2009年第3期消防技術(shù)與產(chǎn)品信息乙二醇生產(chǎn)裝置安全風(fēng)險評價萬玉峰(北京市消防總隊,北京1000摘要:采用美國道(DOW)化學(xué)公司火災(zāi)爆炸危險指數(shù)法,對乙二醇生產(chǎn)裝置的運(yùn)行進(jìn)行了安全風(fēng)險評價,提出了改進(jìn)措施關(guān)鍵詞:火災(zāi)爆炸;乙二醇生產(chǎn)裝置;危險指數(shù);安全風(fēng)險評價1前言性”欄目內(nèi),并求出相應(yīng)的附加系數(shù)(5)用一般工藝危險系數(shù)和特殊工藝危險系數(shù)求從1970年我國開始引進(jìn)乙二醇(以下簡稱EG)生出單元工藝危險系數(shù),再用單元危險系數(shù)與物質(zhì)系數(shù)產(chǎn)裝置,至今全國已達(dá)18套。EG裝置是以乙烯和氧查出損害系數(shù)氣為原料,在一定溫度、壓力下進(jìn)行的強(qiáng)放熱化學(xué)反(6)將單元工藝危險系數(shù)與物質(zhì)危險系數(shù)相乘,求應(yīng),其原料和中間產(chǎn)品易燃、易爆、有毒有害。因此,對出火災(zāi)爆炸指數(shù)(F&EI)。該類裝置運(yùn)行的安全十分重視,普遍推行現(xiàn)代安全管(7)用火災(zāi)爆炸指數(shù)查出單元的影響區(qū)域。理模式,對裝置采用多種系統(tǒng)安全分析評價方法,預(yù)先(8)查出單元影響區(qū)域內(nèi)所有財產(chǎn)價值,求出最大分析裝置潛在的安全隱患和發(fā)生事故的危害程度?？赡茇敭a(chǎn)損失(MPPD)。本文采用道(DOW)化學(xué)公司火災(zāi)爆炸危險指數(shù)(9)將高價值設(shè)施轉(zhuǎn)移至事故影響范圍之外,降低評價法(以下簡稱道氏評價法),對某EG裝置的最MPPD終危險度進(jìn)行分級,確定其安全等級和需要進(jìn)一步采(10)求出增設(shè)安全防護(hù)措施后,實際MPPD取的安全措施。(11)用實際MPPD求最大可能損失工作日MPDO。2安全風(fēng)險評價程序3EG生產(chǎn)裝置概況道氏評價法是以經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)損失的大小和事故影響3,1生產(chǎn)裝置工藝流程簡述范圍來度量事故的危險程度,而不是主觀地劃分危險某EG生產(chǎn)裝置是采用氧氣法,乙烯直接氧化生等級。該方法已成為石油化工企業(yè)進(jìn)行風(fēng)險評價的重產(chǎn)環(huán)氧乙烷(以下簡稱EO),EO再經(jīng)水合生產(chǎn)EG。該要方法。裝置年產(chǎn)EG55萬to道氏評價法的核心是利用生產(chǎn)裝置單元內(nèi)的物工藝流程:乙烯(99.95%)和氧氣(99.95%)按一質(zhì)、設(shè)備、物料量等數(shù)據(jù),結(jié)合工藝特點,通過查閱圖、定比例,在260℃、20MPa、銀催化劑作用下,氣相反應(yīng)表進(jìn)行推論和計算,求出發(fā)生事故造成的損失,分析、生成EO,EO經(jīng)水吸收塔吸收和氣相分離,剩余氣體里計算出事故影響區(qū)域范圍,確定生產(chǎn)裝置單元的火災(zāi)再補(bǔ)加乙烯、氧氣后重返氧化反應(yīng)器。EO水溶液經(jīng)爆炸危險度,據(jù)此采取安全措施以防止事故的發(fā)生,減EO提純塔提純濃縮后送EO精餾塔再精餾生產(chǎn)純EO少經(jīng)濟(jì)損失。評價程序具體步驟如下產(chǎn)品。部分EO水溶液與水再混合成一定比例,在(1)資料準(zhǔn)備。①工廠設(shè)計方案,工藝流程圖,定的溫度、壓力下生成EG、二乙二醇、三乙二醇等產(chǎn)工藝設(shè)備及安裝成本;②道氏評價法;③道氏火災(zāi)爆品。工藝流程見圖1炸指數(shù)計算表;④安全設(shè)施補(bǔ)償系數(shù)表;⑤裝置危險32裝置火災(zāi)爆炸危險性性評價總表。中國煤化工相和液相的易燃、易(2)確定單元的劃分。爆、有(3)求出單元內(nèi)物質(zhì)系數(shù)。