乙二醇生产装置安全风险评价

2009年第3期消防技术与产品信息乙二醇生产装置安全风险评价万玉峰(北京市消防总队,北京1000摘要:采用美国道(DOW)化学公司火灾爆炸危险指数法,对乙二醇生产装置的运行进行了安全风险评价,提出了改进措施关键词:火灾爆炸;乙二醇生产装置;危险指数;安全风险评价1前言性”栏目内,并求出相应的附加系数(5)用一般工艺危险系数和特殊工艺危险系数求从1970年我国开始引进乙二醇(以下简称EG)生出单元工艺危险系数,再用单元危险系数与物质系数产装置,至今全国已达18套。EG装置是以乙烯和氧查出损害系数气为原料,在一定温度、压力下进行的强放热化学反(6)将单元工艺危险系数与物质危险系数相乘,求应,其原料和中间产品易燃、易爆、有毒有害。因此,对出火灾爆炸指数(F&EI)。该类装置运行的安全十分重视,普遍推行现代安全管(7)用火灾爆炸指数查出单元的影响区域。理模式,对装置采用多种系统安全分析评价方法,预先(8)查出单元影响区域内所有财产价值,求出最大分析装置潜在的安全隐患和发生事故的危害程度。可能财产损失(MPPD)。本文采用道(DOW)化学公司火灾爆炸危险指数(9)将高价值设施转移至事故影响范围之外,降低评价法(以下简称道氏评价法),对某EG装置的最MPPD终危险度进行分级,确定其安全等级和需要进一步采(10)求出增设安全防护措施后,实际MPPD取的安全措施。(11)用实际MPPD求最大可能损失工作日MPDO。2安全风险评价程序3EG生产装置概况道氏评价法是以经济财产损失的大小和事故影响3,1生产装置工艺流程简述范围来度量事故的危险程度,而不是主观地划分危险某EG生产装置是采用氧气法,乙烯直接氧化生等级。该方法已成为石油化工企业进行风险评价的重产环氧乙烷(以下简称EO),EO再经水合生产EG。该要方法。装置年产EG55万to道氏评价法的核心是利用生产装置单元内的物工艺流程:乙烯(99.95%)和氧气(99.95%)按一质、设备、物料量等数据,结合工艺特点,通过查阅图、定比例,在260℃、20MPa、银催化剂作用下,气相反应表进行推论和计算,求出发生事故造成的损失,分析、生成EO,EO经水吸收塔吸收和气相分离,剩余气体里计算出事故影响区域范围,确定生产装置单元的火灾再补加乙烯、氧气后重返氧化反应器。EO水溶液经爆炸危险度,据此采取安全措施以防止事故的发生,减EO提纯塔提纯浓缩后送EO精馏塔再精馏生产纯EO少经济损失。评价程序具体步骤如下产品。部分EO水溶液与水再混合成一定比例,在(1)资料准备。①工厂设计方案,工艺流程图,定的温度、压力下生成EG、二乙二醇、三乙二醇等产工艺设备及安装成本;②道氏评价法;③道氏火灾爆品。工艺流程见图1炸指数计算表;④安全设施补偿系数表;⑤装置危险32装置火灾爆炸危险性性评价总表。中国煤化工相和液相的易燃、易(2)确定单元的划分。爆、有(3)求出单元内物质系数。NMHG两力皿条件下,在爆炸极限(4)将单元的工艺条件,按道氏火灾爆炸指数计算区边缘进行连续强放热反应。反应的爆炸极限范表分类,分别记入“一般工艺危险性”和“特殊工艺危险围宽14万玉峰:乙二醇生产装置安全风险评价2009年第3期水(汽)电、氮气区烯、氧、甲烷、抑制剂5EG生产装置1004单元安全风险评价乙烯氧化反应,催化剂、(20℃2.0MPa乙烯、氧5.1单元火灾爆炸指数(F&EI计算吸收,三氧化碳(C0)脱除→(a氮5.1.1重要物质的选取单元选取的重要物质为乙烯、EO和甲烷三种E0汽提轻组分脱除→回收处理5.1.2物质系数(MF)的求取水管反应配MF值由物质可燃性(N)和化学活泼性(Nr)求得,查《化工安全技术手册》2得到100°单元的三种物质EG副产品精制的MF为,乙烯:MF=24;EO:MF=29;甲烷:MF=2l化学反应中此三种物质为混合物状态,乙烯取MF副产品成品罐=24。另按美国消防协会(NFPA)规定,N=1,Nr=2。