乙烯工业中环氧乙烷生产系统安全评价

2005年第2期广东化工1"试验与研究I乙烯工业中环氧乙烷生产系统安全评价于雁武' ,于雁荣? ,袁俊明' ,刘玉存'(1.中北大学环境与安全工程系,山西太原030051;2.阳泉市工业学校硅酸盐教研室,山西阳泉045000)[摘要]运用道氏火灾、爆炸危险指数评价方法对抚顺乙烯化工厂环氧乙烷生产系统进行安全评价,同时对该系统的危险因素进行辨识并提出整改措施。[关键词]火灾爆炸;危险指数;环氧乙烷;安全评价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环氧乙烷( EO)是乙烯工业衍生物中仅次于聚乙烯的重(F,)的求取;(7)火灾、爆炸危险指数(F & EI)的求取;(8)要有机化工产品,除主要用于生产乙二醇(EG)外,还大量用安全措施补偿系数(C)的求取;(9)危害系数(DF)的确定;于生产非离子型表面活性剂,乙二醇醚等。EO 的工业生产(10)暴露半径(R)的计算;(11)暴露区域面积(S)的计算;方法有两种,即氯醇法和直接氧化法。目前我国几乎全部采(12)暴露区域内财产价值的估计;(13)基本最大可能财产用以乙烯和氧气为主要原料的直接氧化法"。由于E0生损失(基本MPPD)的计算;(14)实际最大可能财产损失(实产系统中的工艺设备大部分具有易燃易爆、有毒有害.高温际MPPD)的计算;(15)最大可能工作日损失( MPDO)的计高压、深冷低温等特点,生产的安全问题尤其重要。本文运算;(16)停产损失( BI)的计算等(2-4)。用道氏火灾、爆炸危险指数评价法(以下简称道法)对抚顺乙2EO生产系统概况烯化工厂EO生产系统各工艺单元进行安全评价，同时根据抚顺乙烯化工厂EO生产系统于1991年由美国成套引评价结果提出相应的安全预防措施和建议。进,操作时间为7.6x 10'h/a,纯EO产品年产量为5.0x1道法10'kg。EO 生产系统流程如图1所示。来自储罐区的乙烯道法是由美国道(DOW)化学公司于1964 年首先提出(C,H,)和空气分离塔分离出的氧气(02)经M101混合器充分的,用于评估特定工艺过程最大潜在损失范围的一种工具。混合后进入该系统的中心设备R101反应器。在R101反应器它是利用工艺过程中的物质、工艺、设备.物料量等数据，通内,CH,和02按一定比例,在甲烷(CH、)作致稳剂及银(Ag)过定量分析的方法，对生产装置进行火灾、爆炸危险性评价.作催化剂的条件下发生氧化反应生成EO。为了得到高纯度并预测事故可能导致的实际危害和停产损失。该方法的评的EO产品,首先须将RI01反应器制得的E0(58.36%,体积价过程主要包括:(1)必要资料的准备;(2)评价单元的划百分比)水溶液送至吸收塔脱除副产品二氧化碳(CO2),随后分;(3)重要物质的选取;(4)物质系数( MF)的确定;(5)一进入EO"中国煤化工液中的EO提浓至般工艺危险性系数(F, )的求取;(6)特殊工艺危险性系数99.99 %储罐储存。TYHCNMHG[收稿日期]2004-11-08.[作者简介]于雁武(1977-),男,山西阳泉人,中北大学助教,硕士研究生。主要从事安全工程教学工作Eamlily771@ sina. com。2广东化工2005年第2期纯E0(99.99%)dCH0CH4.O2- 不| EO水溶液(58.36%)1-MI01混合器;2-RI01反应器;3-CO,吸收塔;4-E0精制塔;5-EO成品储罐图1EO生产系统流程图3EO生产系统安全评价104kg,由文献!”!附录查得C2H。的燃烧热为2.2x 10'J/kg.则本单元内总能量E为2.9x10* x2.2x10' =6.4x10"J,3.1评价单元划分按照装置生产工艺特点,该系统可自然划分为M101混所以由文献!"附录中《物质燃烧附加系数图》查得本单元物合器单元、R101反应器单元、CO2吸收单元、EO精制单元和质量附加系数为1.50;(7)因为M101混合器中的物质腐蚀速率(包括点腐蚀和局部腐蚀)小于1.3x10-* m/a,所 以本EO成品储存单元。单元腐蚀附加系数取0.10;(8)因为MI01 混合器的泵和压3.2 M101混合器单元安全评价盖密封处可能产生轻微泄漏,所以本单元泄漏附加系数取3.2.1单元内重要物质的选取本单元混合气体中主要包含C,H.和O2两种成分,由于0.10。由上述八项得出:F2 =基本系数+(2) +(3) +(4) +其中C2H。