摘要：根據道化學公司火災、爆炸危險指數的基本原理，用VB 6.0開發的安全評價軟件DowSE1.0，對某大型合成氨裝置進行安全評價，得出其安全措施補償前后的火災、爆炸指數F&EI以及危險暴露面積，危害系數，危險等級，實際可能財產損失程度等指數。結果表明，合成氨裝置中實際最大可能財產損失值都沒有超過200萬美元，氣化系統在合成氨裝置中實際最大可能財產損失值占損失替換值比例高達53%，超過了10%的相對危險值界限，說明在引進國外技術時應注重其安全防范配套措施消化吸收，并結合實際采取切實可行的安全措施，降低合成氨裝置的風險程度。

　　關鍵詞：安全評價、道氏法、合成氨

　　　　自1972年以來，我國陸續引進30套年產30萬t合成氨裝置，經過三四十年的發展，設備國產化已達較高程度[1，2]。由于石油價格的攀升，采用石油路線的部分裝置紛紛改用煤為主要原料生產合成氨，此類生產工藝是在較高的壓力和溫度下進行的化學反應[3，4]。生產過程中的副產品和最終產品都具有易燃、易爆和有毒有害的特性，極易發生火災和爆炸事故。

　　近年來，國內外化工企業為防止重大危險事故的發生，普遍建立了多種系統安全分析和評價方法，以科學的方法分析潛在的危險性。本文采用道化學公司火災爆炸危險指數評價法，對某廠合成氨裝置的危險進行定性定量的分析并指出進一步的安全整改措施。

　　1　道化學法安全評價目的與方法

　　1.1　道化學法安全評價目的

　　道化學公司火災爆炸危險指數評價法(F&EI)能給出單一工藝單元潛在火災、爆炸損失相對值的綜合指數。F&EI系統的目的包括：①真實地量化潛在火災、爆炸和反應性事故的預期損失；②確定可能引起事故發生或使事故擴大的裝置；③向管理部門通報潛在的火災、爆炸危險性[3]。

　　1.2　道化學法評價方法

　　由道化學火災爆炸指數法[4]的評價程序可知，該方法主要包括：依照設計方案劃分評價單元；確定每個工藝單元的物質系數(MF)；一般工藝危險系數(F1)；特殊工藝危險系數(F2)；火災爆炸危險指數F&EI(表1)；安全措施補償系數(C)；危害系數(DF)計算；暴露半徑(R)計算；暴露區域內財產價值計算；基本最大可能財產損失(BASE MPPD)計算[4-15]；實際最大可能財產損失(ACTUAL MPPD)計算；單元危險系數；危險等級等。

 

　　2　道化學評價法在合成裝置安全評價中的應用

　　2.1　合成氨裝置及生產工藝概述

　　某廠年產18萬t合成氨，引進了德士古水煤漿加壓氣化技術，南京化學工業公司和杭州化學所的NHD脫硫脫碳技術和丹麥托普索氨合成塔技術。合成氨生產工藝流程(見圖1)包括制漿、氣化、一氧化碳變換、脫硫脫碳、甲烷化、壓縮、氨合成等工序和水煤漿添加劑、硫回收、氫回收等輔助系統。該裝置總投資6億元，年生產能力18萬t合成氨，占地約0.6萬m2。

　　2.2　工藝單元劃分

　　合成氨裝置的產品和副產品均為易燃易爆、有毒的氣相或液相物質。生產中操作溫度最高可達1.38 k℃，最高壓力可達14.0 MPa。

 

　　根據合成氨生產工藝流程可將裝置劃分為氣化、變換、脫硫脫碳、甲烷化、壓縮、氨合成6個部分�？紤]各子單元的危害程度，本文僅選取危險性較高的氣化、變換、脫硫脫碳3個主要工藝單元進行評價。

　　2.3　評價單元危險系數確定

　　2.3.1　物質系數確定

　　物質系數(MF)是一個基礎的數值，是表述物質在由燃燒或其他化學反應引起的火災、爆炸中所釋放能量大小的內在特性[5-8]。在劃分的單元中，氣化、變換、脫硫脫碳的主要物質是氫，查道化學公司火災、爆炸危險指數評價法(第7版)附錄A物質系數和特性表，得出氣化、變換、脫硫脫碳子單元物質系數為21。