NMHG兩力皿條件下,在爆炸極限(4)將單元的工藝條件,按道氏火災(zāi)爆炸指數(shù)計算區(qū)邊緣進(jìn)行連續(xù)強(qiáng)放熱反應(yīng)。反應(yīng)的爆炸極限范表分類,分別記入“一般工藝危險性”和“特殊工藝危險圍寬14萬玉峰:乙二醇生產(chǎn)裝置安全風(fēng)險評價2009年第3期水(汽)電、氮氣區(qū)烯、氧、甲烷、抑制劑5EG生產(chǎn)裝置1004單元安全風(fēng)險評價乙烯氧化反應(yīng),催化劑、(20℃2.0MPa乙烯、氧5.1單元火災(zāi)爆炸指數(shù)(F&EI計算吸收,三氧化碳(C0)脫除→(a氮5.1.1重要物質(zhì)的選取單元選取的重要物質(zhì)為乙烯、EO和甲烷三種E0汽提輕組分脫除→回收處理5.1.2物質(zhì)系數(shù)(MF)的求取水管反應(yīng)配MF值由物質(zhì)可燃性(N)和化學(xué)活潑性(Nr)求得,查《化工安全技術(shù)手冊》2得到100°單元的三種物質(zhì)EG副產(chǎn)品精制的MF為,乙烯:MF=24;EO:MF=29;甲烷:MF=2l化學(xué)反應(yīng)中此三種物質(zhì)為混合物狀態(tài),乙烯取MF副產(chǎn)品成品罐=24。另按美國消防協(xié)會(NFPA)規(guī)定,N=1,Nr=2。圖1EG裝置工藝流程圖5.1.3一般工藝危險性附加系數(shù)(F)求取(3)乙烯、氧和甲烷混合氣在流動中極易產(chǎn)生靜(1)基本系數(shù)1.00。電;產(chǎn)品EO易自聚導(dǎo)致爆炸。(2)單元乙烯和氧的反應(yīng)為放熱反應(yīng),取系數(shù)為4EG生產(chǎn)裝置單元劃分及簡介(3)單元區(qū)域面積600m2,周圍通道設(shè)計良好,取(1)100乙烯氧化反應(yīng)單元。乙烯、氧氣、甲烷、通路系數(shù)0.15一般工藝危險性附加系數(shù)F1=1.00+0.50+0.15CO2的混合氣體,經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入反應(yīng)器,在銀催化劑作用下反應(yīng):5.1.4特殊工藝危險性系數(shù)(F2)的求取C2H+l202→C2H40+0.12MJ/mol(1)(1)基本系數(shù)取1.00C2H4+302→2CO2+2H2O+1.35M/mol(2)(2)單元毒性物質(zhì)附加系數(shù)求取。乙烯、EO、二氯由反應(yīng)式可知,式(1)反應(yīng)過程生成的熱量為乙烷為一般毒性氣體,其綜合毒性(N)=2,則毒性物0.2MJ/ml,式(2)為1.35M/mol。10°單元內(nèi)進(jìn)行質(zhì)附加系數(shù)為040。的是強(qiáng)放熱化學(xué)反應(yīng),操作稍有不慎,即可加速(2)的(3)單元操作狀況附加系數(shù)求取。本單元氧化操反應(yīng),造成燃燒爆炸引發(fā)重大事故。事故檔案記載,該作選擇在爆炸極限區(qū)附近(O2≤8.2%)進(jìn)行。如果控單元在1987年曾發(fā)生爆炸事故,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)制儀表一旦失靈有可能進(jìn)入爆炸極限區(qū)內(nèi)操作,單元損失附加系數(shù)取080。(2)200°EO吸收及CO2脫除單元。來自100°單(4)單元壓力釋放系數(shù)的求取。乙烯和氧氣在元反應(yīng)后的混合氣體進(jìn)入EO吸收塔吸收EO后,大部2MP壓力下反應(yīng)。設(shè)有膜爆破壓力為23MPa泄壓分氣體直接返回100單元;少部分脫除CO2后再返回裝置。查道氏評價法中《閃點低于60℃的易燃和可燃100·單元液體泄放閥設(shè)定壓力》表附加系數(shù)0.54,爆破壓力附加系數(shù)0.58,前后壓力附加系數(shù)比值為0.54/0.58(3)300EO精制及輕組分脫除單元。來自2000.93。單元的EO吸收液進(jìn)入EO濃縮塔汽提精制,輕組分進(jìn)單元內(nèi)物質(zhì)為壓縮氣體,初始附加系數(shù)校正值入回收系統(tǒng)。事故檔案記載,該精制塔的保溫層內(nèi)曾20,則初始附加系數(shù)0.54×12=065。