摘要：運用美國道化學公司（DOW）火災爆炸危險指數法（七版），對中國石油北京燕山分公司化工八廠間苯二甲酸（PIA）裝置的火災爆炸危險性進行了分析評價，結合評價結果給出采取的對策和措施，以降低生產裝置的危險性。

　　關鍵詞：間苯二甲酸（PIA）裝置；火災爆炸；風險分析

　　中國石化北京燕山分公司（以下簡稱燕化公司）間苯二甲酸裝置（以下簡稱PIA裝置）采用間二甲苯為原料，醋酸為溶劑進行間二甲苯氧化制成粗間苯二甲酸，然后進行加氫去除雜質，還原中間產物形成精間苯二甲酸。生產具有較大火災、爆炸危險性，生產環境惡劣，設備腐蝕嚴重，裝置工藝復雜，生產連續性強，該裝置先后進行多次改造，曾經發生過一次爆炸事故，造成一人死亡，存在潛在的安全風險。本文采用道化公司（DOW）火災爆炸危險指數法對該裝置進行分析，評價該生產裝置的火災爆炸危險度等級，事故發生的可能因素，并提出有效的防范措施。

　　1．生產工藝流程簡述

　　主要工藝流程見圖1

　　從罐區來的間二甲苯和配制系統促進劑、催化劑和HD-202（溶劑計量罐）的醋酸，加到HD-204（反應器進料罐）混合，用高速泵送到反應器HR-301，用空壓機提供的壓縮空氣進行氧化，反應生成粗間苯二甲酸，經三個結晶器HD-401、402、403降溫降壓，氣相去脫水塔。物料通過HG-403A/B輸送到離心機加料泵，供給一級離心機A/B分離出粗間苯二甲酸晶體，分離出的粗間苯二甲酸進入HD-501（二級離心機進料罐），使一級分離的粗間苯二甲酸用HAC洗滌后，經二級離心機分離，然后進入干燥機，干燥的粗間苯二甲酸用氮氣吹掃到氧化料倉儲存。

　　氧化料倉內的粗間苯二甲酸下到JD-101（再打漿罐）用水做溶劑進行配料，用高速泵輸送經過5個加熱器，JE-101A/B/C/D/E經JD-201（溶解器），使粗間苯二甲酸完全溶于水中。進入加氫反應器JR-202，從反應器出來經過5個結晶器，降溫降壓，經一級離心機JM-401A/B分離，精間苯二甲酸進入干燥機，干燥的精間苯二甲酸產品送到精制料倉JF-501A/B。

　　2．道化學公司（DOW）火災爆炸危險指數法評價

　　運用道化學公司火災，爆炸危險指數評價方法（七版）進行危險分析。

　　2.1評價單元的確定

　　根據間苯二甲酸裝置的布局情況及生產工藝流程特點，以及設備位置和相互關系，將該裝置劃分為以下6個單元分別進行評價：①罐區單元；②氧化反應單元；③IA產品回收單元；④溶劑回收單元；⑤加氫反應單元；⑥PIA產品回收單元。

　　2.2確定評價狀態

　　因本裝置在正常操作階段危險性最大，所以對各裝置進行評價的評價狀態確定為裝置正常生產時的狀態。

　　2.3評價過程

　　下面以氧化反應單元為例來說明評價過程。

　　2.3.1選取物質系數（MF）

　　氧化反應單元主要包括間二甲苯原料及醋酸、催化劑、促進劑、空氣，按混合物的物質系數系統選取，將組成大于5%，且最具危險性的物質間二甲苯的物質系數作為該單元的物質系數MF=16。

