乙烯工業(yè)中環(huán)氧乙烷生產(chǎn)系統安全評價(jià)

2005年第2期廣東化工1"試驗與研究I乙烯工業(yè)中環(huán)氧乙烷生產(chǎn)系統安全評價(jià)于雁武' ,于雁榮? ,袁俊明' ,劉玉存'(1.中北大學(xué)環(huán)境與安全工程系,山西太原030051;2.陽(yáng)泉市工業(yè)學(xué)校硅酸鹽教研室,山西陽(yáng)泉045000)[摘要]運用道氏火災、爆炸危險指數評價(jià)方法對撫順乙烯化工廠(chǎng)環(huán)氧乙烷生產(chǎn)系統進(jìn)行安全評價(jià),同時(shí)對該系統的危險因素進(jìn)行辨識并提出整改措施。[關(guān)鍵詞]火災爆炸;危險指數;環(huán)氧乙烷;安全評價(jià)Safety Assessment for Oxirane Production System in Ethylene IndustryYu Yanwu'，Yu Yanrong , Yuan Junming'，Liu Yucun'(1. Department of Safety and Environmental , North University of China ,Taiyuan 030051 ,China;2. Office of Silicate Teaching and Research, Yangquan Institute of Industry , Yangquan 045000 , China)Abstract: The safety asesment for oxirane production system of ethylene chemical plant in Fushun was made byusing the risk index method of fire and explosion of Dows Chemical Company. In addition, the risk factors of this systemwere identified and improvement measures were suggested.Keywords :fire and explosion; risk index ;oxirane ;safety assessment環(huán)氧乙烷( EO)是乙烯工業(yè)衍生物中僅次于聚乙烯的重(F,)的求取;(7)火災、爆炸危險指數(F & EI)的求取;(8)要有機化工產(chǎn)品,除主要用于生產(chǎn)乙二醇(EG)外,還大量用安全措施補償系數(C)的求取;(9)危害系數(DF)的確定;于生產(chǎn)非離子型表面活性劑,乙二醇醚等。EO 的工業(yè)生產(chǎn)(10)暴露半徑(R)的計算;(11)暴露區域面積(S)的計算;方法有兩種,即氯醇法和直接氧化法。目前我國幾乎全部采(12)暴露區域內財產(chǎn)價(jià)值的估計;(13)基本最大可能財產(chǎn)用以乙烯和氧氣為主要原料的直接氧化法"。由于E0生損失(基本MPPD)的計算;(14)實(shí)際最大可能財產(chǎn)損失(實(shí)產(chǎn)系統中的工藝設備大部分具有易燃易爆、有毒有害.高溫際MPPD)的計算;(15)最大可能工作日損失( MPDO)的計高壓、深冷低溫等特點(diǎn),生產(chǎn)的安全問(wèn)題尤其重要。本文運算;(16)停產(chǎn)損失( BI)的計算等(2-4)。用道氏火災、爆炸危險指數評價(jià)法(以下簡(jiǎn)稱(chēng)道法)對撫順乙2EO生產(chǎn)系統概況烯化工廠(chǎng)EO生產(chǎn)系統各工藝單元進(jìn)行安全評價(jià)，同時(shí)根據撫順乙烯化工廠(chǎng)EO生產(chǎn)系統于1991年由美國成套引評價(jià)結果提出相應的安全預防措施和建議。進(jìn),操作時(shí)間為7.6x 10'h/a,純EO產(chǎn)品年產(chǎn)量為5.0x1道法10'kg。EO 生產(chǎn)系統流程如圖1所示。來(lái)自?xún)迏^的乙烯道法是由美國道(DOW)化學(xué)公司于1964 年首先提出(C,H,)和空氣分離塔分離出的氧氣(02)經(jīng)M101混合器充分的,用于評估特定工藝過(guò)程最大潛在損失范圍的一種工具?