單元實因EO泄漏發(fā)生過自燃事故作壓力附加系數(shù)065×0.93=0.60。(4)400·EG水合反應(yīng)和脫水濃縮單元。來自(5)單元內(nèi)物質(zhì)量附加系數(shù)計算。單元內(nèi)可燃物200單元的EO吸收液和來自300°單元精制EO與水料量以EO反應(yīng)器、換熱器及管線容積折算體積為混合后進(jìn)入EG反應(yīng)器中水合生成EG及副產(chǎn)品,EG100中國煤化工260℃。乙烯燃燒熱水溶液初步脫水濃縮。CNMHG可燃物料總?cè)?5)500EG及副產(chǎn)品精制單元。來自400單元燒熱m{=.x150m+0.0×27670=42.78(C)的EG水溶液進(jìn)入降膜蒸發(fā)器濃縮EG,成品送入EG查道氏評價法《物質(zhì)燃燒附加系數(shù)圖》得單元物貯罐。質(zhì)附加系數(shù)為0.10。2009年第3期消防技術(shù)與產(chǎn)品信息(6)單元內(nèi)轉(zhuǎn)動設(shè)備附加系數(shù)確定。轉(zhuǎn)動設(shè)備大MPPD(實際)=MPPD(基本)xC=1829(萬元)型循環(huán)壓縮機(jī),軸功率1726kW,轉(zhuǎn)動設(shè)備附加系數(shù)5.7單元MPDO計算0.50。單元特殊工藝危險性系數(shù)F2=1.00+0,40+由道氏評價法《最大可能損失日數(shù)計算圖》"查得0.80+0.60+0.10+0.50=3.40單元MPDO=35(d)。5.1.5單元工藝危險性系數(shù)(F3)58單元最大可能停產(chǎn)損失(BI)計算F3=FIxF2=1.65×3.40=5,61單元氧化反應(yīng)器日產(chǎn)EO為168t。根據(jù)市場行F&EI=F3xMF=5.61×24=134.64情,每噸EO價值0.6萬元,EG裝置日產(chǎn)值101萬元52單元安全設(shè)施修正系數(shù)(C)計算100°單元停產(chǎn)日以35d計,則最大可能停產(chǎn)損失值BI單元安全設(shè)施修正系數(shù)從工藝控制、危險物質(zhì)隔= MPDO X0.60×101=2121(萬元)。離和防火措施方面求取。另:EG生產(chǎn)裝置300單元危險性評價過程省略。5.2.1工藝控制措施EG生產(chǎn)裝置100·、300單元危險性評價結(jié)果見表1。①設(shè)置緊急狀態(tài)動力源,修正系數(shù)098;②反應(yīng)表1100°、300°單元危險性評價結(jié)果器出口設(shè)急冷器,修正系數(shù)0.98;③反應(yīng)器設(shè)安全閥目和防爆膜,修正系數(shù)0.84;④反應(yīng)器進(jìn)、出氣管路,氧F&E6134.氣混合器、單組分氣體進(jìn)料等處設(shè)事故緊急切斷閥,修影響區(qū)域半徑/m正系數(shù)0.96;⑤單元操作采用DCS(計算機(jī)集散控制系影響區(qū)域內(nèi)財產(chǎn)價值/萬元6560DE0.820,82統(tǒng)),修正系數(shù)0.93;⑥單元設(shè)高壓惰性氣體保護(hù)裝MPPD萬元5379置,修正系數(shù)0.94。單元工藝控制系數(shù)(C1)=0.98×c0.98×0.84×0.96×0.93×0.94=0.68實際MPPD/萬元18299755.22危險物質(zhì)隔離停產(chǎn)日d①單元內(nèi)設(shè)遠(yuǎn)距離控制閥,修正系數(shù)096;②設(shè)B/萬元t061切斷、排放裝置,修正系數(shù)097;③單元內(nèi)設(shè)有完整的物流自鎖裝置修正系數(shù)0.98;④易燃物料排放至6EG生產(chǎn)裝置100·、300單元安全風(fēng)炬處理系統(tǒng),修正系數(shù)0.91。單元系統(tǒng)危險物質(zhì)隔離險評價結(jié)果討論及對策系數(shù)(C2)=0.96×097×0.98×0.91=0.83。