摘要： 在分析TDI 生產工藝流程中火災爆炸危險因素的基礎上，運用美國道化學公司的火災、爆炸危險指數評價方法對TDI 生產裝置進行安全性評價。針對其實際運轉情況，對各個生產單元從一般工藝危險性、特殊工藝危險性和安全補償措施等方面進行了系統分析，并提出了預防事故的安全對策措施，為TDI 的安全生產和管理提供了切實可行的參考。

　　關鍵詞： 火災爆炸； TDI ； 安全評價； 危險指數評價

　　TDI 又名甲苯二異氰酸酯(C6H3 (NCO) 2CH3 ) ，是生產聚氨酯材料的重要化工原料，主要用于合成聚氨酯(PU) 泡沫、涂料、黏合劑、彈性體等，應用領域涉及運輸、建筑、家電等行業。TDI 生產工藝過程復雜，部分裝置的反應器、貯槽具有壓力較大、溫度較高的特點，生產過程中的原料、輔助原料、產品等具有一定程度的易燃易爆性等特點，決定了該生產系統具有較大的火災爆炸危險性。科學合理地選取安全評價方法對其進

　　行評估，以尋求最低事故率、最少的損失和最優的安全投資效益，對于減少人員傷亡和財產損失，維護社會穩定具有十分重要的意義。然而，一直以來，有關TDI 生產工藝流程中火災、爆炸危險性評估的大多論述都是定性分析。在以往TDI 生產工藝流程火災、爆炸危險性評估的相關論述中，由于只對其進行定性分析，沒有具體的定量評估方法，導致該工藝流程評估過于籠統、不夠準確。據此，筆者提出用道化法對TDI 生產工藝流程中火災、爆炸危險性進行評估。

　　1 　工藝流程簡述

　　某TDI 生產的工藝流程分三步進行。

　　第一步： 甲苯硝化(采用二次硝化法) 。在35～45 ℃條件下，以25 %～30 %硝酸和55 %～58 %硫酸混酸來硝化甲苯，得到含鄰硝基物為55 %～60 % ，間硝基物為2 %～5 %和對硝基物35 %～40 %的混合產物，將這三種異構體從混合物中分離出來； 再以60 %～70 %硝酸和30 %～40 %硫酸混酸分別硝化這三種異構體，從而得到2 ，42二硝基甲苯。其化學反應方程式如下：

 

　　第二步是還原即二氨基甲苯(TDA) 合成。將二硝基甲苯溶于甲醇中，以鈀2碳為觸媒，在150～200 個大氣壓和100 ℃的反應條件下將二硝基甲苯還原為TDA。

　　其化學反應方程式如下:

 

　　第三步為光氣化合成(TDI 合成) 。將TDA 溶于氯苯(COCl2 ) 中，通入干燥的氯化氫氣體，使之生成含75 %左右的二氨鹽酸鹽漿狀物，再通入光氣，使其在較緩和的條件下進行光氣化反應， 按常規光氣化法

 

　　2 　TDI 生產過程及介質危險性分析

　　TDI 生產中易燃易爆物料很多。生產過程中的原料、中間產品以及尾氣中的如甲苯、氫氣、二硝基甲苯、一氧化碳、TDA 等都是易燃易爆的物質。

　　2.1 　甲苯硝化階段的火災危險性

　　原料甲苯是一無色易燃的液體，蒸氣有毒，爆炸極限為1127 %～7 %。中間產品硝基苯是有毒的可燃液體，其爆炸下限為118 %[2 ] ；二硝基甲苯雖不屬高爆等級的物品，但當引爆后，它具有77 %的TNT 爆炸強度，是一種易燃易爆的高危險物質，急劇加熱易爆炸，其單獨貯存有一定的危險；反應中使用的催化劑為濃硫酸和濃硝酸。濃硫酸遇水能大量放熱，甚至引起爆炸，且對大多數金屬有強腐蝕作用；此外，硝酸是強氧化劑，與有機材料接觸會著火并放出劇毒氣體[3 ] 。