；旌虾筮M(jìn)入該系統的中心設備R101反應器。在R101反應器它是利用工藝過(guò)程中的物質(zhì)、工藝、設備.物料量等數據，通內,CH,和02按一定比例,在甲烷(CH、)作致穩劑及銀(Ag)過(guò)定量分析的方法，對生產(chǎn)裝置進(jìn)行火災、爆炸危險性評價(jià).作催化劑的條件下發(fā)生氧化反應生成EO。為了得到高純度并預測事故可能導致的實(shí)際危害和停產(chǎn)損失。該方法的評的EO產(chǎn)品,首先須將RI01反應器制得的E0(58.36%,體積價(jià)過(guò)程主要包括:(1)必要資料的準備;(2)評價(jià)單元的劃百分比)水溶液送至吸收塔脫除副產(chǎn)品二氧化碳(CO2),隨后分;(3)重要物質(zhì)的選取;(4)物質(zhì)系數( MF)的確定;(5)一進(jìn)入EO"中國煤化工液中的EO提濃至般工藝危險性系數(F, )的求取;(6)特殊工藝危險性系數99.99 %儲罐儲存。TYHCNMHG[收稿日期]2004-11-08.[作者簡(jiǎn)介]于雁武(1977-),男,山西陽(yáng)泉人,中北大學(xué)助教,碩士研究生。主要從事安全工程教學(xué)工作Eamlily771@ sina. com。2廣東化工2005年第2期純E0(99.99%)dCH0CH4.O2- 不| EO水溶液(58.36%)1-MI01混合器;2-RI01反應器;3-CO,吸收塔;4-E0精制塔;5-EO成品儲罐圖1EO生產(chǎn)系統流程圖3EO生產(chǎn)系統安全評價(jià)104kg,由文獻!”!附錄查得C2H。的燃燒熱為2.2x 10'J/kg.則本單元內總能量E為2.9x10* x2.2x10' =6.4x10"J,3.1評價(jià)單元劃分按照裝置生產(chǎn)工藝特點(diǎn),該系統可自然劃分為M101混所以由文獻!"附錄中《物質(zhì)燃燒附加系數圖》查得本單元物合器單元、R101反應器單元、CO2吸收單元、EO精制單元和質(zhì)量附加系數為1.50;(7)因為M101混合器中的物質(zhì)腐蝕速率(包括點(diǎn)腐蝕和局部腐蝕)小于1.3x10-* m/a,所 以本EO成品儲存單元。單元腐蝕附加系數取0.10;(8)因為MI01 混合器的泵和壓3.2 M101混合器單元安全評價(jià)蓋密封處可能產(chǎn)生輕微泄漏,所以本單元泄漏附加系數取3.2.1單元內重要物質(zhì)的選取本單元混合氣體中主要包含C,H.和O2兩種成分,由于0.10。由上述八項得出:F2 =基本系數+(2) +(3) +(4) +其中C2H。含量明顯偏高，所以選取本單元的重要物質(zhì)為(S) +(6) +(7) +(8)=4.43。CH。。3.2.5單元內工藝危險性系數(F,)和F&EI的求取3.2.2單元內MF的確定由F和F2得出:F= F，xF2=10.60。 因為F,的取值由文獻's.3附錄查得C.H的MF值為24。又因為CH上限為8.0,所以在計算過(guò)程中取F,=8.0。由F,和MF得的閃點(diǎn)為- 136C ,低于60C ,所以無(wú)需進(jìn)行溫度修正。出:F&EI = F,xMF =8.0x24 = 192。3.2.3單元內F,的求取3.2.6單元內C的求取F的求取過(guò)程包括:(1)基本系數取1.00 ;(2)因為C的求取應從工藝控制措施(C),危險物質(zhì)隔離措施M101混合器運作過(guò)程是在密閉容器內進(jìn)行,屬于對可燃氣(C2)和防火措施(C_)等方面考慮。C的求取過(guò)程包括:(1)體C,H,及助燃氣體O2的操作,且操作溫度遠在C2H.沸點(diǎn)本單元采用防爆膜和泄爆口防止設備發(fā)生意外事故,取修正之上;又因為被處理的C.H,含量大于4.1 x l0'kg,所以密閉系數為0.98;(2)本單元部分振動(dòng)儀可使設備停車(chē),取修正反應附加系數取0.90;(3)因為M101混合器屬于一個(gè)較危系數為0.96;(3)本單元采用了關(guān)鍵現場(chǎng)數據輸人冗余技險的裝置,故其--旦泄漏失火會(huì )引起火災,所以泄漏控制附術(shù),取修正系數為0. 93;(3)本單元有足夠的空間容量并能加系數取0. 