引言（1）

　　從70年代至今我國(guó)已從國(guó)外引進(jìn)了十幾套環(huán)氧乙烷（EO）/乙醇（EG）裝置，該裝置是以乙烯和氧氣為主要原料生產(chǎn)基本有機(jī)合成產(chǎn)品的重要原料環(huán)氧乙烷和乙二醇。其中環(huán)氧乙烷（EO）生產(chǎn)工藝是在混合氣體的爆炸極限區(qū)邊緣控制操作，在較高壓力和溫度下進(jìn)行強(qiáng)放熱的化學(xué)反應(yīng)，所用原料和產(chǎn)品都具有易燃、易爆和有毒有害，極易發(fā)生火災(zāi)和爆炸事故。關(guān)于這一類事故國(guó)內(nèi)外都曾有過(guò)多次的報(bào)道。

　　本文采用道化學(xué)公司火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法，對(duì)茂名石化乙烯公司EO/EG裝置氧化區(qū)域的最終危險(xiǎn)度進(jìn)行分析，確定其安全等級(jí)和需要進(jìn)一步采取的措施。

火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)安全評(píng)價(jià)原理及評(píng)價(jià)程序（2）

　　美國(guó)道（DOW）化學(xué)公司火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)方法是以財(cái)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失的大小和影響范圍來(lái)度量安全事故的危險(xiǎn)程度，被認(rèn)為是一種科學(xué)的評(píng)價(jià)方法，成為國(guó)內(nèi)外石油化工企業(yè)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重要方法。該評(píng)價(jià)法的核心是利用生產(chǎn)裝置單元內(nèi)的物質(zhì)、設(shè)備、物料量等已有數(shù)據(jù)，結(jié)合生產(chǎn)工藝過(guò)程特點(diǎn)，通過(guò)推論、計(jì)算、查閱圖表等手段，求出生產(chǎn)裝置單元的火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性，以及發(fā)生事故造成的損失，分析出事故影響區(qū)域范圍。采取安全措施盡可能減小事故頻率和經(jīng)濟(jì)損失。

　　評(píng)價(jià)程序具體步驟如圖1。

EO/EG裝置氧化單元（100）簡(jiǎn)介（3）

　　EO/EG裝置氧化單元的原料和半產(chǎn)品均為氣相和液相的易燃、易爆、有毒有害物質(zhì)。乙烯（99.95%）和氧氣（99.5%）按一定比例在銀催化劑作用下，在220~260℃，壓力1.65Mpa氣相狀態(tài)下反應(yīng)生成環(huán)氧乙烷，其副反應(yīng)為乙烯與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳與水，副反應(yīng)的放熱是主反應(yīng)的十倍之多，所以如副反應(yīng)控制不好，將使整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)出現(xiàn)超溫超壓，以致于爆炸。
 
EO/EG裝置100單元安全評(píng)價(jià)（4）

　　1 100#單元火災(zāi)爆炸指數(shù)F&EI的計(jì)算

　　1.1 重要物質(zhì)的選取

　　

　　圖1 火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)程序

　　100#單元選取的重要物質(zhì)為乙烯、環(huán)氧乙烷和甲烷三種，其主要理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

　　表1 EO/EG裝置主要物質(zhì)的理化性質(zhì)

　　

項(xiàng)目	乙烯	環(huán)氧乙烷	甲烷
分子量	28	44	16
密度/kg.L-1	0.975	0.898	0.717
沸點(diǎn)/℃	-103.9	10.40	-161.5
閃點(diǎn)/℃	-136	-17.8	<-188
自燃點(diǎn)/℃	425	571	538
燃燒熱/MJ·mol-1	1.41	1.26	0.889
爆炸極限，%（v）	2.7~36.0	3~100	5.3~15

　　1.2 物質(zhì)系數(shù)MF的求取

　　物質(zhì)系數(shù)MF值由物質(zhì)可燃性Nf和化學(xué)活潑性Nr求得。查化工安全技術(shù)手冊(cè)附錄得到100#的3種主要物質(zhì)系數(shù)MF為：乙烯：MF=24，環(huán)氧乙烷：MF=29，甲烷：MF=21。此三種物質(zhì)為混合物，且環(huán)氧乙烷濃度最低，故取MF=24。另按美國(guó)防火協(xié)會(huì)（MFPA）規(guī)定，Nf=1，Nr=2，故MF=24。