图1EG装置工艺流程图5.1.3一般工艺危险性附加系数(F)求取(3)乙烯、氧和甲烷混合气在流动中极易产生静(1)基本系数1.00。电;产品EO易自聚导致爆炸。(2)单元乙烯和氧的反应为放热反应,取系数为4EG生产装置单元划分及简介(3)单元区域面积600m2,周围通道设计良好,取(1)100乙烯氧化反应单元。乙烯、氧气、甲烷、通路系数0.15一般工艺危险性附加系数F1=1.00+0.50+0.15CO2的混合气体,经预热后进入反应器,在银催化剂作用下反应:5.1.4特殊工艺危险性系数(F2)的求取C2H+l202→C2H40+0.12MJ/mol(1)(1)基本系数取1.00C2H4+302→2CO2+2H2O+1.35M/mol(2)(2)单元毒性物质附加系数求取。乙烯、EO、二氯由反应式可知,式(1)反应过程生成的热量为乙烷为一般毒性气体,其综合毒性(N)=2,则毒性物0.2MJ/ml,式(2)为1.35M/mol。10°单元内进行质附加系数为040。的是强放热化学反应,操作稍有不慎,即可加速(2)的(3)单元操作状况附加系数求取。本单元氧化操反应,造成燃烧爆炸引发重大事故。事故档案记载,该作选择在爆炸极限区附近(O2≤8.2%)进行。如果控单元在1987年曾发生爆炸事故,造成严重的经济制仪表一旦失灵有可能进入爆炸极限区内操作,单元损失附加系数取080。(2)200°EO吸收及CO2脱除单元。来自100°单(4)单元压力释放系数的求取。乙烯和氧气在元反应后的混合气体进入EO吸收塔吸收EO后,大部2MP压力下反应。设有膜爆破压力为23MPa泄压分气体直接返回100单元;少部分脱除CO2后再返回装置。查道氏评价法中《闪点低于60℃的易燃和可燃100·单元液体泄放阀设定压力》表附加系数0.54,爆破压力附加系数0.58,前后压力附加系数比值为0.54/0.58(3)300EO精制及轻组分脱除单元。来自2000.93。单元的EO吸收液进入EO浓缩塔汽提精制,轻组分进单元内物质为压缩气体,初始附加系数校正值入回收系统。事故档案记载,该精制塔的保温层内曾20,则初始附加系数0.54×12=065。单元实因EO泄漏发生过自燃事故作压力附加系数065×0.93=0.60。(4)400·EG水合反应和脱水浓缩单元。来自(5)单元内物质量附加系数计算。单元内可燃物200单元的EO吸收液和来自300°单元精制EO与水料量以EO反应器、换热器及管线容积折算体积为混合后进入EG反应器中水合生成EG及副产品,EG100中国煤化工260℃。乙烯燃烧热水溶液初步脱水浓缩。CNMHG可燃物料总燃(5)500EG及副产品精制单元。来自400单元烧热m{=.x150m+0.0×27670=42.78(C)的EG水溶液进入降膜蒸发器浓缩EG,成品送入EG查道氏评价法《物质燃烧附加系数图》得单元物贮罐。质附加系数为0.10。2009年第3期消防技术与产品信息(6)单元内转动设备附加系数确定。转动设备大MPPD(实际)=MPPD(基本)xC=1829(万元)型循环压缩机,轴功率1726kW,转动设备附加系数5.7单元MPDO计算0.50。单元特殊工艺危险性系数F2=1.00+0,40+由道氏评价法《最大可能损失日数计算图》"查得0.80+0.60+0.10+0.50=3.40单元MPDO=35(d)。5.1.5单元工艺危险性系数(F3)58单元最大可能停产损失(BI)计算F3=FIxF2=1.65×3.40=5,61单元氧化反应器日产EO为168t。根据市场行F&EI=F3xMF=5.61×24=134.64情,每吨EO价值0.6万元,EG装置日产值101万元52单元安全设施修正系数(C)计算100°单元停产日以35d计,则最大可能停产损失值BI单元安全设施修正系数从工艺控制、危险物质隔= MPDO X0.60×101=2121(万元)。离和防火措施方面求取。另:EG生产装置300单元危险性评价过程省略。5.2.1工艺控制措施EG生产装置100·、300单元危险性评价结果见表1。