50。自動(dòng)吹掃整個(gè)單元,取修正系數為0.94;(4)本單元操作采由上述三項得出:F =基本系數+ (2) +(3) =2.40。用DCS控制系統,取修正系數為0.93;(5)本單元采用不定3.2.4單元內F,的求取期活性化學(xué)物質(zhì)檢查,取修正系數為0.98;(6)本單元內工F2的求取過(guò)程包括:(1)基本系數取1. 00;(2)因為作人員定期開(kāi)展工藝.物質(zhì)變更的審核管理,取修正系數為C,H,屬于短期接觸即可引起刺激,致人輕微傷害的物質(zhì),由0.98。文獻']1查得其綜合毒性(Nh)為1.00,所以毒性物質(zhì)附加系由上述各項得出:C, =0. 98 x0.96 x0.93 x0. 94 x0.93數取0. 20;(3)因為來(lái)自空氣分離塔的氮氣(N2)主要用于x0.98 x0.98 =0.73。M101混合器的停車(chē)吹掃,在吹掃過(guò)程中可使C2H處于燃燒C2的求取過(guò)程包括:(1)本單元備有遙控切斷閥,以便范圍之外,所以吹掃故障附加系數取0.30;(4)因為M101混在緊急情況下迅速將容器及主要輸送管線(xiàn)隔離,則修正系數合器在運作過(guò)程中C,H, -直處于燃燒范圍內,所以燃燒范取0.96;(2)本單元備有備用貯槽(有適當的冷卻和通風(fēng)裝圍附加系數取0. 80;(5)因為M101混合器設計壓力為1.7x置),能安全地直接接受反應原料氣體,則修正系數取0.98;10°Pa(表壓)，正常操作壓力為1.6x10* Pa(表壓),釋放裝田立潞色出現錯誤的物料流向以置設定壓力為2.0x 10°Pa(表壓),則由文獻[2]附錄中《閃點(diǎn)及由中國煤化工數取0.98。低于60 C的易燃和可燃液體泄壓閥設定壓力表》得操作壓!YHCNMHG8x0.98=0.92。力附加系數取0.48,設定壓力系數取0.53,壓力調整系數為C,的求取過(guò)程包括:(1)本單元裝有可燃性氣體檢測0.48/0.53 =0. 90。所以本單元實(shí)際燃燒范圍附加系數為器,但該檢測器只能起到報警作用,并不能使保護系統動(dòng)作,0.48 x0. 90 =0.43;(6)MI01混合器中C2H,物料量為2.9x則修正系數取0.96;(2)本單元所有承重鋼結構均采用防火2005年第2期廣東化I3涂層涂覆,且涂覆高度均在5米以上,則修正系數取0.98;本本 MPPD = 3.3x10' xDF = 2.9x10' 元。單元消防水供應壓力低于6.9x10'Pa(表壓) ,則修正系數取3.2. 10單元內實(shí)際MPPD的計算0. 97;(3)本單元周?chē)O置了防爆墻,可以在一定防止以外事由基本MPPD和C得出:實(shí)際MPPD =基本MPPD xC故的發(fā)生,則修正系數取0.91;(4)本單元裝有遠距離手動(dòng)= 1.4x10'元。.控制標準泡沫噴酒系統,則修正系數取0.94;(5)本單元裝3.2.11單元內MPDO的計算有具有泡沫噴射能力的水槍,則修正系數取0.93;(6)M101混合器外層金屬罩上除有耐火涂料,則修正系數取0.98。結合實(shí)際MPPD的值,由文獻(2]附錄中《最大可能損失由上述各項得出:C, =0. 98x0.98 x0.97x0.91 x0.94日計算圖》查得:MPDO =28d。x0.93x0.98=0.73。綜合C、C2和C,得出:C=C xC2x3.2.12單元內BI 的計算C,=0.49。由此得出修正后F & EI的值為CxF & EI =94。M101混合器能否正常運行,將直接影響到整個(gè)EO生產(chǎn)3.2.7單元內DF的確定系統的經(jīng)濟效益,因此本單元的BI值應通過(guò)整個(gè)系統最終結合MF和F,的值,由文獻[21附錄中《單元危害系數計的純EO產(chǎn)量來(lái)求取。該系統純EO日產(chǎn)量為1.4x10't,根算圖》查得:DF=0.87。據市場(chǎng)行情,每噸純EO價(jià)格為0.72x10*元(2003年12月市場(chǎng)報價(jià))。由此得出:BI = MPDO x0. 7 x1.4x102 x3.2.8單元內R和S的計算由文獻['附錄中《影響區域(半徑)計算圖》查得:R=0.72x10*=1.9x10'元(式中,0. 