5—验水栓
水封井是安全液封的一种，设置在有可燃气体、易燃液体蒸气或油污的污水管网上，以防止燃烧或爆炸沿管网蔓延，水封井的结构如图2-14所示。
图2-14 水封井的结构示意图
安全液封的使用安全要求如下。
（a）使用安全水封时，应随时注意水位不得低于水位阀门所标定的位置，但水位也不能过高。安全液封应保持垂直位置。
（b）冬季使用安全水封时，在工作完毕后应把水全部排出、洗净，以免冻结。如发现冻结现象，只能用热水或蒸汽加热解冻，严禁用明火烘烤。为了防冻，可在水中加少量食盐以降低冰点。
（c）使用封闭式安全水封时，由于可燃气体中可能带有黏性杂质，使用一段时间后容易黏附在阀和阀座等处，所以需要经常检查止逆阀的气密性。
c.单向阀 单向阀也称止逆阀、止回阀，生产中常用的有升降式单向阀、摇板式单向阀和球式单向阀。单向阀的作用是仅允许流体向一定的方向流动，遇有回流时即自动关闭，可防止高压窜入低压系统而引起管道、容器、设备炸裂，可也用作防止回火的安全装置。如液化石油气瓶上的调压阀就是单向阀的一种。
d.阻火闸门 阻火闸门是为防止火焰沿通风管道蔓延而设置的阻火装置。正常情况下，阻火闸门受易熔合金元件控制处于开启状态，一旦着火，温度升高，会使易熔金属熔化，此时闸门失去控制，受重力作用自动关闭。部分阻火闸门是手动的，在遇火警时由人迅速关闭。
②防爆泄压装置 防爆泄压装置是一种超压保护装置。它的功能是：当容器在正常的工作压力下运行时，装置保持严密不漏，而一旦系统内发生爆炸或压力骤增时，装置就能自动、迅速地释放能量，使容器内的压力始终保持在最高许可压力范围以内，以减少巨大压力对设备的破坏或爆炸事故的发生。同时，它还有自动报警的作用，使操作人员能及时采取措施。
a.防爆泄压装置的种类 安全泄压装置按结构形式可分为阀型、断裂型、熔化型和组合型等几种。
（a）阀型安全泄压装置 阀型安全泄压装置就是常用的安全阀。这种装置的特点是：它仅仅排泄容器内高于规定部分的压力，当容器内压力降至正常操作压力时，它即自动关闭。这样可避免容器因出现超压就必须把全部气体排出而造成生产中断和浪费，因此被广泛采用。其缺点是：密封性较差；由于弹簧的惯性作用，阀的开启常有滞后现象；用于一些不洁净的气体时，阀口有被堵塞或阀瓣有被粘住的可能。
（b）断裂型安全泄压装置 常用的断裂型安全泄压装置是爆破片和爆破帽。前者用于中压和低压容器，后者多用于高压和超高压容器。其特点是：密封性能好，泄压反应较快，气体内所含的污物对它的影响较小等。但是由于它在完成泄压后不能继续使用，而且容器也停止运行，所以一般只能用于超压可能性较小且不宜装设阀型安全泄压装置的容器。
（c）熔化型安全泄压装置 熔化型安全泄压装置就是常用的易熔塞。它是通过易熔合金的熔化，使容器内气体从原来填充有易熔合金的孔中排出而泄放压力的。主要用于防止容器由于温度升高而发生的超压，一般多用于液化气体钢瓶。
（d）组合型安全泄压装置 组合型安全泄压装置是一种同时具有阀型和断裂型或者是阀型和熔化型的泄压装置。常见的有弹簧安全阀和爆破片的组合型。它具有阀型和断裂型的优点，既能防止阀型安全泄压装置泄漏，又可以在排放高的压力以后使容器继续运行。容器超压时，爆破片断裂，安全阀开放排气，待压力降至正常压力时，安全阀关闭，容器继续运行。
b.防爆泄压装置的构成 泄压装置包括安全阀、防爆片、防爆帽、防爆门、防爆球阀、放空阀门等。