　　2.3.2　一般工藝危險系數F1的選取[3，5，6]

　　一般工藝危險系數是確定事故損害大小的主要因素。包括放熱反應、吸熱反應、物料處理與輸送、封閉單元或室內單元、通道及排放和泄漏控制6個取值項。計算基本系數與所有選取的一般工藝危險系數之和就是一般工藝危險系數。各子單元取值具體數據見表2。

 
 

　　2.3.3　特殊工藝危險系數F2的選取[8，9]

　　特殊工藝危險系數是影響事故發生概率的主要因素。特定工藝條件是導致火災、爆炸事故的主要原因。特殊工藝危險系數的選取包括毒性物質、負壓操作、粉塵爆炸、壓力釋放12個選取值。計算基本系數與所有選取的特殊工藝危險系數之和就是特殊工藝危險系數。各單元具體取值見表3。

　　2.3.4　單元危險系數F3和火災爆炸指數F&EI的計算[10-13]

　　單元危險系數是由一般工藝危險系數與特殊工藝危險系數決定的，單元危險系數F3=F2×F1�；馂�、爆炸危險指數被用來估計生產過程中的事故可能造成的破壞�；馂�、爆炸危險指數F&EI是工藝危險系數F3和物質系數MF的乘積，計算結果見表2。

　　2.3.5　評價單元安全措施補償系數的確定[14，15]

　　評價各單元安全措施所具有的防護水平，由工藝控制系數C1，物質隔離系數C2，防火設施安全系數C3的乘積得到單元的安全措施修正系數。合成氨裝置各子系統的安全補償措施系數見表3。

　　2.3.6　單元危險分析評價結果

　　以VB6. 0為平臺開發了道化學法安全評價軟件DowSE1.0[15]，根據各評價子單元的火災、爆炸指數F&EI和安全措施補償系數，用開發的評價軟件DowSE1.0得出其安全措施補償前后的火災、爆炸指數F&EI以及危險暴露面積，危害系數，危險等級，實際可能財產損失程度等指數(見表4)。

 

　　根據道化學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2條標準：一是單元和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；二是單元的實際可能財產損失是損失替換值(投資成本×0.82)的10%左右時，是可以接受的，超過10%就需要采取措施降低危險。

　　3　安全整改措施和評價結論

　　3.1　安全整改措施

　　綜合工藝設備的安全評價分析，此合成氨裝置應該從以下幾方面進行整改：

　　(1)嚴格遵守崗位操作規程，遵守工藝規律，選用含硫量低的煤作原料，盡量減少變換氣中H2S的含量；特別注意防止脫硫、脫碳塔出口減壓閥失靈，同時在操作中應防止閥門開啟過快、過大。

　　(2)嚴格執行《壓力容器安全技術監察規程》，對容器和管道(包括所有帶壓零件)，必須確保設計、制造、材質和安裝環節的質量。定期檢查安全附件和止逆閥，防止失靈。對系統的自動儀表連鎖控制應定期進行檢驗，同時加強設備維護，確保安裝及檢修質量。

　　3.2　安全評價結論

　　(1)各子評價單元的火災、爆炸指數的結果F&EI分別為139，162和413，按其危險等級為很大，非常大，考慮到安全補償措施后若發生事故，則造成的實際財產損失分別為3 071.1萬元，2 362.2萬元和2 207.8萬元，比原來的損失有所降低。

　　(2)由道化學火災爆炸指數評價法的2條標準衡量合成氨裝置的安全評價結果，可知以上子單元實際最大可能財產損失值都沒有超過200萬美元，而氣化的實際可能財產損失值占損失替換值百分比高達53%，超過了10%的相對危險值界限，說明應采取一定安全防范措施，進一步降低合成氨裝置的風險程度。但是，對于已運行多年的合成氨裝置，要想改變裝置內現有設備布局和工藝過程是不可行的，因此，只能從增加安全措施，加強安全管理幾方面來提高裝置安全可靠性。

　　(3)從我國合成氨裝置引進的情況來看，偏重于工藝技術而忽略或輕視其配套的安全技術。我國現有合成氨裝置的安全措施與國際化工安全規范技術要求還有一定的差距，今后應加強這方面的建設。

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