道氏評價法確定的裝置可接受的風(fēng)險程度有兩條5.2.3防火措施標(biāo)準(zhǔn)衡量:一是單元實際MPPD在200萬美元以下,如①設(shè)氣體泄漏檢測器,修正系數(shù)0.94;②整體均果超過了400萬美元,則要求采取措施降低危險;二是為鋼質(zhì)結(jié)構(gòu),修正系數(shù)0.95;③完整的消防供水系統(tǒng),單元實際MPPD是損失替換值(投資成本×0.82)的修正系數(shù)094;④設(shè)手提式滅火器和水槍等,修正系10%左右時,是可以接受的,超出10%時,需要采取措數(shù)0.96;⑤全部電纜線均予屏蔽,修正系數(shù)0.74。單施降低危險。元防火措施系數(shù)(C3)=094×0.95×0.9×0.9根據(jù)道氏評價法的兩條標(biāo)準(zhǔn)衡量EG生產(chǎn)裝置安074=0.60。單元安全設(shè)施修正系數(shù)(C)=Cl×C2x全評價結(jié)果,顯然存在一定的危險,單元實際MPPDC3=0.34。1829萬元人民幣,沒有超過200萬美元。而實際53單元損害系數(shù)(DF)求取MPPD占損失替換值的百分比達(dá)到34%,超過了10%由道氏評價法《單元損害系數(shù)計算圖》查得DF的相對危險值界限,說明必須對裝置采取進(jìn)一步的安值為0.82。全防范措施。5.4單元火災(zāi)爆炸影響區(qū)域(半徑)確定6.1EG生產(chǎn)裝置安全整改內(nèi)容由道氏評價法《影響區(qū)(半徑)計算圖》查得單元經(jīng)過以上分析,EG生產(chǎn)裝置應(yīng)該從以下幾方面進(jìn)火災(zāi)爆炸影響區(qū)域(半徑)為35.0m。行整改。55單元MPPD(基本)計算TV凵中國煤化工處新增氧濃度檢單元總投資約0.80億元人民幣,扣除災(zāi)害中不受測點。損失部分,則基本財產(chǎn)損失6560萬元。單元MPPD(基CNMH,玉縮機(jī)出口壓力表本)計算:MPPD(基本)=6560×0.82=5379(萬元)。處、EO濃縮塔兩側(cè)中部、EO泵出口壓力表處增設(shè)攝像56單元MPPD(實際)計算頭,監(jiān)視各機(jī)、泵、塔、容器的壓力變化,迅速判斷有無16萬玉峰:乙二醇生產(chǎn)裝置安全風(fēng)險評價2009年第3期事故隱患;對E0濃縮塔兩側(cè)監(jiān)視,可隨時發(fā)現(xiàn)火情。上接第20頁)(3)改進(jìn)E0濃縮塔的保溫材質(zhì),由玻璃纖維改為3結(jié)束語涂敷固化料,以減少泄漏的EO在保溫層內(nèi)的停留,降低自燃火災(zāi)隱患基于處方式規(guī)范的常規(guī)防排煙設(shè)計方法已經(jīng)被廣(4)在EO濃縮塔下部增設(shè)空氣中EO濃度超標(biāo)大建筑設(shè)計人員所熟知,一些概念、方法也已經(jīng)根深蒂自動報警器。固地植根于人們的腦海之中。性能化的煙控系統(tǒng)設(shè)(5)在EO濃縮塔頂部增設(shè)EO濃度超標(biāo)自啟動計,作為新生事物在認(rèn)識基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)、計算方法等水噴淋系統(tǒng),排除險情。方面都與常規(guī)的方法有著比較大的差異。許多新概(6)增加消防人員與生產(chǎn)裝置安全管理人員共同念,例如清晰高度、儲煙倉、煙層厚度、羽流等,在常規(guī)進(jìn)入現(xiàn)場檢査的次數(shù),確保工藝操作規(guī)程和安全監(jiān)控設(shè)計中是沒有被引入的;許多新的理念例如排煙量的措施得到完整的落實。大小與清晰高度有關(guān)、需要設(shè)置多個排煙口、0.5m的62生產(chǎn)裝置整改后安全修正系數(shù)及損失值計算擋煙垂壁不一定可以阻擋煙氣蔓延等,按照常規(guī)設(shè)計重新對經(jīng)過整改的生產(chǎn)裝置安全修正系數(shù)C及的思路是難以接受的。鑒于這兩種規(guī)范體系的差異損失值進(jìn)行計算如下。性,它們之間的碰撞必將隨時隨地地產(chǎn)生。目前階段(1)對100°單元工藝控制系數(shù)C1求取:具有維部分設(shè)計師已經(jīng)逐步接受性能化的煙控系統(tǒng)設(shè)計,而持10min提供了15%冷卻要求,系數(shù)097;改進(jìn)了在線仍有部分設(shè)計師固步自封,不能正視性能化的設(shè)計的控制系統(tǒng),系數(shù)097;完善了操作規(guī)程,系數(shù)091。