引言（1）

　　從70年代至今我國已從國外引進了十幾套環氧乙烷（EO）/乙醇（EG）裝置，該裝置是以乙烯和氧氣為主要原料生產基本有機合成產品的重要原料環氧乙烷和乙二醇。其中環氧乙烷（EO）生產工藝是在混合氣體的爆炸極限區邊緣控制操作，在較高壓力和溫度下進行強放熱的化學反應，所用原料和產品都具有易燃、易爆和有毒有害，極易發生火災和爆炸事故。關于這一類事故國內外都曾有過多次的報道。

　　本文采用道化學公司火災爆炸危險指數評價法，對茂名石化乙烯公司EO/EG裝置氧化區域的最終危險度進行分析，確定其安全等級和需要進一步采取的措施。

火災、爆炸危險指數安全評價原理及評價程序（2）

　　美國道（DOW）化學公司火災爆炸危險指數評價方法是以財產經濟損失的大小和影響范圍來度量安全事故的危險程度，被認為是一種科學的評價方法，成為國內外石油化工企業進行風險評價的重要方法。該評價法的核心是利用生產裝置單元內的物質、設備、物料量等已有數據，結合生產工藝過程特點，通過推論、計算、查閱圖表等手段，求出生產裝置單元的火災爆炸危險性，以及發生事故造成的損失，分析出事故影響區域范圍。采取安全措施盡可能減小事故頻率和經濟損失。

　　評價程序具體步驟如圖1。

EO/EG裝置氧化單元（100）簡介（3）

　　EO/EG裝置氧化單元的原料和半產品均為氣相和液相的易燃、易爆、有毒有害物質。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氣相狀態下反應生成環氧乙烷，其副反應為乙烯與氧氣反應生成二氧化碳與水，副反應的放熱是主反應的十倍之多，所以如副反應控制不好，將使整個反應系統出現超溫超壓，以致于爆炸。
 
EO/EG裝置100單元安全評價（4）

　　1 100#單元火災爆炸指數F&EI的計算

　　1.1 重要物質的選取

　　

　　圖1 火災、爆炸危險指數評價程序

　　100#單元選取的重要物質為乙烯、環氧乙烷和甲烷三種，其主要理化性質見表1。

　　表1 EO/EG裝置主要物質的理化性質

　　

項目	乙烯	環氧乙烷	甲烷
分子量	28	44	16
密度/kg.L-1	0.975	0.898	0.717
沸點/℃	-103.9	10.40	-161.5
閃點/℃	-136	-17.8	<-188
自燃點/℃	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 物質系數MF的求取

　　物質系數MF值由物質可燃性Nf和化學活潑性Nr求得。查化工安全技術手冊附錄得到100#的3種主要物質系數MF為：乙烯：MF=24，環氧乙烷：MF=29，甲烷：MF=21。此三種物質為混合物，且環氧乙烷濃度最低，故取MF=24。另按美國防火協會（MFPA）規定，Nf=1，Nr=2，故MF=24。

　　1.3 一般工藝危險系數F1的取值

　　（a）基本系數1.00。

　　（b）根據100^#單元化學反應方程式可知，乙烯和氧氣發生強放熱反應，因此取放熱反應系數為1.00。

　　（c）由于100^#無吸熱反應，故吸熱反應系數0。

　　（d）由于采用先進工藝，物料處理與輸送都是在連續密閉系統進行，故取值0.25。

　　（e）由于100^#無封閉式或室內工藝單元，故取值為0。

　　（f）100^#單元區域面積約為600平方米，周圍通道設計很好，取通道系數為0.20。

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

　　由上述7項之和得出100^#單元一般工藝危險系數F₁：

　　F₁=基本系數+（a）+（b）+（c）+（d）+（e）+（f）+（g）

　　 =1.00+1.00+0+0.25+0+0.20+=2.45

　　1.4 特殊工藝危險系數F₂的取值

　　（a）基本系數取1.00。

　　（b）毒性物質項由于100^#主要物質為乙烯、甲烷，而兩者的Nh皆為1，按公式Nh×0.2故此項取值為0.2。

　　（c）由于100^#無負壓操作，故負壓操作項取值為0。

　　（d）由于100^#氧化反應是在接近爆炸極限區內進行，易燃范圍內及接近易燃范圍的操作項取值0.8。

　　（e）100^#氧化反應為氣相反應，無粉塵爆炸危險性，故取值為0。

　　（f）100^#氧化反應在1.65Mpa、220~260℃下進行，經查道化學公司安全評價壓力危險系數圖可知壓力危險系數為0.45。

　　（g）100^#單元在高溫高壓下進行，故低溫危險系數為0。

　　（h）100^#單元內可燃物料量以EO反應器及相鄰換熱器及管線等內部容積存量為基準，折算空間體積為150m³。氣體壓力1.65Mpa、溫度220~260℃。在循環氣中乙烯占25%（v）、甲烷占60%（v）。由表1數據，經計算得知單元內可燃物料的總燃燒熱值為：

　　41×1.68×10⁴+0.889×4.04×10⁴=59.6（GJ）

　　查道化學工藝中總能量危險系數圖可知100^#物質量及燃燒熱的危險系數為0.10。

　　（i）由于EO具有強氧化性，副產物CO₂對鋼材具有腐蝕性，故腐蝕與磨蝕危險系數取為0.20。

　　（j）EO具有的強氧化性同樣對機泵的密封件易產生腐蝕，造成泄漏，故泄漏危險系數取0.30。

　　（k）本單元無使用明火設備，故使用明火危險系數為0。

　　（l）本單元無熱油熱交換系統，故熱油熱交換危險系數取值為0。

　　（m）根據道化學公司安全評價標準，本單元主壓縮機K-201功率為3050kW，故轉動設備危險系數取值為0.50。

　　由上述幾項之和可知特殊危險系數F₂為：

　　F₂=（a）+（b）+（c）+…+（l）+（m）=3.55

　　由此

　　F₂=F₁×₂=2.45×3.55=8.7

　　故火災爆炸危險指數F&EI為：

　　F&EI=F₃×MF=8.7×24=209

　　2 100^#單元安全設施修正系數C的計算

　　100^#單元的安全穩定生產是整個EO/EG裝置的關鍵，為了確保安全防止事故發生，本單元內設計了多重安全保護設施和消防設施，本單元安全設施修正系數從工藝控制措施、危險物質隔離和防火措施等方面求取。