　　1.3 一般工藝危險(xiǎn)系數(shù)F1的取值

　�。╝）基本系數(shù)1.00。

　�。╞）根據(jù)100^#單元化學(xué)反應(yīng)方程式可知，乙烯和氧氣發(fā)生強(qiáng)放熱反應(yīng)，因此取放熱反應(yīng)系數(shù)為1.00。

　�。╟）由于100^#無(wú)吸熱反應(yīng)，故吸熱反應(yīng)系數(shù)0。

　�。╠）由于采用先進(jìn)工藝，物料處理與輸送都是在連續(xù)密閉系統(tǒng)進(jìn)行，故取值0.25。

　　（e）由于100^#無(wú)封閉式或室內(nèi)工藝單元，故取值為0。

　　（f）100^#單元區(qū)域面積約為600平方米，周?chē)�通道設(shè)計(jì)很好，取通道系數(shù)為0.20。

　　（g）由于100^#皆為氣相，故針對(duì)易燃、可燃液體溢出的評(píng)估項(xiàng)“排放和泄漏控制”取值為0。

　　由上述7項(xiàng)之和得出100^#單元一般工藝危險(xiǎn)系數(shù)F₁：

　　F₁=基本系數(shù)+（a）+（b）+（c）+（d）+（e）+（f）+（g）

　　 =1.00+1.00+0+0.25+0+0.20+=2.45

　　1.4 特殊工藝危險(xiǎn)系數(shù)F₂的取值

　�。╝）基本系數(shù)取1.00。

　�。╞）毒性物質(zhì)項(xiàng)由于100^#主要物質(zhì)為乙烯、甲烷，而兩者的Nh皆為1，按公式Nh×0.2故此項(xiàng)取值為0.2。

　�。╟）由于100^#無(wú)負(fù)壓操作，故負(fù)壓操作項(xiàng)取值為0。

　�。╠）由于100^#氧化反應(yīng)是在接近爆炸極限區(qū)內(nèi)進(jìn)行，易燃范圍內(nèi)及接近易燃范圍的操作項(xiàng)取值0.8。

　　（e）100^#氧化反應(yīng)為氣相反應(yīng)，無(wú)粉塵爆炸危險(xiǎn)性，故取值為0。

　　（f）100^#氧化反應(yīng)在1.65Mpa、220~260℃下進(jìn)行，經(jīng)查道化學(xué)公司安全評(píng)價(jià)壓力危險(xiǎn)系數(shù)圖可知壓力危險(xiǎn)系數(shù)為0.45。

　�。╣）100^#單元在高溫高壓下進(jìn)行，故低溫危險(xiǎn)系數(shù)為0。

　�。╤）100^#單元內(nèi)可燃物料量以EO反應(yīng)器及相鄰換熱器及管線等內(nèi)部容積存量為基準(zhǔn)，折算空間體積為150m³。氣體壓力1.65Mpa、溫度220~260℃。在循環(huán)氣中乙烯占25%（v）、甲烷占60%（v）。由表1數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算得知單元內(nèi)可燃物料的總?cè)紵裏嶂禐椋?BR>
　　41×1.68×10⁴+0.889×4.04×10⁴=59.6（GJ）

　　查道化學(xué)工藝中總能量危險(xiǎn)系數(shù)圖可知100^#物質(zhì)量及燃燒熱的危險(xiǎn)系數(shù)為0.10。

　　（i）由于EO具有強(qiáng)氧化性，副產(chǎn)物CO₂對(duì)鋼材具有腐蝕性，故腐蝕與磨蝕危險(xiǎn)系數(shù)取為0.20。

　　（j）EO具有的強(qiáng)氧化性同樣對(duì)機(jī)泵的密封件易產(chǎn)生腐蝕，造成泄漏，故泄漏危險(xiǎn)系數(shù)取0.30。

　�。╧）本單元無(wú)使用明火設(shè)備，故使用明火危險(xiǎn)系數(shù)為0。

　　（l）本單元無(wú)熱油熱交換系統(tǒng)，故熱油熱交換危險(xiǎn)系數(shù)取值為0。

　　（m）根據(jù)道化學(xué)公司安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，本單元主壓縮機(jī)K-201功率為3050kW，故轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備危險(xiǎn)系數(shù)取值為0.50。