（a）安全阀 安全阀是为了防止设备或容器内非正常压力过高引起物理爆炸而设置的。当设备或容器内压力升高超过一定限度时安全阀能自动开启，排放部分气体，当压力降至安全范围内再自行关闭，从而实现设备和容器内压力的自动控制，防止设备和容器的破裂爆炸。
安全阀按其结构和作用原理可分为静重式、杠杆式和弹簧式等。
安全阀的选用，应根据压力容器的工作压力、温度、介质特性来确定。工作温度高而压力不高的设备宜选用杠杆式，高压设备宜选用弹簧式，一般多用弹簧式安全阀。选用时，除了注意正确选型，还要注意它的压力范围和它的排气量。安全阀的安装应遵守安装条例及说明，定期维护与保养。
（b）防爆片 防爆片又称防爆膜、爆破片（板）。当设备或容器内因化学爆炸或其他原因产生过高压力时，防爆片作为人为设计的薄弱环节自行破裂，高压流体即通过防爆片从放空管排出，使爆炸压力难以继续升高，从而保护设备或容器的主体免遭更大的损坏，使在场的人员不致遭受致命的伤害。
防爆片一般使用在以下几种场合：存在爆炸或异常反应使压力瞬间急剧上升的场合；不允许介质有任何泄漏的场合；生产过程中产生大量沉淀或黏附物，妨碍安全阀正常动作的场合。
爆破片一般装设在爆炸中心的附近效果最好。室内设备上的防爆片，应在爆破片的爆破孔上接装导爆筒至室外安全地点，以防爆破片爆破后大量可燃易燃物料充满室内空间。防爆片一般满6个月或12个月更换一次。此外，容器超压未破裂的防爆片以及正常运行中有明显变形的防爆片应立即更换。
（c）防爆门 防爆门一般设置在燃油、燃气或燃烧煤粉的燃烧室外壁上，以防止燃烧爆炸时设备遭到破坏。防爆门的总面积一般按燃烧室内部净容积1m3不少于250cm2计算。为了防止燃烧气体喷出时将人烧伤，防爆门应设置在人员不常到的地方，高度不低于2m。
（d）防爆帽 防爆帽又称爆破帽，也是一种断裂型的安全泄压装置。防爆帽的样式多，它的主要元件就是一个一端封闭且中间具有一薄弱断面的厚壁短管。当容器内的压力超过规定，使薄弱断面上的拉伸应力达到材料的强度极限时，防爆帽即从此处断裂，气体由管孔中排出。为防止防爆帽飞出伤人，其外部常装有套管式保护装置。
防爆帽的结构简单，制造较容易，而且爆破压力误差较小，比较容易控制。它适用于超高压容器，因为超高压容器的安全泄压装置不需要大的泄放面积，而且爆破压力较高，防爆帽的薄弱断面可有较大的厚度，便于制造。制成后的防爆帽需经抽样做爆破试验，合格后方可投入使用。
（e）放空管 当反应物料发生剧烈反应，采取加强冷却、减少投料等措施不能阻止超温、超压、爆聚、分解爆炸事故发生的设备，应设置自动或手控的放空管以紧急排放危险物料。
2.3.2.3 消防设施
（1）火灾的分类 通过对可燃易燃物质的着火与灭火的研究，GB/T 4968—2008《火灾分类》中，将火灾分成如下六类。
①A类火灾 指固体物质火灾，这种物质往往具有有机物性质，一般在燃烧时能产生灼热的余烬。如木材、棉、毛、麻、纸张等火灾。
②B类火灾 指液体火灾和可熔化的固体物质火灾。如汽油、柴油、原油、醇类、沥青、石蜡等火灾。
③C类火灾 指气体火灾。如煤气、天然气、甲烷、乙烷、氢气等火灾。
④D类火灾 指金属火灾。如钾、钠、镁、钛、铝镁合金等火灾。
⑤E类火灾 带电火灾。如物体带电燃烧的火灾。
⑥F类火灾 烹饪器具内的烹饪物火灾。如动植物油脂的火灾。
