張蓓 楊鳳平

(首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué),北京 100070)

化工合成氨系統(tǒng)火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性分析

張蓓 楊鳳平

(首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué),北京 100070)

通過(guò)對(duì)化工合成氨合成工藝過(guò)程的分析,得出一定的結(jié)論,此過(guò)程中通過(guò)對(duì)危險(xiǎn)有害因素的辨識(shí)和分析, 運(yùn)用定量的道化學(xué)公司火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)方法對(duì)某企業(yè)生產(chǎn)工藝過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià),得到了火災(zāi)爆炸指數(shù)、危險(xiǎn)等級(jí)、危險(xiǎn)暴露面積以及實(shí)際可能財(cái)產(chǎn)損失程度等參數(shù);并在此基礎(chǔ)上提出了事故預(yù)防的安全技術(shù)對(duì)策措施,各單元的火災(zāi)、爆炸指數(shù)的計(jì)算結(jié)果(Famp;EI)分別162,143,90,103,177,136,109,163,危險(xiǎn)等級(jí)分別為極端,嚴(yán)重,較輕,中等,極端,嚴(yán)重,中等,極端。針對(duì)此次評(píng)價(jià)結(jié)果的危險(xiǎn)等級(jí),在化工合成氨生產(chǎn)中要實(shí)行有針對(duì)的安全防護(hù),采取有重點(diǎn)的安全措施,使生產(chǎn)控制在安全的狀態(tài)。

化工合成氨 火災(zāi)爆炸 危險(xiǎn)性分析 道化學(xué)火災(zāi)與爆炸分析法

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)合成氨產(chǎn)品的需求量與日俱增，因此伴隨著氨生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生火災(zāi)、爆炸、泄漏等事故的潛在風(fēng)險(xiǎn)也在日益增長(zhǎng)[1]。以天然氣為原料的合成氨合成工藝，其生產(chǎn)工藝始終存在著高溫、高壓、易燃易爆等危險(xiǎn)因素，火災(zāi)、爆炸和重大設(shè)備事故的隱患客觀存在，一旦發(fā)生事故將會(huì)帶來(lái)巨大的人員傷亡、巨額的財(cái)產(chǎn)損失。本文化工合成氨風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是通過(guò)系統(tǒng)地分析合成氨系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程、原料、中間物料存儲(chǔ)過(guò)程的危險(xiǎn)有害因素，采用道化學(xué)火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法則可通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)的分析得到各種控制參數(shù)，以控制參數(shù)衡量危險(xiǎn)發(fā)生的可能性及危害性，從而制定相應(yīng)的安全措施，達(dá)到控制事故發(fā)生減少經(jīng)濟(jì)損失的目的。

1 化工合成氨系統(tǒng)存在的危險(xiǎn)因素

合成氨生產(chǎn)工藝主要包括：脫硫，轉(zhuǎn)化，變換，脫碳，甲烷化，合成，通過(guò)對(duì)合成氨的工藝流程進(jìn)行分析了解其可能存在的危險(xiǎn)，然后對(duì)一些典型事故的發(fā)生進(jìn)行了原因的探究，又以一些氣體可能對(duì)人體的傷害具體為例闡述化工合成氨可能存在的風(fēng)險(xiǎn)。

