酒精企業生產裝置的安全現狀評價（6）
第六章 單元火災、爆炸危險指數法評價
道化學公司的 “火災、爆炸危險指數評價法”（第七版）是針對工藝過程中的物質、設備、數量、工藝參數、泄漏、儲運等火災、爆炸及毒性的危險性、有害性，通過逐步推算的方法，求出其火災、爆炸等潛在危險及其等級的一種方法。
該法首先確定單元固有的火災、爆炸指數（F&EI）及危險等級，詳見表6-1。
表6-1 F&EI危險等級
|
F&EI |
1~60 |
61~96 |
97~127 |
128~158 |
>159 |
|
危險等級 |
最輕 |
較輕 |
中等 |
很大 |
非常大 |
然后，進一步確定單元危險區域的平面分布和影響體積，據此，定量計算單元危險系數和最大可能財產損失，以表征單元危險性的風險程度。具體評價步驟見圖6-1。
根據生產裝置的工藝條件，工藝單元中的危險物料及其數量，評價方法中確定評價單元的原則，以及各單元的危險度評價結果：危險度評價屬Ⅱ級（中度危險）以上的單元共4個，由于發酵罐單元物質（發酵醪）的物質系數較低，屬Ⅱ級（中度危險）的主要因素是體積較大，因此，選擇生產裝置蒸餾單元、產品乙醇儲罐單元及污水副產沼氣槽單元進行道化法評價。
6.2.2評價單元基本情況(1)生產裝置乙醇蒸餾單元：
蒸餾塔：2臺（粗餾塔及精餾塔）：
規格：Φ2800×16970及Φ4000×31175
操作溫度：最高約110℃
操作壓力：不大于0.044MPa
主要物料：乙醇等
（2）產品乙醇儲罐單元
最大儲存量：2000T
儲罐規格：500m3兩只，300m3兩只，其余計量罐。
操作溫度：常溫
操作壓力：常壓
主要物料：乙醇
（3）沼氣儲槽
最大儲存量：2500m3
操作溫度：常溫
操作壓力：常壓（水封槽）
主要物料：沼氣
物質系數MF是表達由燃燒或化學反應引起的火災、爆炸過程中潛在能量釋放的尺度，由美國防火協會（NFPA）確定的物質可燃性Nf和化學活潑性Nr求得。
根據道化學公司《火災、爆炸危險指數法》物質系數的確定原則，選取乙醇為蒸餾單元及乙醇儲罐單元危險物質；選取甲烷為污水沼氣儲槽單元危險物質，其物質系數由道化學《火災、爆炸危險指數法》附錄A中查得。具體數據見表6-2。
表6-2評價單元危險物質系數及危險特性
|
評價單元 |
危險物質 |
物質 系數 |
燃燒熱HC BuT/Ib×103 |
NFPA |
閃點 (℃) |
沸點 (℃) | ||
|
N(h) |
N(f) |
N® | ||||||
|
乙醇蒸餾單元 |
乙醇 |
16 |
115 |
0 |
3 |
0 |
13 |
78.5 |
|
乙醇儲罐單元 |
乙醇 |
16 |
11.5 |
0 |
3 |
0 |
13 |
78.5 |
|
沼氣儲槽單元 |
甲烷 |
21 |
21.5 |
1 |
4 |
0 |
氣 |
-160 |
按道化學公司《火災、爆炸危險指數法》，對評價單元求取一般工藝危險系數（F1）和特殊工藝危險系數（F2），并按F3=F1×F2計算出工藝危險系數（F3），然后再按火災、爆炸指數F&EI=F3×MF計算出火災、爆炸指數。詳見表6-3。
表6-3各單元火災、爆炸危險指數（F&EI）計算（1）
| 評價單元： 乙醇蒸餾單元 | ||
| 確定MF的物質及其MF值：乙醇 16 | ||
| 物質系數當單元溫度超過60℃時則標明 | ||
| 1．一般工藝危險 | 危險系數范圍 | 采用危險系數（1） |
| 基本系數 | 1.00 | 1.00 |
| A．放熱化學反應 | 0.3~1.25 |
|
| B．吸熱反應 | 0.20~0.40 | 0.2(吸熱反應) |
| C．物料處理與輸送 | 0.25~1.05 | 0.50 |
| D．密閉式或室內工藝單元 | 0.25~0.90 | 0.30 |
| E．通道 | 0.20~0.35 | 0.20(取影響消防活動) |
| F．排放和泄漏控制 | 0.25~0.50 | 0.25 |
| 一般工藝危險系數（F1） |
|
2.45 |
| 2．特殊工藝系數 |
|
|
| 基本系數 | 1.00 | 1.00 |
| A．毒性物質 | 0.20~0.80 |
|
| B．負壓（<500mmHg） | 0.50 |
|
| C．易燃范圍內及接近易燃范圍的操作 |
|
|
| 惰性化— 未惰性化— |
|
|
| 1．罐裝易燃液體 | 0.50 |