①设置紧急状态动力源,修正系数098;②反应表1100°、300°单元危险性评价结果器出口设急冷器,修正系数0.98;③反应器设安全阀目和防爆膜,修正系数0.84;④反应器进、出气管路,氧F&E6134.气混合器、单组分气体进料等处设事故紧急切断阀,修影响区域半径/m正系数0.96;⑤单元操作采用DCS(计算机集散控制系影响区域内财产价值/万元6560DE0.820,82统),修正系数0.93;⑥单元设高压惰性气体保护装MPPD万元5379置,修正系数0.94。单元工艺控制系数(C1)=0.98×c0.98×0.84×0.96×0.93×0.94=0.68实际MPPD/万元18299755.22危险物质隔离停产日d①单元内设远距离控制阀,修正系数096;②设B/万元t061切断、排放装置,修正系数097;③单元内设有完整的物流自锁装置修正系数0.98;④易燃物料排放至6EG生产装置100·、300单元安全风炬处理系统,修正系数0.91。单元系统危险物质隔离险评价结果讨论及对策系数(C2)=0.96×097×0.98×0.91=0.83。道氏评价法确定的装置可接受的风险程度有两条5.2.3防火措施标准衡量:一是单元实际MPPD在200万美元以下,如①设气体泄漏检测器,修正系数0.94;②整体均果超过了400万美元,则要求采取措施降低危险;二是为钢质结构,修正系数0.95;③完整的消防供水系统,单元实际MPPD是损失替换值(投资成本×0.82)的修正系数094;④设手提式灭火器和水枪等,修正系10%左右时,是可以接受的,超出10%时,需要采取措数0.96;⑤全部电缆线均予屏蔽,修正系数0.74。单施降低危险。元防火措施系数(C3)=094×0.95×0.9×0.9根据道氏评价法的两条标准衡量EG生产装置安074=0.60。单元安全设施修正系数(C)=Cl×C2x全评价结果,显然存在一定的危险,单元实际MPPDC3=0.34。1829万元人民币,没有超过200万美元。而实际53单元损害系数(DF)求取MPPD占损失替换值的百分比达到34%,超过了10%由道氏评价法《单元损害系数计算图》查得DF的相对危险值界限,说明必须对装置采取进一步的安值为0.82。全防范措施。5.4单元火灾爆炸影响区域(半径)确定6.1EG生产装置安全整改内容由道氏评价法《影响区(半径)计算图》查得单元经过以上分析,EG生产装置应该从以下几方面进火灾爆炸影响区域(半径)为35.0m。行整改。55单元MPPD(基本)计算TV凵中国煤化工处新增氧浓度检单元总投资约0.80亿元人民币,扣除灾害中不受测点。损失部分,则基本财产损失6560万元。单元MPPD(基CNMH,玉缩机出口压力表本)计算:MPPD(基本)=6560×0.82=5379(万元)。处、EO浓缩塔两侧中部、EO泵出口压力表处增设摄像56单元MPPD(实际)计算头,监视各机、泵、塔、容器的压力变化,迅速判断有无16万玉峰:乙二醇生产装置安全风险评价2009年第3期事故隐患;对E0浓缩塔两侧监视,可随时发现火情。上接第20页)(3)改进E0浓缩塔的保温材质,由玻璃纤维改为3结束语涂敷固化料,以减少泄漏的EO在保温层内的停留,降低自燃火灾隐患基于处方式规范的常规防排烟设计方法已经被广(4)在EO浓缩塔下部增设空气中EO浓度超标大建筑设计人员所熟知,一些概念、方法也已经根深蒂自动报警器。固地植根于人们的脑海之中。性能化的烟控系统设(5)在EO浓缩塔顶部增设EO浓度超标自启动计,作为新生事物在认识基础理论基础、计算方法等水喷淋系统,排除险情。方面都与常规的方法有着比较大的差异。许多新概(6)增加消防人员与生产装置安全管理人员共同念,例如清晰高度、储烟仓、烟层厚度、羽流等,在常规进入现场检査的次数,确保工艺操作规程和安全监控设计中是没有被引入的;许多新的理念例如排烟量的措施得到完整的落实。