(1)脫硫；硫是多種催化劑的毒物。因此，脫硫單元出口原料氣中總硫含量高，危害性是比較大的，所造成的損失也大。生產(chǎn)中要特別重視，采取防范措施。1991年某化肥廠，由于煉油廠供應(yīng)的原料石腦油中混入了常壓塔常二線組分，石腦油出脫硫系統(tǒng)的含硫量超標(biāo)，導(dǎo)致一段轉(zhuǎn)化催化劑發(fā)生硫中毒，并產(chǎn)生高級(jí)烴裂解結(jié)碳，損壞一段轉(zhuǎn)化催化劑。(2)轉(zhuǎn)化；在裝置中，轉(zhuǎn)化單元運(yùn)行條件是比較苛刻的，各項(xiàng)工藝指標(biāo)的控制也要求嚴(yán)格，是裝置中危險(xiǎn)的部位。常見(jiàn)的故障：一段爐有催化劑中毒、結(jié)碳、粉碎，爐管超溫，壓差高等；二段爐有溫度高、催化劑損壞、出口甲烷高等；廢熱鍋爐有鍋爐爐管爆管等。轉(zhuǎn)化單元發(fā)生的事故中，以一段轉(zhuǎn)化爐發(fā)生的催化劑中毒，結(jié)碳事故造成的損失大、次數(shù)多。(3)變換；生產(chǎn)中，要將高溫、低溫變換爐人爐氣體中水蒸氣與一氧化碳的分子比(簡(jiǎn)稱(chēng)水氣比)，保持在一定范圍內(nèi)，還要將反應(yīng)溫度控制在最佳范圍內(nèi)，以保證一氧化碳的變換率。(4)脫碳；脫碳單元由于采用的吸收液為堿性液，具有腐蝕性。因而存在設(shè)備腐蝕的危險(xiǎn)，其中以再沸器受到的腐蝕最為嚴(yán)重。若吸收塔液位過(guò)低，工藝氣竄人再生塔，可造成再生塔超壓。如再生塔安全設(shè)施失靈，會(huì)導(dǎo)致發(fā)生重大爆炸、火災(zāi)事故。雖然吸收塔液位的控制都設(shè)有自動(dòng)調(diào)節(jié)、報(bào)警、聯(lián)鎖裝置，再生塔也設(shè)有爆破板，但生產(chǎn)中仍需重點(diǎn)防范。(5)甲烷化；甲烷化爐中進(jìn)行的甲烷化反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)。超溫易損壞甲烷化催化劑。甲烷化單元存在危險(xiǎn)因素主要是催化劑超溫和出口CO、CO2含量高。(6)合成；合成單元正常生產(chǎn)中主要操作參數(shù)有：溫度、壓力、循環(huán)氣流量、氫氮比、惰性氣含量、氨含量等。生產(chǎn)中不正?，F(xiàn)象常見(jiàn)的有：系統(tǒng)壓力過(guò)高、催化劑床層溫度過(guò)低、合成塔壓差大、泄漏及合成塔內(nèi)件損壞等。其中，以合成塔內(nèi)件損壞造成的事故損失大，停車(chē)時(shí)間長(zhǎng)。

2 進(jìn)行危險(xiǎn)性分析的方法介紹

2.1 道化學(xué)火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法定義及適用范圍

道化學(xué)公司(DOW)火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法[2]是已以往工藝過(guò)程中火災(zāi)、爆炸潛在危險(xiǎn)性為基礎(chǔ)，結(jié)合系統(tǒng)工藝過(guò)程中的物質(zhì)、設(shè)備、數(shù)量等數(shù)據(jù)，通過(guò)逐步推算的公式，對(duì)實(shí)際潛在火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)、反應(yīng)性危險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并計(jì)算經(jīng)濟(jì)損失的大小，以經(jīng)濟(jì)損失評(píng)價(jià)裝置的安全性。主要適用范圍：

(1)存儲(chǔ)、處理、生產(chǎn)易燃易爆、可燃、活性物質(zhì)的操作過(guò)程；(2)污水處理設(shè)備(設(shè)施)、公用工程系統(tǒng)、發(fā)電設(shè)備、變壓器、熱氧化器等工藝單元。

2.2 道化學(xué)火災(zāi)、爆炸指數(shù)評(píng)價(jià)法計(jì)算過(guò)程

A：確定工藝單元：

進(jìn)行危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)的第一步就是確定評(píng)價(jià)單元，單元是一個(gè)(套)生產(chǎn)裝置、設(shè)施或場(chǎng)所，或同屬一個(gè)工廠且邊緣距離小于500m的幾個(gè)(套)生產(chǎn)裝置等。