　　由上述幾項(xiàng)之和可知特殊危險(xiǎn)系數(shù)F₂為：

　　F₂=（a）+（b）+（c）+…+（l）+（m）=3.55

　　由此

　　F₂=F₁×₂=2.45×3.55=8.7

　　故火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)指數(shù)F&EI為：

　　F&EI=F₃×MF=8.7×24=209

　　2 100^#單元安全設(shè)施修正系數(shù)C的計(jì)算

　　100^#單元的安全穩(wěn)定生產(chǎn)是整個(gè)EO/EG裝置的關(guān)鍵，為了確保安全防止事故發(fā)生，本單元內(nèi)設(shè)計(jì)了多重安全保護(hù)設(shè)施和消防設(shè)施，本單元安全設(shè)施修正系數(shù)從工藝控制措施、危險(xiǎn)物質(zhì)隔離和防火措施等方面求取。

　　2.1 工藝控制措施

　�。╝）設(shè)有應(yīng)急電源，取修正系數(shù)0.98。

　　（b）反應(yīng)器R-101出口設(shè)有E-012急冷器，取修正系數(shù)0.98。

　�。╟）R-101反應(yīng)器上設(shè)有防爆膜，修正系數(shù)為0.98。

　�。╠）反應(yīng)器R-101進(jìn)出口，各單組分進(jìn)料都設(shè)有事故緊急切斷閥，修正系數(shù)取0.96。

　　（e）采用TDC-3000集散控制系統(tǒng)，修正系數(shù)為0.93。

　�。╢）本單元設(shè)有高壓氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置，一旦出現(xiàn)事故或是事故前兆，高壓氮?dú)庋杆龠M(jìn)入系統(tǒng)置換、稀釋危險(xiǎn)物料。修正系數(shù)取0.94。

　�。╣）操作工有嚴(yán)格的操作紀(jì)律和操作規(guī)程，修正系數(shù)取0.92。

　　（h）沒(méi)有進(jìn)行化學(xué)活潑性物質(zhì)檢查，修正系數(shù)取為1。

　　（i）采取了“如果…怎么辦”的危險(xiǎn)分析及事故處理預(yù)案，修正系數(shù)取0.96。

　　由上述幾項(xiàng)得知：C1=（a）×（b）×（c）×（d）×（e）×（f）×（g）×（h）×（i）=0.698

　　2.2 危險(xiǎn)物料隔離

　�。╝）本單元設(shè)有遙控閥，修正系數(shù)為0.96。

　　（b）設(shè)有切斷、緊急排空裝置，修正系數(shù)取0.97。

　　（c）由于單元為氣相，故液體排放系統(tǒng)修正系數(shù)取1。

　�。╠）設(shè)有完整的一系列聯(lián)鎖系統(tǒng)，修正系數(shù)0.98。

　　由此：C₂=（a）×（b）×（c）×（d）=0.913

　　2.3 防火措施

　�。╝）單元內(nèi)設(shè)有可燃?xì)饧癊O泄漏檢測(cè)器，修正系數(shù)0.96。

　�。╞）單元整體為鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)且支柱均采用防火涂層，修正系數(shù)取值為0.96。

　　（c）單元周?chē)�有完整的消防供水系統(tǒng)，修正系數(shù)0.94。

　�。╠）由于混合站、氧氣進(jìn)料手閥等處設(shè)置了防爆墻，故修正系數(shù)取值為0.91。

　�。╡）100^#單元區(qū)設(shè)有水噴淋滅火系統(tǒng)，修正系數(shù)取0.91。

　�。╢）未設(shè)置水幕隔離保護(hù)系統(tǒng)，故修正系數(shù)取1。

　�。╣）本單元設(shè)有泡沫槍等泡沫滅火系統(tǒng)，由于是手動(dòng)控制而非全自動(dòng)泡沫噴射系統(tǒng)，故修正系數(shù)取0.94。

　　（h）本單元設(shè)有12處手提式或移動(dòng)式滅火器，補(bǔ)償系數(shù)0.93。

　　（i）單元內(nèi)全部電纜線均予屏蔽，修正系數(shù)0.96。

　　100^#單元防火措施系統(tǒng)C₃=（a）×（b）×…×（h）×（i）=0.60

　　100^#單元安全設(shè)施修正系數(shù)C：

　　C=C₁×C₂×C₃

　　 =0.382

　　故修正后火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)指數(shù)F&EIˊ值為：

　　C×F&EI=0.382×209=79.84

　　3 100^#單元危害系數(shù)的求取

　　由道化學(xué)公司火災(zāi)危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法《單元危害系數(shù)計(jì)算圖》，查得100^#單元危害系數(shù)值為0.822。