大小与清晰高度有关、需要设置多个排烟口、0.5m的62生产装置整改后安全修正系数及损失值计算挡烟垂壁不一定可以阻挡烟气蔓延等,按照常规设计重新对经过整改的生产装置安全修正系数C及的思路是难以接受的。鉴于这两种规范体系的差异损失值进行计算如下。性,它们之间的碰撞必将随时随地地产生。目前阶段(1)对100°单元工艺控制系数C1求取:具有维部分设计师已经逐步接受性能化的烟控系统设计,而持10min提供了15%冷却要求,系数097;改进了在线仍有部分设计师固步自封,不能正视性能化的设计的控制系统,系数097;完善了操作规程,系数091。C1科学性,避之而不及。因此性能化设计工作的一个重=C1(原始)×0.97×0.97×0.91=0.58要方面是对性能化设计思想、方法的推广和介绍,只有(2)危险隔离系数C2:加强了对隔离阀的检修,系让广大业界了解性能化设计工作的理论基础、计算方数0.96;增强了设备容纳泄漏的能力,系数096。法,参与到学习、讨论批判中来,才能使性能化设计得C2=C2(原始)x0.96×0.96=0.76到成长的机会。(3)防火措施系数C3:增设了水幕系统,系数0.97;对电缆进行了屏障,系数09;设置特殊灭火监参考文献:测系统,系数091;加设了泡沫灭火系统,系数0.92。1GB5006000速筑设计防火规范[sC3=C3(原始)×0.97×0.94×0.9×0.92=0.46。[2]GB50045-1995(2005年版),高层民用建筑设计防火规范由此可以得到经过整改后的100·单元安全设施修正系数C为:C=Cl×C2xC3=0.58×0.76x0.46=[3]D08800,建筑防排烟技术规程[S]020。同样对300单元计算得到其安全设施修正系[4] Relationships for smoke control calculations, TechnicalMemoranda TM 19, The Chartered Institution of building数C=0.17Services Engineers, 1995[s]7结束语[5]Codes of Practice for Minimum Fire Service Installations andEquipment and Inspection, Testing and Maintenance of经过安全整改后,EG生产装置的100°单元和Installations and Equipment, Fire Services Department, Hong300°单元的实际损失值分别占了损失替换值的20%Kong, 2005[s]和17%,较原先的实际损失值占损失替换值的34%已6] Guide for Smoke Management System in Mal,Ania, and Larg大大降低,EG装置安全运行的可靠性有了极大的提Area, NFPA 92B. 2000Edition, National Fire Protection高,可以正常运行。Association, US, 2000[S][7 Buchanan AH(Editor), Fire Engineering Design Guide, Second参考文献[1] Dows Chemical CO., Fire& Explosion Index ClassificationCanterbury, Christchurch, New Zealand, 2001[S]Guide, 1987[M][8]肖泽南北京奥运体育馆烟控系统性能化设计[J]科技[2]冯肇瑞,杨有启化工安全技术手册[M]北京:化学工业中国煤化工出版社,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:北京市西直门内大街190号第二作者地址:北京市朝阳区北三环东路30号电话:(010)82215409电话:(010)64517879