　　2.2 　二硝基甲苯還原階段的火災危險性

　　氫氣屬易燃氣體，遇到氯氣能發生劇烈的化學反應，其爆炸極限濃度為4 %～75 % ，一旦泄漏到空氣中遇明火爆炸的概率很高；在還原工序用的催化劑(鈀2碳) 經干燥后，在空氣中還會自燃，并且生成的TDA 也是一種有毒的易燃液體。

　　2.3 　合成光氣階段的火災危險性

　　一氧化碳屬有毒易燃氣體，其在空氣中最高允許濃度為30 mg/ m3 ，空氣中含有12 %～75 % 的一氧化碳即構成爆炸性混合物，在火花、火焰或熱源存在時易發生爆炸；氯氣雖是非燃燒和非爆炸的，但其化學性質不穩定，在一定條件下許多有機化學品能迅速與氯氣發

　　生反應，如與無水氨氣反應，急劇加熱易爆炸；光氣雖然不易燃易爆，但它是劇毒氣體，遇水有腐蝕性，空氣中最高允許濃度為10 - 5 mg/ m3 。TDI 為無色有毒的可燃液體，遇火源、熱源時劇烈燃燒。

　　2.4 　光氣化階段的火災危險性( TDA 與光氣反應的危險性)

　　TDA 化學性質活潑，可與水、醇、胺反應，和乙二醇縮合成聚氨酯。與乙醚、丙酮、四氯化碳、苯、氯苯、煤油互溶。遇堿性物質如氫氧化鈉、三乙胺等能自身聚合。遇明火、高熱可燃；與氧化劑可發生反應。與胺類、醇、堿類和溫水反應劇烈，能引起燃燒或爆炸。加熱或燃燒時可分解生成有毒氣體。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴散到相當遠的地方，遇火源會著火回燃。若遇高熱，容器內壓力增大，易造成開裂和爆炸的危

　　險。本裝置因工藝流程長，設備多，輸送物料的泵也多，因物料性能不同選擇設備結構和材質都有差異，對操作要求很高。任何監控系統的失控，操作失誤和供電供水系統的事故，都有可能導致火災和爆炸事故的發生。

　　2.5 　尾氣處理單元的火災危險性

　　光氣化反應的尾氣經冷溶劑吸收后分離出光氣和HCl ，被冷溶劑吸收的光氣可回收利用，HCl 作為副產品。在尾氣系統中含有部分可燃氣體，若遇火源有可能發生火災、爆炸事故。

　　3 　火災爆炸危險性評價

　　3.1 　火災爆炸危險性評價原理

　　美國道化學公司的火災、爆炸危險指數評價方法(以下簡稱道化法) 是以物質系數為基礎，考慮工藝過程中的其他因素如操作方式、工藝條件、設備狀況、物料處理量、安全裝置等情況的影響，來計算每個單元的危險度數值，然后按數值大小劃分危險度等級，該方法1964 年公布第一版之后已經做了6 次修改，提出了第7 版，是目前國際上首選的化工生產過程危險度定量方法。據此，本文運用道化法對TDI 生產系統的安全性進行評價，綜合分析裝置的危險性因素，揭示生產過程中設備方面和工藝方面存在的危險性，評價發生事故的嚴重程度，找出主要危險因素，并力求從技術、工藝、設備等方面采取安全措施，使事故的危害程度降低。火災爆炸危險性評價程序如圖1 所示[4 ]

 

　　3.2 　生產裝置主要危險監控點分布

　　TDI 生產工藝聯合裝置共有5 個具有代表性的主要危險監控點。即:氣體硝化、光氣合成、TDA 合成、TDI 合成和尾氣處理5 個單元。這些監控點對整個生產工藝來說危險性比較大，確保它們的安全是保證生產安全的關鍵和前提。具體如表1 所示[5 ] 。

 

