2017年8月, 位於不列顛哥倫比亞省喬治王子市的太平洋生物能源公司 (PacBio) 350,000噸/年顆粒廠發生筒倉火災. 此次火災成功被撲滅, 結果與之前的筒倉和圓頂火災相反, 它們一般會導致倉庫結構完全喪失, 對周圍基礎設施造成重大損害, 甚至是人員的傷亡.
這項成功的結果歸功於太平洋生物能源管理和運營團隊以及Prince George消防部門的第一批響應者, 他們都遵循精心制定的控制和撲滅火災的計劃. 由於得到PacBio首席執行官Don Steele和運營副總裁Shawn Bells及其團隊, 以及本文作者John Swaan的重要指導和支援. 我們可以將行業最佳實踐應用到他們的戰術規劃中. 他們在行動前深思熟慮, 並在多年的實際經驗中提取資訊. 他們謹而又慎地進行著, 主要目標是保證每個人的安全.
什麼不該做
從曆史上看, 這個行業有一些例子表明筒倉或圓頂火災的撲滅不是很成功. 這是由於缺乏關於木質顆粒的特性的知識, 通常由於顆粒廠操作員和第一響應者採取了不正確和自我毀滅的策略. 以下不正確的策略是造成建築物和其他資產損失的主要原因, 最糟糕的情況是有人員在幾起事故中喪生.
儘管水可能有助於控制失控的筒倉火災事件中的火焰, 但是在筒倉, 圓頂或平面存儲中的粒料頂部噴洒水無法熄滅一團陰燃的木屑. 堆頂部的木質顆粒會吸收水分並膨脹, 形成一層材料, 它們會限制水滲透到位於顆粒堆中心內某處: 正在陰燃的核心位置. 接觸到熱解顆粒熱量的水會產生一氧化碳 (CO) 和氫氣, 這會增加火災的嚴重性, 並且不利於撲滅筒倉火災. 水也可能在筒倉內形成尖頂或立柱, 這在試圖移除倉內貨物時可能會成為問題.
如果在堆芯內的熱解活動已經熄滅之前就開始從筒倉, 圓頂或平坦的儲存堆中取出木屑, 這會導致災難的發生. 由熱解活動釋放的氣體是惡劣和危險的, 特別是甲烷, CO和其他危及生命的氣體. 從木屑中釋放的甲烷的燃點非常低, 遇到陰燃核心時會點燃, 並從空氣中得到氧氣. 換句話說, 當將顆粒移除, 而使顆粒陰燃核心與熱解氣體暴露在大氣中時, 導致爆炸或快速蔓延的可能性非常高.
最佳實踐
第一課是: 根據最佳實踐制定計劃並培訓當地消防部門的重要性. 這類事件有可能造成重大傷亡和生命損失. 金錢可以取代物質資產, 但不能取代生命. 所有現場人員和周邊地區的安全是重中之重. 在PacBio大會上, PacBio團隊為了緩解事件而採取的每個有意識的步驟以及所有支援資源都集中在安全性方面.
PacBio運營團隊還保持對所採取行動的控制權, 包括第一響應者的行為. 消防部門的典型反應是用水淹沒火源. 通過PacBio團隊來控制行動, 避免了一些 '不能做' 的行為. 喬治王子的消防部門在現場進行了培訓, 並了解到筒倉火災並不是常規的事故. 應對措施需要與消防部門直接溝通, 但需要由顆粒工廠的運營團隊進行控制.
花時間研究資訊資源, 制定計劃, 與當地消防隊員一起工作是PacBio事件取得圓滿成功的主要原因. 借鑒其他事件成功與否的經驗, 有助於決定在事故時採取的應對步驟.
第二課是: 惰性氣體的注入可以顯著降低負面結果的可能性. 火災現場很可能造成氣體或粉塵爆炸, 進而導致嚴重傷害和大量財產損失. 氮氣對於最大限度地降低這些風險是最有效的, 並且在清空物料的同時提供了一個低風險的途徑來控制顆粒堆內的陰燃熱解.
氮氣噴射被認為是更好的解決方案, 因為它是一種緩解筒倉火災事故的惰性氣體 - 它更易於大量使用, 更容易蒸發, 而且比二氧化碳更經濟. 使用氮氣是用於控制和撲滅PacBio火災策略的關鍵部分.
在PacBio, 報告中推薦的氮氣注入流量被參考, 並且考慮了筒倉的大小, 他們很快地向當地天然氣供應商Praxair發出了一個呼叫. 從阿爾伯塔省埃德蒙頓動員了一台移動式氮氣汽化器和罐式裝置, 以及隨後到來的其他罐車裝置. 天然氣和石油工業會定期使用這種類型的設備. 來自Solid Industrial Solutions的一名工程師也來到現場協助, 負責氮氣分配系統的設置, 並控制氮氣的流量注入.
根據所需的氮氣流量和體積, PacBio團隊指定了如何設置噴槍以驅動80英尺 (約24米) 直徑的筒倉. 呼籲動員氮氣的24小時內: 汽化裝置現場設置完畢, 注入噴槍到位, 氮氣分配系統連通, 氮氣注入開始.
為了使筒倉的頂部發泡而進行了幾次嘗試, 但不管泡沫密度如何, 最初為水安裝的噴淋系統都不足以將泡沫均勻地分散在顆粒頂部, 以產生有效的密封.
筒倉頂部空間內的氧氣含量降至10% 以下之後, 在氮氣注入後48小時內開始排空筒倉. PacBio團隊安全處理並撤離了被移走的物料. 急救人員配備了呼吸設備, 使所有人員都安全無恙. 來自筒倉的木質顆粒和碳化塊被安全地傳送到遠離工廠的平坦區域. 即使暴露在大氣中, 也沒有問題.