7為固定成本和利潤)。EO生產(chǎn)系統中R101反應器單元.CO2吸收單元、E0精52m。由R得出:S=πR' =8.5x10' m'。制單元和EO成品儲存單元安全評價(jià)過(guò)程省略。EO生產(chǎn)系3.2.9單元內基本MPPD的計算本單元總投資額為4.7x10'元人民幣，扣除災害中不統各單元安全評價(jià)結果見(jiàn)表1。.受損失部分,則基本財產(chǎn)損失為3.3x10'元,由此得出:基表1 EO生產(chǎn) 系統各單元安全評價(jià)結果項目M101混合器單元RI01 反應器單元CO2吸收單元EO精制單元EO儲存單元主要物質(zhì)C2H。C2 H,:0E60M2429F &EI(修正前)922326817.61p &EI(修正后)11497340.490.580.52單元總投資額/元4.7x10'4.9x10'3.6x 1072.1 x10'基本MPPD/元2.9x 10'3.1 x10'0.58 x 10'1.4x 10'1.3x107實(shí)際MPPD/元1.5x10'0.49x10'0.80x10'0.71 x10'MPD0/d351:_BI/元1.9x107。2.5x 10'0.64x1071.1x1072.3x 10’4結論及整改措施區的工藝設備報警聯(lián)鎖裝置必須投入運行并保證完好;(5)道法規定:如果被評價(jià)單元的實(shí)際MPPD在2.0x10*美由于冬季氣溫較低,輸水管道容易凍凝,消防水栓不宜采用元以下,則表明該單元可以安全運行;如果被評價(jià)單元的實(shí)地上式,應改為地下式。此外,應對低溫條件下的工作人員際MPPD超過(guò)了4.0x10°美元,則必須采取相應安全措施后采取相應的保護措施。方可繼續運行。根據以上標準來(lái)衡量EO0生產(chǎn)系統各單元的參考文獻評價(jià)結果可知,該系統五個(gè)評價(jià)單元的實(shí)際MPPD均在2.0[1]王松漢,何細藕乙烯工藝與技術(shù)[M].北京:中國石化出版社，x10*美元以下(以現時(shí)匯率),屬于安全范圍內,所以現役.2000.21 -23.EO生產(chǎn)系統從理論上講是能夠安全運行的。然而,為使該[2]中國化工安全衛生技術(shù)協(xié)會(huì )防火防爆專(zhuān)業(yè)委員會(huì )編譯.道化學(xué)系統內事故發(fā)生的可能性降至最低,經(jīng)過(guò)分析得出以下整改公司火災、爆炸危險指數評價(jià)方法(第七版)[M].北京:化學(xué)工措施:業(yè)出版社91997.11-35.(1)切實(shí)落實(shí)各項安全生產(chǎn)管理制度,加強工藝紀律、操[3]陳寶智.危險源辨識、控制及評價(jià)[M].成都:四川科技出版社，作紀律，加強現場(chǎng)的巡回檢查，以便及時(shí)發(fā)現、處理各種可1996.能引起火災爆炸事故的不安全因素;(2)為防止與混合器、反.[4] AICHE. Dow Fire & Explosion Index Hazard Cassification Guide應器相連的第一道閥門(mén)、法蘭和墊片因質(zhì)量或其它原因發(fā)生中國煤化工Company 1999泄漏,在設計時(shí)應提高-一個(gè)壓力等級;(3)由于EO屬于有毒[s]馮肇北京:化學(xué)工業(yè)出版社，有害物質(zhì),在車(chē)間內毒性危害較大的單元應增強防護措施,199:CHCNMHG[6]E. s. Beckjord, M. A. Cunninggham and J. A. Murpby. Probabilitie盡量避免工作人員長(cháng)時(shí)間在此類(lèi)單元作業(yè);(4)為預防精制safety asessment development in the United States 1972 - 1990[].塔因EO泄漏而發(fā)生的燃燒爆炸事故,應在其底部增設一個(gè)Reliability Engineering and System Safety ，1993 ,39: 159 - 170.EO濃度自動(dòng)報警器,加強對EO泄漏的監控報警。此外,罐[7]龐麓鳴,等.工程熱力學(xué)[M].北京:人民教育出版社,1980.1.