此外，还有带电设备及其电路上的物质，如电动机、变压器、电缆及电气配线，由于放电或其他能源引起的电气火灾，未作单独类型列入标准。
（2）灭火的基本方法 灭火就是要破坏已经形成的燃烧条件，使其不致着火。根据燃烧理论，燃烧必须具备可燃物质、助燃物质（氧化剂）和着火能源，这三个条件缺一不可。根据燃烧的三个条件，可以采取除去可燃物、隔绝助燃物（氧化剂）、将可燃物的温度冷却到燃点以下等灭火措施。
①隔离法 隔离法就是将着火区及其周围的可燃物隔离或移开，燃烧就会因缺乏燃料不能蔓延而停止。在实际运用时，如将近火源的可燃、易燃及助燃物移到安全区域；如泄漏可燃气体、液体发生燃烧，则应首先截断气源或液流，尽快关闭管道阀门，减少和终止可燃物进入燃烧区域；拆除与烧着物毗连的易燃建筑物等，这样就可使可燃物与火源隔离，在其他灭火措施的支援下，达到终止燃烧的目的。
②窒息法 窒息法即阻止空气流入燃烧区或用不燃烧亦不助燃的惰性气体稀释空气，使燃烧物得不到足够的氧气而熄灭。如用石棉毯、湿麻袋、黄沙、泡沫等不燃或难燃物覆盖在燃烧物上；用水蒸气或二氧化碳等惰性气体灌注容器设备；封闭起火的船舱、坑道、设备以及门、窗、孔洞等。
③冷却法 物质的燃烧需要能量，任何可燃物的着火燃烧，温度必须达到燃点。也就是说，需要一个最小着火能量。火场高温可以使可燃物着火而扩大火势。将灭火剂直接喷射到燃烧物上，以降低燃烧物的温度，当温度降到燃点以下，燃烧也就停止了；或将灭火剂喷洒在火源附近的可燃物上，降温以防止受辐射热影响而起火。冷却法是灭火的重要方法，主要用水作灭火剂。
④化学中断法 经典的着火三角形理论，一般可以用来解释灭火的机理，但有些物质的燃烧从动力学的角度进行分析，其反应速率并不完全取决于这三个因素，还取决于可燃物燃烧的连锁反应。当某些燃料接触到火源时，它不仅会气化，而且该物质分子的组合会发生热解作用，即在燃烧之前先裂解成更简单分子。这些分子中原子间的共价键常常发生断裂，生成自由基。这是一种非常活泼的化学形态，它能与其他的自由基或分子起反应，使燃烧扩展开去。
化学中断法就是利用某种药剂抑制燃烧过程中自由基的产生，从而使燃烧反应不能传递下去以达到有效灭火的目的。卤代烃类物质是一种常用的灭火剂。
（3）灭火物质及其选用 现代使用的灭火剂，除水以外已经发展了许多类型，其中有泡沫液、二氧化碳、干粉、卤代烷类化学灭火剂等。在使用中必须根据生产过程、原材料和产品的性质、建筑结构情况选择合适的灭火剂。
①水与水蒸气 水是使用最广泛的灭火剂，价廉、取用方便、供应量大、对人体基本无害，有很好的灭火效能，适用于扑救大面积火灾。1kg水的温度升高1℃需要吸收4.18kJ的热量，其汽化潜热为2.26×106J/kg，因此水可以从燃烧物上吸收大量热量，使燃烧物迅速降温，水吸热后形成大量蒸汽，可以阻止空气进入燃烧区，同时稀释燃烧区空气中含氧量，逐渐抑制燃烧的进行。此外，喷射水流由于水力的冲击产生机械作用，冲击燃烧物和火焰，使燃烧强度显著减弱。
水作为灭火剂可以以不同形态出现，如水柱喷射、水雾或水蒸气。其灭火效果也各有不同。水蒸气的灭火作用是使火场含氧量减少，以阻止燃烧，并能造成汽幕使火焰与空气隔开。空气中含水蒸气浓度不低于35%时，可有效地灭火。
在用水灭火时要注意以下物质不能用水扑救。
a.遇水燃烧物品不能用水扑救，如金属钠、钾、电石等火灾，只能用干沙土扑救。
