说说南京金陵石化的火灾

前天，金陵石化官方微博公告称：2016年10月9日13:50，金陵石化重整装置开工过程中，进料过滤器法兰泄漏着火，未造成人员伤亡，公司立即启动紧急预案。目前正在现场处置之中，火情已经受控，未发生次生安全环保事故，其他装置运行正常。芳烃装置计划8月底检修一个月，预计重启时间将有所推迟。

这句话给我们透露了很多信息。第一，这是设备启动时发生的火灾，也就是在启动过程中没有注意控制氧气的浓度，所以加料时发生燃爆事故。第二，法兰泄漏的是空气，是从外向内泄漏。第三，这场燃爆事故导致的损失不小，远不止公开透露的水平。

一场微不足道的小火，因为没有死人而对社会微澜不惊。

在这里，我无意追究某一方的过失，而是展示一下我的理论在控制类似火灾中的应用价值。我把可燃性图研究得很透彻，可是无人阅读自然无人欣赏。在这里我是穷极无聊，展示一下可燃性图对这一燃爆过程的理论解释。

在石化安全领域，油箱油罐的火灾是一个重点防护对象[1]。可燃性图的一个应用是指导油箱填满或放空期间，由于燃气或空气的引入，导致油层上方充满可燃气体，带来的燃爆风险。填充油箱是一个典型的甲类问题，引入燃料必然产生燃气，燃气的燃爆风险需要封闭空间的氧气控制来实现。放空油箱一个乙类可燃性问题，放空燃料会产生燃气的危险水平，这时需要控制燃气的浓度，让整个非液态的空间不可点。因此，虽然是封闭空间，油箱的填充和放空居然是两套不同性质的问题。

为了确定在填充油箱之前所需要的惰化油箱上部空间所需要的惰气量要求，我们需要用稀释可燃性图或者燃爆三角形图来解决保护途径问题。在这里，汽油箱的填充和放空过程通常利用稀释可燃性图和燃爆三角形图表达，如图所示。借助于惰性点参数导致的临界曲线和在图中直观表达，我们可以精确确定临界点的参数，在表中列出。注意，由于汽油可燃性图的圆滑性，原本一个惰性点，在图中表现为3个点，虚拟惰性点（A）、MMF点（D）和MMR点（C）。

(a). 稀释可燃性图

(b) 燃爆三角形图

1，   填充油箱的安全操作（甲类可燃性问题）

在填充空油箱之前，需要惰化空油箱中空气，才能放入燃气。这意味着必须控制氧气浓度。在这里，惰化过程必须从空气点（G）开始，到达惰性点（F）。惰性点F的氧气水平是LOC或ISOC，达到空气惰化的目的。LOC或ISOC代表避免放入燃气（沿着FE直线操作）后可以避开可燃区域的最大允许氧气浓度。然后开始添加燃料（汽油）。随着燃料的挥发，其蒸气会把状态点从F点向C点或E点推动，与可燃区域切于C点（MMR点），这样油箱内的非爆状态可以在燃料填充期间从F点一直延续到E点。E点代表100%的燃气，没有空气存在（比如小车油箱），因此也是安全的。整个油箱在填充燃料期间总是缺乏可爆性（氧气），这是保证油箱安全的精髓。

图b 展示了在汽油箱中引入氮气防护燃爆风险的操作路线。这是典型的甲类可燃性问题，但由于吹扫过程没有燃气的存在，所以吹扫过程也就是稀释过程（填惰气排空气）。为了完全惰化油箱中的空气，稀释过程需要达到LOC或ISOC（F点）才能让混合物达到并维持非可爆状态。在引入燃气置换，油箱内氧气浓度进一步降低到MOC或MFC（D点）或更低，但沿着LOC线（从F到E）进行，因此仍然能够维持油箱内防点火和防蔓延（即防燃爆）的目的。

2.放空油箱的安全操作（乙类可燃性问题）

在着手放空油箱之前，燃油上方的燃气必须完全稀释（降低可点性），然后才能放空气进入，带来可爆性。从稀释可燃性图，稀释燃料（相当于惰化油箱上部空间）的过程首先从燃料点E（100%燃气浓度）开始，并移动到充分稀释点B（LFC点）。在燃气被充分稀释之后，汽油排空过程开始，允许空气进入，置换排空的汽油。由于引入的空气让操作点向D点运动，让油气混合物保持在稀释线LFC线（从B到D到G）之下，油箱上方空间总是维持可点性不足的局面（燃气浓度太低，不足以点燃，防火）。汽油排空的过程就是增加氧气（可爆性）的过程，控制可点性可以让增加的可爆性没有用武之地。

在图上，燃料蒸汽空间首先被氮气吹扫（或稀释，无空气是稀释，有空气是吹扫），从E点运动到B点，降低燃气的可点性。然后燃料（汽油）放空过程会引入空气（可爆性）。由于排空的过程总是沿着或低于LFC线（从B到D），整个排空期间混合物总是处于非可点状态，整个蒸汽空间在排空期间总是缺乏可点性，这是安全操作的精髓。

图b 展示了在燃爆三角形图中进行的保护油箱的操作途径。混合物首先从完全蒸汽的燃料点（E点）的100%通过氮气惰化降低到稀释点（F点，ＬＯＣ） 达到燃气混合物不可点的状态。在引入空气（可爆性）之后，燃气浓度会进一步降低到D点（MFC点，MMF点，ＭＯＣ）或更低，但仍然保持了油箱内非可点的状态，因此能够防火防爆。

总之，油箱填充燃料之前发生的吹扫过程是为了控制氧气（可爆性），让燃气（可点性）引入之前的油箱空间保持非可爆状态。油箱排空燃料之前发生的稀释过程是为了控制燃气（可点性），让空气（可爆性）引入之前的油箱空间保持非可点状态。这一结果与三元可燃性图上获得的结果是一致的。结果，本方法拓展了Planas-Cuchi et al. [2]提出的稀释可燃性图操作，符合并等价于Mashuga 和 Crowl [3]用三元可燃性图提出的安全操作途径。两套方法都可以在燃爆三角形中表达出来，说明可燃性图都是等价的。利用可爆性和可点性的概念，各个操作点可以得到完美的诠释和统一。

所以，这一次发生的事故，显然是过程控制中没有监视氧气浓度造成的。由于重整装置在启动时需要保持氧量降低到ISOC（或LOC）的水平，当法兰漏气时，从外部泄漏的空气破坏了惰气惰化的效果，导致内部的环境是高度可爆的。一旦重整装置开始工作，引入燃料（代表可点性），可点性与可爆性的结合，就是燃爆现象。所以，一场重大事故，仅仅是在开工过程中没有监视氧量造成的，你说这场事故冤不冤？表面上，发生原因很简单，一目了然；内在里，有一整套防范措施失灵，这才是重大事故的背景原因。古代中国人不喜欢数字，认为数字化管理是多此一举。然而，数字可以帮助我们深刻理解过程，让我们深刻理解安全性，是提高经验的必由之路。可惜我国工业界是只看表面，不在乎真相的，这里我就是说说罢了。

参考文献

1.            Persson, H. and A. Lönnermark, Tank fires. SP Report, 2004. 14.

2.            Planas-Cuchi, E.,J.A. Vı́lchez, and J. Casal, Fire andexplosion hazards during filling/emptying of tanks. Journal of LossPrevention in the Process Industries, 1999. 12(6): p. 479-483.

3.            Mashuga, C.V. andD.A. Crowl, Application of the flammabilitydiagram for evaluation of fire and explosion hazards of flammable vapors.Process Safety Progress, 1998. 17(3):p. 176-183.