　　2.1 工藝控制措施

　　（a）設有應急電源，取修正系數0.98。

　　（b）反應器R-101出口設有E-012急冷器，取修正系數0.98。

　　（c）R-101反應器上設有防爆膜，修正系數為0.98。

　　（d）反應器R-101進出口，各單組分進料都設有事故緊急切斷閥，修正系數取0.96。

　　（e）采用TDC-3000集散控制系統，修正系數為0.93。

　　（f）本單元設有高壓氮氣保護裝置，一旦出現事故或是事故前兆，高壓氮氣迅速進入系統置換、稀釋危險物料。修正系數取0.94。

　　（g）操作工有嚴格的操作紀律和操作規程，修正系數取0.92。

　　（h）沒有進行化學活潑性物質檢查，修正系數取為1。

　　（i）采取了“如果…怎么辦”的危險分析及事故處理預案，修正系數取0.96。

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

　　2.2 危險物料隔離

　　（a）本單元設有遙控閥，修正系數為0.96。

　　（b）設有切斷、緊急排空裝置，修正系數取0.97。

　　（c）由于單元為氣相，故液體排放系統修正系數取1。

　　（d）設有完整的一系列聯鎖系統，修正系數0.98。

　　由此：C₂=（a）×（b）×（c）×（d）=0.913

　　2.3 防火措施

　　（a）單元內設有可燃氣及EO泄漏檢測器，修正系數0.96。

　　（b）單元整體為鋼質結構且支柱均采用防火涂層，修正系數取值為0.96。

　　（c）單元周圍有完整的消防供水系統，修正系數0.94。

　　（d）由于混合站、氧氣進料手閥等處設置了防爆墻，故修正系數取值為0.91。

　　（e）100^#單元區設有水噴淋滅火系統，修正系數取0.91。

　　（f）未設置水幕隔離保護系統，故修正系數取1。

　　（g）本單元設有泡沫槍等泡沫滅火系統，由于是手動控制而非全自動泡沫噴射系統，故修正系數取0.94。

　　（h）本單元設有12處手提式或移動式滅火器，補償系數0.93。

　　（i）單元內全部電纜線均予屏蔽，修正系數0.96。

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

　　100^#單元安全設施修正系數C：

　　C=C₁×C₂×C₃

　　 =0.382

　　故修正后火災爆炸危險指數F&EIˊ值為：

　　C×F&EI=0.382×209=79.84

　　3 100^#單元危害系數的求取

　　由道化學公司火災危險指數評價法《單元危害系數計算圖》，查得100^#單元危害系數值為0.822。

　　4 100^#單元火災爆炸影響區域（半徑）的確定

　　由道化學公司火災爆炸危險指數評價法《影響區域（半徑）計算圖》，查得100^#單元火災爆炸影響區域（半徑）為35.0m。

　　5 100^#單元最大可能財產損失MPPD（基本）的計算

　　100^#單元總投資約0.8億元人民幣，扣除災害中不受損失部分，則基本財產損失為5500萬元。

　　則100^#單元最大可能財產損失MPPD（基本）的計算

　　MPPD（基本）=5500×0.822=4521（萬元）

　　6 100^#單元實際最大可能性財產損失MPPD（實際）的計算

　　MPPD（實際）=MPPD（基本）×C

　　 =4521×0.382=1727（萬元）

　　7 100^#單元最大可能停產日MPDO的計算

　　由道氏火災爆炸危險指數評價法《最大可能損失日計算圖》，查得：

　　100^#單元損失工作日數MPDO=35（天）

　　8 100^#單元最大可能停產損失BI的計算

　　100^#氧化反應器產環氧乙烷折算為乙二醇后，日產300噸，根據市場行情，每噸乙二醇價值0.6萬元，EO/EG裝置最大可能停產損失值BI：

　　BI=MPDO×0.7×300×0.6=4410（萬元）

　　式中，0.7為固定成本和利潤。
 
EO/EG裝置氧化單元安全評價結果及建議（5）

　　道化學公司火災爆炸指數評價法確定的生產裝置可以接受的風險程度的標準是單元實際最大可能財產損失值在200萬美元以下，如果超過了400萬美元，則要求采取措施降低危險。

　　根據道化學公司火災爆炸指數評價法的標準衡量EO/EG裝置安全評價結果，氧化單元的實際最大可能財產損失都接近200萬美元（以現時匯率），在安全范圍之內，所以現役EO/EG裝置100#氧化單元是能夠安全運行的。

　　從硬件上講，該裝置的安全性是可靠的。但道化學火災爆炸指數評價法對人員未作要求，由于使用了大量先進的儀表、計算機等，此類先進的設備、設施的維護保養工作顯得特別重要，單有硬件上的安全是不夠的，要保證裝置的安全運行，人員素質必須跟得上才行。

　　另外，道化學公司的火災爆炸指數評價法最終是以美元計算的，與國內使用人民幣計算有一定的區別，其價值計算應根據中國的實際情況來運作，對此最好能確定一個適合中國國情的標準將更有利于這一先進的危險評估方法的應用。