大約需要7天的時間才能將3500噸的過火物料撤離, 每輛貨車都安全地移動到一個遠離其他纖維殘渣的安全區域, 並在傾倒時用水浸沒, 以確保沒有剩餘的熱點.
第三課是: 隨時準備探測和控制筒倉/圓頂火災. 監測, 檢測和抑制系統必須安裝並保持良好的工作狀態. 正確安裝和運行的熱監測系統將有助於發現顆粒筒倉或圓頂內發展中的熱點位置. 當筒倉內的溫度監測器運行正常時, 將會檢測到事件預警並報警. 在觀察到煙霧之前的預警, 將顯著降低產品損失, 以及發生更嚴重事故的可能性.
安裝在筒倉頂部的一氧化碳和氧氣監測器可以提供持續的測量, 也可以幫助早期事件檢測. 一旦氮氣被注入到PacBio筒倉中, 如果沒有已經安裝在筒倉的頂部的採樣設備來獲得讀數, 會使得確定安全地從筒倉中移除物料所需的氣體水平更具挑戰性. 測試和維護這些系統必須是每周PM (預防性維護) 計劃的一部分.
在筒倉或圓頂內安裝一個永久的, 尺寸適當的氮氣噴射系統, 並在一個安全的位置安裝一個管道, 並且將它們連接起來, 這一點至關重要. 如果附近沒有氮氣和蒸發器供應商, 工廠應該盡量考慮在現場使用該設備. 在PacBio工廠中使用的快速裝配歧管對於控制流向噴槍的流量並不是最佳的. 管理適當分布在筒倉中的均勻流量會更有效, 並可能更快地控制熱解核心.
管理筒倉火災事件時, 筒倉或圓頂通風系統控制也至關重要. 系統應該有能力關閉和封閉底部散熱風扇, 以及控制筒倉頂部通風的能力. 這對於盡量減少廢氣流量並改善氮氣滲透, 減少所需的氮氣總量非常有利.
安裝一個適當的永久性水淋系統, 可以同時容納水和在整個顆粒堆的頂部正確地分配泡沫, 這將非常有效. 無法密封的筒倉或物料頂部使注入的氮氣更容易逸出, 從而降低了控制和停止熱解的能力. PacBio事件可能是用較少的氮氣來控制的, 如果使用了泡沫蓋, 則可能過程會更快.
關鍵原因
在大多數情況下, 懷疑引起熱解活性的起火點是由於一些外來的熱碎屑. 這可能來自球磨機輥軸承, 傳送帶系統輥或傳送帶故障, 也有可能來自熱維護工作的鋼水. 以上所有都是導致事故的原因.
由於木質顆粒是一種生物產品, 自發熱也可能是導致筒倉火災事故的原因. 這可能是由於微生物活動, 化學氧化過程, 水分遷移, 吸濕或是這些的組合. 由於微生物在較高溫度下會死亡, 因此該過程通常發生在高達45至75攝氏度的溫度範圍內. 微生物活動主要產生二氧化碳, 並且可以通過測量筒倉頂部空間中的二氧化碳濃度來檢測. 在較高溫度下, 自發熱源自化學氧化過程. 在木質顆粒中, 原因通常是化學氧化過程, 因為顆粒在生產過程中或多或少會被滅菌. 實際經驗表明, 這種氧化過程特別容易產生於新生產的顆粒, 部分原因是包含在木材中的各種樹脂的氧化.
呼籲採取行動
從生產商到最終用戶, 全球各地的木質顆粒行業利益相關者必須積極分享此事件的知識, 採用協議和技術來緩解並希望可以根除筒倉火災事故.
此行動號召包括所有木製顆粒行業協會和機構, 木製顆粒廠, 航運碼頭和發電廠所有者. 對於安全性和可靠性來說, 這些最佳實踐必須被木質顆粒廠作業管理層和相關人員理解和採用, 當地和區域第一響應者和消防隊, 急救培訓學院, 政府工作場所安全機構, 消防設備提供商, 木材顆粒處理供應商 (筒倉, 圓頂, 輸送機) , 鐵路和船運公司, 以及木顆粒項目開發商, 工程師和EPC承包商都需要參與進來.
必須鼓勵供應鏈中有筒倉或圓頂儲存顆粒的任何實體, 評估他們目前的木質顆粒儲存系統是否具有檢測和控制火災事件的能力. 如果存在缺陷, 則需要安裝保護技術和設備, 包括通風控制, 起泡設備和氮氣注入. 木製顆粒工廠, 木質顆粒儲存和運輸終端應確定並建立與其距離最近的氮氣供應和氣體工程服務的關係. 10到12小時的運輸半徑將提供足夠的響應時間. 如果距離較遠, 應考慮現場制氮系統.
必須鼓勵供應鏈中有筒倉或圓頂儲存的任何實體制定火災事故緩解和培訓計劃. 他們必須確保被召喚到現場的所有作業人員和消防員了解筒倉或圓頂內木屑顆粒的特性, 以及如何以最大效力來對抗火災, 以取保只造成最小的危險和損害. 所有人員應該熟悉被釋放的煙霧中所含氣體的危險.
必須時刻記住: '不是如果會有火災, 而是什麼時候會發生' , 任何時候, 不應該讓利益相關者進入自滿的狀態. 木質顆粒行業的每個利益相關者都必須努力確保 '如果' 不會像往常一樣被接受, 並且讓 '何時' 的幾率接近於零.
但是, 如果真的有了 '何時' , 所有利益相關者必須充分了解如何處理事件, 並且已經做好充分準備, 以安全有效地處理事件.
作者: John Swaan
FutureMetrics高級運營專家