b.比水轻的非水溶性可燃、易燃液体的火灾，原则上不用水扑救，如苯、甲苯等，如用水扑救，水会沉在液体下面形成喷溅、漂流，反而扩大火势，最好用泡沫液、二氧化碳、干粉等扑救，但数量少时可用雾状水扑救。
c.对储存硫酸、硝酸等场所，如遇加压水流会沸腾飞溅，故宜用干沙土、二氧化碳扑救。
d.未切断电源的电气火灾不能用直流水扑救。
e.高温设备、高温铁水不能用水扑救，因有可能引起设备破裂、铁水飞溅，可用水蒸气扑救。
②泡沫灭火剂 凡与水混合并通过化学反应或机械方法产生灭火泡沫的灭火药剂都属于泡沫灭火剂，它一般由起泡剂、泡沫稳定剂、降黏剂、抗冻剂、防腐蚀剂及大量水组成。其灭火主要原理是产生大量泡沫，黏附在燃烧物表面，使其与空气隔绝。按生成泡沫的机理可分为化学泡沫灭火剂和空气泡沫灭火剂两类。
空气泡沫灭火剂又称机械泡沫灭火剂，是以发泡剂加入少量稳定剂、防腐剂和防冻剂等添加剂和大量水，通过发泡装置吸入大量空气而成的一种泡沫灭火剂。广泛应用于石油化工消防中。由于发泡剂和添加剂的不同，可分为普通蛋白泡沫灭火剂、氟蛋白泡沫灭火剂、抗溶性泡沫灭火剂和高倍泡沫灭火剂。
③惰性气体灭火剂 惰性气体灭火剂，应用最广泛的是CO2，其灭火原理是：液态CO2从钢瓶中喷出立即气化，吸收大量气化热，能冷却燃烧物；CO2气体能隔绝和稀释降低空气中的含氧量，当空气中CO2体积分数达29.2%时，能使燃烧因缺氧而熄灭。
CO2可以扑救易燃液体、可燃液体和一般固体物质火灾。由于其不导电性，不污损设备，故可用于扑救电气、精密仪器以及贵重生产设备的火灾。
CO2不能扑救钾、钠、镁、铝等金属火灾，因上述物质非常活泼，能夺取CO2中的氧进行燃烧反应；CO2也不适宜于自身给氧燃烧物质的灭火（如硝化纤维）。
在用CO2扑救时，要注意CO2能使人窒息。当空气中浓度达5%时，人的呼吸即发生困难，当达10%时，就会使人死亡。同时还要注意用CO2灭火以后，可燃物温度尚未降低，仍有发生复燃的可能。
氮气作为灭火剂，也可稀释降低可燃气体及环境中的含氧量，使燃烧停止，一般在装置系统内使用。
④干粉灭火剂 干粉灭火剂的主要成分为碳酸氢盐（NaHCO3）和磷酸氢盐（NH4H2PO4）等组成的干粉剂。其灭火原理是干粉在CO2或氮气的压力推动下，以粉雾状喷出，碳酸氢盐受热分解为碳酸盐、水和CO2，并吸收热量，起到一定的冷却和降低含氧量的作用，同时干粉颗粒对燃烧时的活性基团起钝化作用。
干粉灭火剂主要适用于扑救可燃气体以及电气设备的火灾，对一般固体的火灾也很有效。但灭火后留有残渣，不适合扑救精密仪器火灾。钠盐干粉中加入的硬脂酸镁对空气泡沫有破坏作用，故干粉灭火剂不能与空气泡沫灭火剂并用。
（4）灭火装置
①机械泡沫灭火设施 机械泡沫灭火设施按灭火系统设备装置的设置方式可分为固定式、半固定式和移动式泡沫灭火系统三种类型。
固定式泡沫灭火系统，一般由消防水泵、泡沫液罐、比例混合器、混合液管线和泡沫产生器及阀件等组成。
半固定式泡沫灭火系统，由泡沫室（泡沫产生器）和带有接口的泡沫混合液管线组成，它固定在要灭火设备或装置上（如油罐），其余泡沫混合液产生部分则由泡沫消防车代替。
移动式泡沫灭火系统则是以泡沫钩枪或泡沫管架代替泡沫产生器，由泡沫消防车来完成混合液产生的任务。
这三种类型的设置视具体情况而定，一般在偏僻地方的油罐区或在10min内不能调来足够消防力量的油罐区应设置固定式灭火系统；对拥有足够移动力量的炼油厂、石油化工厂等油罐区，为节约投资，可采用半固定式或移动式灭火系统。