含量明显偏高，所以选取本单元的重要物质为(S) +(6) +(7) +(8)=4.43。CH。。3.2.5单元内工艺危险性系数(F,)和F&EI的求取3.2.2单元内MF的确定由F和F2得出:F= F，xF2=10.60。 因为F,的取值由文献's.3附录查得C.H的MF值为24。又因为CH上限为8.0,所以在计算过程中取F,=8.0。由F,和MF得的闪点为- 136C ,低于60C ,所以无需进行温度修正。出:F&EI = F,xMF =8.0x24 = 192。3.2.3单元内F,的求取3.2.6单元内C的求取F的求取过程包括:(1)基本系数取1.00 ;(2)因为C的求取应从工艺控制措施(C),危险物质隔离措施M101混合器运作过程是在密闭容器内进行,属于对可燃气(C2)和防火措施(C_)等方面考虑。C的求取过程包括:(1)体C,H,及助燃气体O2的操作,且操作温度远在C2H.沸点本单元采用防爆膜和泄爆口防止设备发生意外事故,取修正之上;又因为被处理的C.H,含量大于4.1 x l0'kg,所以密闭系数为0.98;(2)本单元部分振动仪可使设备停车,取修正反应附加系数取0.90;(3)因为M101混合器属于一个较危系数为0.96;(3)本单元采用了关键现场数据输人冗余技险的装置,故其--旦泄漏失火会引起火灾,所以泄漏控制附术,取修正系数为0. 93;(3)本单元有足够的空间容量并能加系数取0. 50。自动吹扫整个单元,取修正系数为0.94;(4)本单元操作采由上述三项得出:F =基本系数+ (2) +(3) =2.40。用DCS控制系统,取修正系数为0.93;(5)本单元采用不定3.2.4单元内F,的求取期活性化学物质检查,取修正系数为0.98;(6)本单元内工F2的求取过程包括:(1)基本系数取1. 00;(2)因为作人员定期开展工艺.物质变更的审核管理,取修正系数为C,H,属于短期接触即可引起刺激,致人轻微伤害的物质,由0.98。文献']1查得其综合毒性(Nh)为1.00,所以毒性物质附加系由上述各项得出:C, =0. 98 x0.96 x0.93 x0. 94 x0.93数取0. 20;(3)因为来自空气分离塔的氮气(N2)主要用于x0.98 x0.98 =0.73。M101混合器的停车吹扫,在吹扫过程中可使C2H处于燃烧C2的求取过程包括:(1)本单元备有遥控切断阀,以便范围之外,所以吹扫故障附加系数取0.30;(4)因为M101混在紧急情况下迅速将容器及主要输送管线隔离,则修正系数合器在运作过程中C,H, -直处于燃烧范围内,所以燃烧范取0.96;(2)本单元备有备用贮槽(有适当的冷却和通风装围附加系数取0. 80;(5)因为M101混合器设计压力为1.7x置),能安全地直接接受反应原料气体,则修正系数取0.98;10°Pa(表压)，正常操作压力为1.6x10* Pa(表压),释放装田立潞色出现错误的物料流向以置设定压力为2.0x 10°Pa(表压),则由文献[2]附录中《闪点及由中国煤化工数取0.98。低于60 C的易燃和可燃液体泄压阀设定压力表》得操作压!YHCNMHG8x0.98=0.92。力附加系数取0.48,设定压力系数取0.53,压力调整系数为C,的求取过程包括:(1)本单元装有可燃性气体检测0.48/0.53 =0. 90。所以本单元实际燃烧范围附加系数为器,但该检测器只能起到报警作用,并不能使保护系统动作,0.48 x0. 90 =0.43;(6)MI01混合器中C2H,物料量为2.9x则修正系数取0.96;(2)本单元所有承重钢结构均采用防火2005年第2期广东化I3涂层涂覆,且涂覆高度均在5米以上,则修正系数取0.98;本本 MPPD = 3.3x10' xDF = 2.9x10' 元。单元消防水供应压力低于6.9x10'Pa(表压) ,则修正系数取3.2. 10单元内实际MPPD的计算0. 97;(3)本单元周围设置了防爆墙,可以在一定防止以外事由基本MPPD和C得出:实际MPPD =基本MPPD xC故的发生,则修正系数取0.91;(4)本单元装有远距离手动= 1.4x10'元。.控制标准泡沫喷酒系统,则修正系数取0.94;(5)本单元装3.2.11单元内MPDO的计算有具有泡沫喷射能力的水枪,则修正系数取0.93;(6)M101混合器外层金属罩上除有耐火涂料,则修正系数取0.98。结合实际MPPD的值,由文献(2]附录中《最大可能损失由上述各项得出:C, =0. 