　　4 100^#單元火災(zāi)爆炸影響區(qū)域（半徑）的確定

　　由道化學(xué)公司火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法《影響區(qū)域（半徑）計(jì)算圖》，查得100^#單元火災(zāi)爆炸影響區(qū)域（半徑）為35.0m。

　　5 100^#單元最大可能財(cái)產(chǎn)損失MPPD（基本）的計(jì)算

　　100^#單元總投資約0.8億元人民幣，扣除災(zāi)害中不受損失部分，則基本財(cái)產(chǎn)損失為5500萬(wàn)元。

　　則100^#單元最大可能財(cái)產(chǎn)損失MPPD（基本）的計(jì)算

　　MPPD（基本）=5500×0.822=4521（萬(wàn)元）

　　6 100^#單元實(shí)際最大可能性財(cái)產(chǎn)損失MPPD（實(shí)際）的計(jì)算

　　MPPD（實(shí)際）=MPPD（基本）×C

　　 =4521×0.382=1727（萬(wàn)元）

　　7 100^#單元最大可能停產(chǎn)日MPDO的計(jì)算

　　由道氏火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法《最大可能損失日計(jì)算圖》，查得：

　　100^#單元損失工作日數(shù)MPDO=35（天）

　　8 100^#單元最大可能停產(chǎn)損失BI的計(jì)算

　　100^#氧化反應(yīng)器產(chǎn)環(huán)氧乙烷折算為乙二醇后，日產(chǎn)300噸，根據(jù)市場(chǎng)行情，每噸乙二醇價(jià)值0.6萬(wàn)元，EO/EG裝置最大可能停產(chǎn)損失值BI：

　　BI=MPDO×0.7×300×0.6=4410（萬(wàn)元）

　　式中，0.7為固定成本和利潤(rùn)。
 
EO/EG裝置氧化單元安全評(píng)價(jià)結(jié)果及建議（5）

　　道化學(xué)公司火災(zāi)爆炸指數(shù)評(píng)價(jià)法確定的生產(chǎn)裝置可以接受的風(fēng)險(xiǎn)程度的標(biāo)準(zhǔn)是單元實(shí)際最大可能財(cái)產(chǎn)損失值在200萬(wàn)美元以下，如果超過(guò)了400萬(wàn)美元，則要求采取措施降低危險(xiǎn)。

　　根據(jù)道化學(xué)公司火災(zāi)爆炸指數(shù)評(píng)價(jià)法的標(biāo)準(zhǔn)衡量EO/EG裝置安全評(píng)價(jià)結(jié)果，氧化單元的實(shí)際最大可能財(cái)產(chǎn)損失都接近200萬(wàn)美元（以現(xiàn)時(shí)匯率），在安全范圍之內(nèi)，所以現(xiàn)役EO/EG裝置100#氧化單元是能夠安全運(yùn)行的。

　　從硬件上講，該裝置的安全性是可靠的。但道化學(xué)火災(zāi)爆炸指數(shù)評(píng)價(jià)法對(duì)人員未作要求，由于使用了大量先進(jìn)的儀表、計(jì)算機(jī)等，此類先進(jìn)的設(shè)備、設(shè)施的維護(hù)保養(yǎng)工作顯得特別重要，單有硬件上的安全是不夠的，要保證裝置的安全運(yùn)行，人員素質(zhì)必須跟得上才行。

　　另外，道化學(xué)公司的火災(zāi)爆炸指數(shù)評(píng)價(jià)法最終是以美元計(jì)算的，與國(guó)內(nèi)使用人民幣計(jì)算有一定的區(qū)別，其價(jià)值計(jì)算應(yīng)根據(jù)中國(guó)的實(shí)際情況來(lái)運(yùn)作，對(duì)此最好能確定一個(gè)適合中國(guó)國(guó)情的標(biāo)準(zhǔn)將更有利于這一先進(jìn)的危險(xiǎn)評(píng)估方法的應(yīng)用。