C1科學(xué)性,避之而不及。因此性能化設(shè)計工作的一個重=C1(原始)×0.97×0.97×0.91=0.58要方面是對性能化設(shè)計思想、方法的推廣和介紹,只有(2)危險隔離系數(shù)C2:加強(qiáng)了對隔離閥的檢修,系讓廣大業(yè)界了解性能化設(shè)計工作的理論基礎(chǔ)、計算方數(shù)0.96;增強(qiáng)了設(shè)備容納泄漏的能力,系數(shù)096。法,參與到學(xué)習(xí)、討論批判中來,才能使性能化設(shè)計得C2=C2(原始)x0.96×0.96=0.76到成長的機(jī)會。(3)防火措施系數(shù)C3:增設(shè)了水幕系統(tǒng),系數(shù)0.97;對電纜進(jìn)行了屏障,系數(shù)09;設(shè)置特殊滅火監(jiān)參考文獻(xiàn):測系統(tǒng),系數(shù)091;加設(shè)了泡沫滅火系統(tǒng),系數(shù)0.92。1GB5006000速筑設(shè)計防火規(guī)范[sC3=C3(原始)×0.97×0.94×0.9×0.92=0.46。[2]GB50045-1995(2005年版),高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范由此可以得到經(jīng)過整改后的100·單元安全設(shè)施修正系數(shù)C為:C=Cl×C2xC3=0.58×0.76x0.46=[3]D08800,建筑防排煙技術(shù)規(guī)程[S]020。同樣對300單元計算得到其安全設(shè)施修正系[4] Relationships for smoke control calculations, TechnicalMemoranda TM 19, The Chartered Institution of building數(shù)C=0.17Services Engineers, 1995[s]7結(jié)束語[5]Codes of Practice for Minimum Fire Service Installations andEquipment and Inspection, Testing and Maintenance of經(jīng)過安全整改后,EG生產(chǎn)裝置的100°單元和Installations and Equipment, Fire Services Department, Hong300°單元的實際損失值分別占了損失替換值的20%Kong, 2005[s]和17%,較原先的實際損失值占損失替換值的34%已6] Guide for Smoke Management System in Mal,Ania, and Larg大大降低,EG裝置安全運(yùn)行的可靠性有了極大的提Area, NFPA 92B. 2000Edition, National Fire Protection高,可以正常運(yùn)行。Association, US, 2000[S][7 Buchanan AH(Editor), Fire Engineering Design Guide, Second參考文獻(xiàn)[1] Dows Chemical CO., Fire& Explosion Index ClassificationCanterbury, Christchurch, New Zealand, 2001[S]Guide, 1987[M][8]肖澤南北京奧運(yùn)體育館煙控系統(tǒng)性能化設(shè)計[J]科技[2]馮肇瑞,楊有啟化工安全技術(shù)手冊[M]北京:化學(xué)工業(yè)中國煤化工出版社,1993,(2):846CNMHG收稿日期:00811-18;修回日期:200901-10收稿日期:2008-12.24;修回日期:200901作者地址:北京市西直門內(nèi)大街190號第二作者地址:北京市朝陽區(qū)北三環(huán)東路30號電話:(010)82215409電話:(010)64517879