98x0.98 x0.97x0.91 x0.94日计算图》查得:MPDO =28d。x0.93x0.98=0.73。综合C、C2和C,得出:C=C xC2x3.2.12单元内BI 的计算C,=0.49。由此得出修正后F & EI的值为CxF & EI =94。M101混合器能否正常运行,将直接影响到整个EO生产3.2.7单元内DF的确定系统的经济效益,因此本单元的BI值应通过整个系统最终结合MF和F,的值,由文献[21附录中《单元危害系数计的纯EO产量来求取。该系统纯EO日产量为1.4x10't,根算图》查得:DF=0.87。据市场行情,每吨纯EO价格为0.72x10*元(2003年12月市场报价)。由此得出:BI = MPDO x0. 7 x1.4x102 x3.2.8单元内R和S的计算由文献['附录中《影响区域(半径)计算图》查得:R=0.72x10*=1.9x10'元(式中,0. 7为固定成本和利润)。EO生产系统中R101反应器单元.CO2吸收单元、E0精52m。由R得出:S=πR' =8.5x10' m'。制单元和EO成品储存单元安全评价过程省略。EO生产系3.2.9单元内基本MPPD的计算本单元总投资额为4.7x10'元人民币，扣除灾害中不统各单元安全评价结果见表1。.受损失部分,则基本财产损失为3.3x10'元,由此得出:基表1 EO生产 系统各单元安全评价结果项目M101混合器单元RI01 反应器单元CO2吸收单元EO精制单元EO储存单元主要物质C2H。C2 H,:0E60M2429F &EI(修正前)922326817.61p &EI(修正后)11497340.490.580.52单元总投资额/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实际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结论及整改措施区的工艺设备报警联锁装置必须投入运行并保证完好;(5)道法规定:如果被评价单元的实际MPPD在2.0x10*美由于冬季气温较低,输水管道容易冻凝,消防水栓不宜采用元以下,则表明该单元可以安全运行;如果被评价单元的实地上式,应改为地下式。此外,应对低温条件下的工作人员际MPPD超过了4.0x10°美元,则必须采取相应安全措施后采取相应的保护措施。方可继续运行。根据以上标准来衡量EO0生产系统各单元的参考文献评价结果可知,该系统五个评价单元的实际MPPD均在2.0[1]王松汉,何细藕乙烯工艺与技术[M].北京:中国石化出版社，x10*美元以下(以现时汇率),属于安全范围内,所以现役.2000.21 -23.EO生产系统从理论上讲是能够安全运行的。然而,为使该[2]中国化工安全卫生技术协会防火防爆专业委员会编译.道化学系统内事故发生的可能性降至最低,经过分析得出以下整改公司火灾、爆炸危险指数评价方法(第七版)[M].北京:化学工措施:业出版社91997.11-35.(1)切实落实各项安全生产管理制度,加强工艺纪律、操[3]陈宝智.危险源辨识、控制及评价[M].成都:四川科技出版社，作纪律，加强现场的巡回检查，以便及时发现、处理各种可1996.能引起火灾爆炸事故的不安全因素;(2)为防止与混合器、反.[4] AICHE. Dow Fire & Explosion Index Hazard Cassification Guide应器相连的第一道阀门、法兰和垫片因质量或其它原因发生中国煤化工Company 1999泄漏,在设计时应提高-一个压力等级;(3)由于EO属于有毒[s]冯肇北京:化学工业出版社，有害物质,在车间内毒性危害较大的单元应增强防护措施,199:CHCNMHG[6]E. s. Beckjord, M. A. Cunninggham and J. A. Murpby. Probabilitie尽量避免工作人员长时间在此类单元作业;(4)为预防精制safety asessment development in the United States 1972 - 1990[].塔因EO泄漏而发生的燃烧爆炸事故,应在其底部增设一个Reliability Engineering and System Safety ，1993 ,39: 159 - 170.EO浓度自动报警器,加强对EO泄漏的监控报警。此外,罐[7]庞麓鸣,等.工程热力学[M].北京:人民教育出版社,1980.1.