　　3.3 　火災爆炸危險性評價計算

　　TDI 生產工藝條件苛刻，裝置復雜，綜合考慮到危險系數與量之間的關系，對其中預計存在火災爆炸安全隱患的5 個單元應用火災爆炸指數評價法進行評價。通過確定物質系數、單元危險系數、火災爆炸指數、安全措施補償系數、危害系數等一系列參數、評價結果及各單元危險程度匯總如表2、表3 所示。

 

　　4 　TDI 生產危險性評價結果分析及安全對策措施

　　4.1 　危險性評價結果分析

　　(1) 從火災、爆炸危險指數來看，如表2 所示，TDI生產工藝裝置的5 個單元中，屬于“很嚴重”程度的單元是:氣體硝化單元、光氣合成單元。其中，光氣合成單元最為嚴重;但經過安全措施補償后危險程度有所降低，均在“較輕”或“輕微”危險程度。屬于“嚴重”程度的單元是:尾氣處理單元。經過安全措施補償后危險程度為“輕微”。屬于“中等”程度的單元是:TDA 合成單元、TDI 合成單元。其經過安全措施補償以后的危險程度大大的降低，分別為“較輕”和“輕微”危險程度。

　　(2) 從破壞面積看，氣體硝化單元、光氣合成單元的破壞面積均達到4 000 m2 以上，且破壞的范圍內分別有58 %和80 %的財產遭受損失。其他評價單元的破壞面積和損失也不可以忽視，它們一旦發生事故也會給企業帶來巨大的損失。因此，以上5 個危險評價單元均應該采取一定的預防和安全措施，作為安全管理的核心裝置部位。

　　(3) 從火災、爆炸危險因素修正和補償措施看，危險因素修正項是裝置日常安全管理和監督工作的重點，裝置采取的各項安全補償措施是降低危險性的重要保證，重視安全補償措施裝備的完好和投用情況，從安全評價結果可以看出，如果失去這些安全補償，各裝置的風險將會加大。

　　(4) 從本質安全化來看，該裝置還是比較欠缺的，但是在經過一定的安全措施補償后，裝置的風險明顯降低，所以應該經常維修和更新失效的裝置，加強安全管理和采用一定安全措施對裝置進行安全控制，以確保裝置的安全運行。

　　4.2 　安全對策措施

　　(1) 著火源的存在是引起火災爆炸事故的必要條件。因此，必須切實落實各項安全生產管理制度，加強工藝紀律、操作紀律和現場巡回檢查，及時發現并處理各種可能引起火災爆炸事故的不安全因素，尤其是在控制明火及其他點火源等方面制定嚴格的法規，控制各種可能的點火源的存在。

　　(2) 為防止電火花的產生，在TDI 生產中的一些工序，如氫氣鋼瓶附近或使用氫氣的地方的電器設備，應該使用安全型的防爆電氣設備。

　　(3) 在爆炸極限范圍內進行的氧化反應，應嚴格控制混合氣的比例，或采用分別進料方式，避免形成爆炸性混合物，此外，原料混合器要設置在反應器進口附近，確保混合氣充分混合后再進行反應，減少可能發生爆炸的空間。

　　(4) 加強操作人員的崗位培訓和安全教育，完善各項規章制度，并建立完善的事故應急預案，有計劃地進行演練，將故障和事故損失減少到最低程度。

　　5 　結論

　　利用道化法(第7 版) ，從一般工藝危險性、特殊工藝危險性和安全補償措施等方面對TDI 生產進行了安全性評價。理論分析表明，針對部分補償系數對裝置進行安全改進，是降低裝置危險性等級的有效方法，并提出了防止火災爆炸發生的安全對策措施，為TDI 的安全生產提供了可行的參考依據。

　　由于該評價過程中只選取正常工作狀態和只從硬件方面的危險程度進行校正，僅僅從宏觀上分析評價了火災爆炸危險性的程度，未從微觀上具體找出產生事故的原因。因此，道化法存在一定的局限性，還需通過其他方法進行具體分析和辨識危險，以便更有針對性地采取措施，確保生產安全。