|
| 2．過程失常或吹掃故障 | 0.30 | 0.30 |
| 3．一直在燃燒范圍內 | 0.80 |
|
| D．粉塵爆炸 | 0.25~2.00 |
|
| E．壓力 操作壓力—千帕（絕對壓） 釋放壓力—千帕（絕對壓） |
|
0.16 |
| F．低溫 | 0.20~0.30 |
|
| G．易燃及不穩定物質的重量 物質重量—千克 物質燃燒熱Hc—焦耳/千克 |
|
|
| 1．工藝中的液體及氣體 |
|
1.07(Hc=1.5×109BUT) |
| 2．儲存中的液體及氣體 |
|
|
| 3．儲存中的可燃固體及工藝中的粉塵 |
|
|
| H．腐蝕與磨蝕 | 0.10~0.75 | 0.10(取小于0.127mm/年) |
| I．泄漏—接頭和填料 | 0.10~1.15 | 0.30(取一般泄露) |
| J．使用明火設備 |
|
|
| K．熱油熱交換系統 | 0.15~1.5 |
|
| L．轉動設備 | 0.50 |
|
| 特殊工藝危險系數F2 |
|
2.93 |
| 工藝單元危險系數F3 |
|
7.18 |
| 火災、爆炸危險指數F&EI |
|
114.88 |
表6-3各單元火災、爆炸危險指數（F&EI）計算（2）
| 評價單元：乙醇儲罐 | ||
| 確定MF的物質及其MF值：乙醇 16 | ||
| 物質系數當單元溫度超過60℃時則標明 | ||
| 1．一般工藝危險 | 危險系數范圍 | 采用危險系數（1） |
| 基本系數 | 1.00 | 1.00 |
| A．放熱化學反應 | 0.3~1.25 |
|
| B．吸熱反應 | 0.20~0.40 |
|
| C．物料處理與輸送 | 0.25~1.05 | 0.85 |
| D．密閉式或室內工藝單元 | 0.25~0.90 |
|
| E．通道 | 0.20~0.35 | 0.20(取影響消防活動) |
| F．排放和泄漏控制 | 0.25~0.50 | 0.25 |
| 一般工藝危險系數（F1） |
|
2.30 |
| 2．特殊工藝系數 |
|
|
| 基本系數 | 1.00 | 1.00 |
| A．毒性物質 | 0.20~0.80 |
|
| B．負壓（<500mmHg） | 0.50 |
|
| C．易燃范圍內及接近易燃范圍的操作 |
|
|
| 惰性化— 未惰性化— |
|
|
| 1．罐裝易燃液體 | 0.50 | 0.50 |
| 2．過程失常或吹掃故障 | 0.30 |
|
| 3．一直在燃燒范圍內 | 0.80 |
|
| D．粉塵爆炸 | 0.25~2.00 |
|
| E．壓力 操作壓力—千帕（絕對壓） 釋放壓力—千帕（絕對壓） |
|
0.16 |
| F．低溫 | 0.20~0.30 |
|
| G．易燃及不穩定物質的重量 物質重量—千克 物質燃燒熱Hc—焦耳/千克 |
|
|
| 1．工藝中的液體及氣體 |
|
|
| 2．儲存中的液體及氣體 |
|
1.1(Hc=5.07×1010BUT) |
| 3．儲存中的可燃固體及工藝中的粉塵 |
|
|
| H．腐蝕與磨蝕 | 0.10~0.75 | 0.10(取小于0.127mm/年) |
| I．泄漏—接頭和填料 | 0.10~1.15 | 0.30(取一般泄漏) |
| J．使用明火設備 |
|
|
| K．熱油熱交換系統 | 0.15~1.5 |
|
| L．轉動設備 | 0.50 |
|
| 特殊工藝危險系數F2 |
|
3.16 |
| 工藝單元危險系數F3 |
|
7.27 |
| 火災、爆炸危險指數F&EI |
|
116.32 |
表6-3各單元火災、爆炸危險指數（F&EI）計算（3）
| 評價單元：沼氣儲槽 | ||
| 確定MF的物質及其MF值：甲烷 21 | ||
| 物質系數當單元溫度超過60℃時則標明 | ||
| 1．一般工藝危險 | 危險系數范圍 | 采用危險系數（1） |
| 基本系數 | 1.00 | 1.00 |
| A．放熱化學反應 | 0.3~1.25 |
|
| B．吸熱反應 | 0.20~0.40 |
|
| C．物料處理與輸送 | 0.25~1.05 | 0.85 |
| D．密閉式或室內工藝單元 | 0.25~0.90 |
|
| E．通道 | 0.20~0.35 | 0.20(取影響消防活動) |