選擇工藝單元的幾項(xiàng)要點(diǎn)：(1)工藝單元的可燃，易燃或者化學(xué)活性物質(zhì)的最低量為2268kg或者2.27m3；(2)當(dāng)設(shè)備串聯(lián)布置且中間為相互有效隔開(kāi)，應(yīng)認(rèn)真考慮單元?jiǎng)澐值暮侠硇裕?3)仔細(xì)考慮操作狀態(tài)和操作時(shí)間也很重要。

B：確定物質(zhì)系數(shù)：

物質(zhì)系數(shù)(MF)是表述由燃燒或化學(xué)反應(yīng)引起的火災(zāi)、爆炸過(guò)程中潛在能量釋放的尺度，是一個(gè)最基礎(chǔ)的數(shù)值[3]。物質(zhì)系數(shù)是由美國(guó)消防協(xié)會(huì)確定的物質(zhì)可燃性NF和化學(xué)活性NR求的。單一物質(zhì)存在時(shí)其物質(zhì)系數(shù)可由物質(zhì)系數(shù)表查出。

當(dāng)物質(zhì)是混合時(shí)應(yīng)該遵循以下原則[4]：(1)若單元中存在多種危險(xiǎn)性的反應(yīng)物和一種生成物的危險(xiǎn)混合物時(shí)，由于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的速度很快，反應(yīng)物存在的時(shí)間足夠短，因此可把生成物的物質(zhì)系數(shù)作為工藝單元的物質(zhì)系數(shù)。(2)如果存在多種物質(zhì)組成的混合物，當(dāng)他們的含量基本相同但物質(zhì)系數(shù)不同時(shí)，將其中物質(zhì)系數(shù)最大的物質(zhì)的濃度在5%以上(質(zhì)量濃度)當(dāng)做工藝單元的物質(zhì)系數(shù)。(3)若幾種混合物中某種物質(zhì)的濃度高，一旦發(fā)生泄露，引起火災(zāi)、爆炸事故，工藝單元混合物的性質(zhì)與高濃度物質(zhì)的性質(zhì)相似，這時(shí)用該高濃度物質(zhì)的物質(zhì)系數(shù)作為工藝單元的物質(zhì)系數(shù)。

C：確定工藝危險(xiǎn)系數(shù)：[5]

工藝單元危險(xiǎn)系數(shù)(F3)=一般工藝危險(xiǎn)系數(shù)(F1)×特殊工藝危險(xiǎn)系數(shù)(F2)

表2-1 物質(zhì)的MF值(部分)

(1)一般工藝危險(xiǎn)系數(shù)F1：一般工藝危險(xiǎn)系數(shù)F1是確定事故危險(xiǎn)程度的主要因素，其中包括6項(xiàng)內(nèi)容，分別為：放熱反應(yīng)、吸熱反應(yīng)、物料處理和輸送、封閉結(jié)構(gòu)單元、通道、排放和泄露。(2)特殊工藝危險(xiǎn)系數(shù)F2：特殊工藝危險(xiǎn)系數(shù)是影響事故發(fā)生概率的主要原因，特定的工藝條件是導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸事故的主要原因。特殊工藝危險(xiǎn)[6]共包括：A：毒性物質(zhì)、B：負(fù)壓操作、C：燃燒范圍或其附近的操作、D：粉塵爆炸、E：釋放壓力、F：低溫、G：易燃和不穩(wěn)定物質(zhì)的數(shù)量、H：腐蝕、I：泄露、J：明火設(shè)備的使用、K：熱油交換系統(tǒng)、L：轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備。

D：確定火災(zāi)爆炸指數(shù)：火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)是用來(lái)估計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中的事故可能造成的破壞，已發(fā)展成為能夠給出單一工藝單元潛在火災(zāi)、爆炸損失相對(duì)值的綜合指數(shù)。單元的火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)(Famp;EI)=物質(zhì)系數(shù)(MF)×單元危險(xiǎn)系數(shù)(F3)。