②干粉灭火装置 干粉灭火系统的设备，一般由干粉储罐和作为动力的储气瓶及管道、阀门、喷头组成。可装成固定系统，是以手动操作、半自动或自动启动的灭火系统。由探测器将起火信号传至启动装置，达到自动喷粉灭火目的，或发出报警由人工操作喷粉灭火。
③二氧化碳灭火系统 二氧化碳灭火系统一般由储气钢瓶、管道和喷头组成。根据消防对象的具体情况，可设计采用固定式灭火系统和移动式灭火系统。按灭火用途及要求可分为全充满系统和局部应用系统。
④卤代烷灭火装置 卤代烷灭火系统有全淹没式灭火系统、局部应用灭火系统和敞开式灭火系统三种。按安装形式分为固定式灭火系统和半固定式灭火系统。
全淹没式灭火系统能在被防护的整个“封闭”空间中迅速形成浓度比较均匀的卤代烷灭火剂气体与空气的混合物，并保持一定的浓度且达到灭火所需“浸渍”的时间。这里所谓的“封闭”是相对露天而言，而不是绝对密封。
局部应用灭火系统是在较大空间中局部区域应用的重要设备，在喷射时处于卤代烷的保护之下。
敞开式灭火系统是指在开敞空间（如浮顶油罐）安装的卤代烷灭火装置，在喷射灭火时，灭火剂迅速向大气扩散。
卤代烷灭火装置的组成设备包括灭火剂容器、阀和管道、喷嘴及启动控制装置等。
（5）消防用水及设施
①工厂消防用水 消防用水量应为同一时间内火灾次数与一次灭火用水量的乘积。在考虑消防用水时，首先应确定工厂在同一时间内的火灾次数。
一次灭火用水量应根据生产装置区、辅助设施区的火灾危险性、规模、占地面积、生产工艺的成熟性以及所采用的防火设施等情况，综合考虑确定。
②消防给水设施
a.消防水池或天然水源 可作为消防供水源。当利用此类水源时，应有可靠的吸水设施，并保证枯水时最低消防用水量，消防水池不得被易燃可燃液体污染。
b.消防给水管道 是保证消防用水的给水管道，可与生活、生产用水的水道合并，如不经济或不可能，则设独立管道。低压消防给水系统不宜与循环冷却水系统合并，但可作备用水源。
消防给水管道可采用低压或高压给水。消防给水管网应采用环状布置，其输水干管不应少于两条，目的在于当其中一条发生事故时仍能保证供水。环状管道应用阀分成若干段，此阀应常开，以便检修时使用。
c.消火栓 可供消防车吸水，也可直接接水带放水灭火。室外消火栓应沿道路设置，便于消防车吸水，设置数量由消火栓的保护半径和室外消防用水量确定。
③露天装置区消防给水 石油化工企业露天装置区有大量高温、高压（或负压）的可燃液体或气体、金属设备、塔器等，一旦发生火警，必须及时冷却防止火势扩大。故应设灭火、冷却消防给水设施，包括消防供水竖管、冷却喷淋设备、消防水幕和带架水枪等。
厂内除设置全厂性的消防设施外，还应设置小型灭火器和其他简易的灭火器材。其种类及数量，应根据场所的火灾危险性、占地面积及有无其他消防设施等情况综合全面考虑。
（6）消防站 消防站是消防力量的固定驻地。油田、石油化工厂、炼油及其他大型企业，应建立本厂的消防站。其布置应满足消防队接到火警后5min内消防车能到达消防管辖区（或厂区）最远点的甲类、乙类、丙类生产装置、厂房或库房；按行车距离计，消防站的保护半径不应大于2.5km，对于丁类、戊类火灾危险性场所，也不宜超过4km。
消防车辆应按扑救工厂一处最大火灾的需要进行配备。消防站应装设不少于两处同时报警的受警电话和有关单位的联系电话。