| F．排放和泄漏控制 | 0.25~0.50 | 0.25 |
| 一般工藝危險系數（F1） |
|
2.30 |
| 2．特殊工藝系數 |
|
|
| 基本系數 | 1.00 | 1.00 |
| A．毒性物質 | 0.20~0.80 | 0.2(NH=1) |
| B．負壓（<500mmHg） | 0.50 |
|
| C．易燃范圍內及接近易燃范圍的操作 |
|
|
| 惰性化— 未惰性化— |
|
|
| 1．罐裝易燃液體 | 0.50 | 0.50 |
| 2．過程失常或吹掃故障 | 0.30 |
|
| 3．一直在燃燒范圍內 | 0.80 |
|
| D．粉塵爆炸 | 0.25~2.00 |
|
| E．壓力 操作壓力—千帕（絕對壓） 釋放壓力—千帕（絕對壓） |
|
0.16 |
| F．低溫 | 0.20~0.30 |
|
| G．易燃及不穩定物質的重量 物質重量—千克 物質燃燒熱Hc—焦耳/千克 |
|
|
| 1．工藝中的液體及氣體 |
|
|
| 2．儲存中的液體及氣體 |
|
0.27(Hc=1.8×108BUT) |
| 3．儲存中的可燃固體及工藝中的粉塵 |
|
|
| H．腐蝕與磨蝕 | 0.10~0.75 | 0.20(取大于0.127小于0.254mm/年) |
| I．泄漏—接頭和填料 | 0.10~1.15 | 0.30(取一般泄漏) |
| J．使用明火設備 |
|
|
| K．熱油熱交換系統 | 0.15~1.5 |
|
| L．轉動設備 | 0.50 |
|
| 特殊工藝危險系數F2 |
|
2.63 |
| 工藝單元危險系數F3 |
|
6.05 |
| 火災、爆炸危險指數F&EI |
|
127.05 |
（1）火災、爆炸危險指數（F&EI）及其危險等級
乙醇蒸餾單元： F&EI1=114.88 危險等級為“中等”；
乙醇儲罐單元： F&EI2=116.32 危險等級為“中等”；
沼氣儲槽單元： F&EI3=127.05 危險等級為“中等”；
（2）暴露半徑
乙醇蒸餾單元：暴露半徑R1= F&EI1×0.84×0.3048M
= 114.88×0.84×0.3048M=29.4M；
乙醇儲罐單元：暴露半徑R2= F&EI2×0.84×0.3048M
=116.32×0.84×0.3048M=29.8M；
沼氣儲槽單元：暴露半徑R3= F&EI3×0.84×0.3048M
= 127.05×0.84×0.3048M=32.5M；
（3）火災、爆炸時暴露區域
暴露區域面積S=πR2
式中：R=暴露半徑
乙醇蒸餾單元：暴露區域面積S1=π×R12=π×29.42=2714M2；
乙醇儲罐單元：暴露區域面積S2=π×R22=π×29.82=2788M2；
沼氣儲槽單元：暴露區域面積S3=π×R12=π×32.52=3317M2；
火災、爆炸時影響體積為一個圍繞著工藝單元的圓柱體體積，其面積是暴露區域面積S、高度相當于暴露半徑R（有時也可以用球體體積表示）。
（4）火災、爆炸時暴露區域內財產價值
為了進一步計算的方便，設定單元暴露區域的財產更換價值為A1、A2、A3。
（5）危害系數的確定
危害系數是由圖或方程式根據工藝單元危險系數（F3）和物質系數（MF）來確定的，對各單元的危害系數（y）求取如下：
乙醇蒸餾單元：由F1=7.18，MF=16，求得：Y1=0.64；
乙醇儲罐單元：由F2=7.27，MF=16，求得：Y2=0.66；
沼氣儲槽單元：由F3=6.05，MF=21，求得：Y1=0.78；
（6）基本最大可能財產損失（基本MPPD）
乙醇蒸餾單元：0.64A1；
乙醇儲罐單元：0.66A2；
沼氣儲槽單元：0.78A3；
不再進行進一步計算。
火災、爆炸危險指數評價分析計算結果匯總見表6-4
表6-4 分析結果匯總表
|
單元 |
火災、爆炸危險指數F&EI |
危險等級 |
暴露半徑（R） |
暴露區域 （M2） |
暴露區域內財產更換價值 |
危害系數 |
基本MPPD |
|
乙醇蒸餾單元 |
114.88 |
中等 |
29.4 |
2714 |
A1 |
0.64 |
0.64A1 |
|
乙醇儲罐單元 |
116.32 |
中等 |
29.8 |
2788 |
A2 |
0.66 |
0.66A2 |
|
沼氣儲槽單元 |
127.05 |
中等 |
32.5 |
3317 |
A3 |
0.78 |
0.78A3 |