表2-2 火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)等級(jí)表

表3-1 危險(xiǎn)源的辨識(shí)情況

3 實(shí)例驗(yàn)證

某化肥廠合成氨部分為實(shí)例，其危險(xiǎn)源的辨識(shí)情況如表3-1。

各單元的火災(zāi)、爆炸指數(shù)的計(jì)算結(jié)果(Famp;EI)分別為162，143，90，103，177，136，109，163，危險(xiǎn)等級(jí)分別為極端，嚴(yán)重，較輕，中等，極端，嚴(yán)重，中等，極端，因此在進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程中要對(duì)煤氣化工藝，合成冷凍氮回收工序，液氮罐進(jìn)行重點(diǎn)的監(jiān)控，因?yàn)樗麄兒苋菀自斐商貏e重大的事故，暴露半徑的偏大使周?chē)脑O(shè)備及人員處于極具危險(xiǎn)的狀態(tài)，同時(shí)危險(xiǎn)等級(jí)為嚴(yán)重的也要進(jìn)行特別的監(jiān)控，防止其發(fā)生事故對(duì)人造成傷害，針對(duì)此次評(píng)價(jià)結(jié)果的危險(xiǎn)等級(jí)，在化工合成氨生產(chǎn)中要實(shí)行有針對(duì)的安全防護(hù)，采取有重點(diǎn)的安全措施，使生產(chǎn)控制在安全的狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

利用火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法對(duì)化工合成氨系統(tǒng)進(jìn)行了危險(xiǎn)性分析，從一般工藝危險(xiǎn)性和復(fù)雜性、特殊工藝的危險(xiǎn)性和復(fù)雜性和安全補(bǔ)償措施等方面做出評(píng)價(jià)，使得能夠從工藝控制、物質(zhì)分離、防火措施等方面采取一定的預(yù)防對(duì)策，但是這種評(píng)價(jià)方法仍有一定的缺陷，即：道化學(xué)公司火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法，主要考慮了單元內(nèi)工藝裝置，過(guò)程及所含物料的危險(xiǎn)性，而對(duì)其周邊環(huán)境及人員管理和組織考慮較少。在實(shí)際管理中，除了要落實(shí)上述措施外，還應(yīng)運(yùn)用其他的安全評(píng)價(jià)方法進(jìn)行輔助評(píng)價(jià)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)安全性，從而達(dá)到整體的安全狀態(tài)。同時(shí)就從我國(guó)合成氨裝置引進(jìn)的情況來(lái)看，偏重于工藝技術(shù)的引進(jìn)而對(duì)于其配套的安全技術(shù)卻是一直缺失的。就我國(guó)現(xiàn)在的情況而言，合成氨裝置的安全措施與國(guó)際化工安全規(guī)范技術(shù)要求還有一定的差距，今后應(yīng)加強(qiáng)這方面的建設(shè)。

[1]王洪麗.合成氨項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究—以貴州開(kāi)陽(yáng)合成氨廠為例[D].北京化工大學(xué),2009.

[2]MARC.Environmental Impact Assessment Operational Cost Benefit Analysis[M].987,5(42):56-59.

[3]徐榮.400噸/年磷酸酯阻燃劑擴(kuò)建項(xiàng)目安全評(píng)價(jià)研究[D].華東理工大學(xué),2004.

[4]百度文庫(kù),http://wenku.baidu.com/view/e05d768884868762caaed520.html,2010.

[5]鄭亮.火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法在催化裂化裝置中的安全運(yùn)用[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù),2012.06:90-93.

[6]劉新民.氫氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)安全評(píng)價(jià)技術(shù)研究[J].中國(guó)職業(yè)安全健康協(xié)會(huì)2005年學(xué)術(shù)年會(huì).