　　2.3.2確定單元工藝危險系數（F3）

　　2.3.2.1一般工藝危險系數（F1）

　　a）放熱反應

　　氧化反應是中等放熱反應，故系數選定為0.5。

　　b）物質的處理與輸送

　　催化劑配置為人工配置催化劑，故系數選定為0.5。

　　c）通道

　　生產裝置周圍有緊急救援車輛的通道，整個操作區面積大于925m2，但其反應部分通道不符合規范要求，未形成環形通道，故系數選定為0.35。

　　d）排放和泄漏控制

　　裝置單元內設有圍堰以防止泄漏液流到其它區域，但堤壩內所有設備露天放置，故系數選定為0.5。

　　因此，一般工藝危險系數F1=1+a+b+c+d=2.85。

　　2.3.2.2特殊工藝危險系數（F2）

　　a）毒性物質

　　二甲苯為毒性物質，物質毒性系數（NH）=2，故危險系數為0.4。

　　b）燃燒范圍或其附近的操作

　　只有當儀表或裝置失靈時，工藝設備或貯罐才處于燃燒范圍內或其附近，故危險系數為0.3。

　　c）釋放壓力

　　因操作壓力＜6895kPa(表壓)，間二甲苯是閃點低于60℃的易燃可燃液體，查“易燃、可燃液體的壓力危險系數圖”可得危險系數為0.3。

　　d）易燃和不穩定物質的數量

　　根據所儲存物質總量乘以燃燒熱，間二甲苯閃點＜37.8℃，查“工藝中的液體和氣體的危險系數圖”，可得危險系數為1.0。

　　e）腐蝕

　　因反應單元設備采用鈦材，所以腐蝕速率(包括點腐蝕和局部腐蝕)＜0．127mm／a，故取危險系數為0．10。

　　f）泄漏——連接頭和填料處

　　反應系統在生產時，泵、壓縮機和法蘭連接處會產生正常的一般泄漏，故取危險系數為0.30。

　　g）轉動設備

　　該反應系統轉動設備包括空壓機，空壓機功率＞600馬力，故取危險系數為0.5。

　　因此，特殊工藝危險系數F2=1+a+b+c+d+e+f+g=3.9。

　　2.3.2.3單元工藝危險系數（F3）的確定

　　F3=F1×F2=2.85×3.9=11.115，根據規定取F3=8。

　　2.3.3求單元火災爆炸指數（F&EI）

　　F&EI= F3×MF=8.0×16=128

　　根據道化學（DOW）七版危險等級劃分標準，本單元火災爆炸危險程度屬于“很大”。

　　2.3.4計算安全措施補償系數

　　2.3.4.1工藝控制補償系數（C1）

　　a）應急電源

　　本單元由事故應急電源，能從正常狀態自動切換到應急狀態，補償系數取0.98。

　　b）抑爆

　　本單元設備有防爆膜，反應單元有防爆墻，故取補償系數為0.98。

　　c）緊急停車裝置

　　在緊急情況下有停車系統，空壓機系統有振動儀，振動值大的情況下可以使設備停車。故取補償系數為0.96。

　　d）計算機控制

　　設置了在線計算機控制，以幫助操作者，具有失效保護功能，補償系數取0.93。

　　e）操作指南或操作規程

　　根據操作規程的完善程度，計算后系數為0.91。

　　f）其它工藝過程危險分析

　　定期開展“環境、健康、安全和損失預防審查”危險分析，故取補償系數為0.96。

　　以上各補償系數相乘得C1=0.749

　　2.3.4.2物質隔離補償系數

　　a）遠距離控制閥

　　單元備有遙控的切斷閥，以便在緊急情況下迅速地將儲罐、容器及主要輸送管線隔離，則取補償系數0.98。

　　b）切斷/排放裝置

　　備用貯槽能安全地直接接受單元內的物料，而且備用貯槽安置在單元外，則系數為0.96。

　　c）排污系統

　　排放設施完善，能把貯罐和設備下以及附近的泄漏物排凈，故采用補償系數0.91。

　　d）聯鎖裝置

　　裝有連鎖系統，取系數為0.98。

　　以上各系數相乘得物質隔離措施補償系數C2=0.839。

　　2.3.4.3防火措施補償系數（C3）

　　a）泄漏檢測裝置

　　單元安裝了可燃氣體報警器，系數取0.98。

　　b）鋼制結構

　　該單元所有的承重鋼結構均及鋼筋土結構均涂覆防火涂層，并及時維護，故取系數0.94。

　　c）消防水供應

　　該單元消防水壓力＞690kPa(表壓)，消防水的供應能保證按計算的最大需水量連續供應4h，故取補償系數0.94。

　　d）特殊滅火系統

　　該單元有煙火探測器、防爆墻等，補償系數取0.91。

　　e）手提式滅火器/水槍

　　配備與火災危險相適應的手提式移動滅火器，補償系數取0.95。

　　以上各系數相乘得防火措施補償系數C3=0.749。

　　2.3.4.4安全措施補償系數

　　C=C1×C2×C3=0.47

　　2.3.5計算補償后危險程度

　　F&EI=MF×F3×C=16×8×0.47=60.16

　　即實際危險程度為“較輕”。

　　3 火災爆炸危險指數計算結果及分析

　　3.1 各單元火災爆炸危險指數計算結果（見表1）

　　3.2 結果分析

　　a）從各單元得出的火災爆炸指數來看，6個單元的危險性都較高，加氫單元的火災爆炸指數為最大，因為該單元用氫氣進行物料雜質的還原操作，氫氣為易燃易爆氣體危險性高，加氫單元儲存大量氫氣，因此指數相對較高，危險性相對較大。

　　b）從一般工藝危險性分析，整個裝置在消防通道和泄漏物排放方面不夠完善，應采取積極有效的措施，改善消防通道和排污設施，提高裝置處理緊急事故能力。

　　c）氧化單元采用98%濃度的醋酸作為溶劑進行反應，醋酸在高溫情況下腐蝕性較強，雖然裝置大部分主要設備采用鈦材或者襯鈦的材質，但是仍然有部分非鈦材設備腐蝕嚴重，給安全生產造成威脅。另外，醋酸揮發性較強，裝置上醋酸味道很濃，給工人操作帶來困難。

　　d）精制反應單元采用氫氣作為還原劑進行反應，氫氣對設備腐蝕性較強，另外氫氣操作危險性大，一旦泄漏就會產生火災爆炸。

　　e）該裝置生產的物料粘性較大，對設備要求高，很多國產設備很難滿足工藝要求，處理設備經常要進行大量物料排放，排放設施的不完善造成很大困難。

　　f）裝置經常需要采用氫氧化鈉清洗設備和清堵物料管線，在清理管線和設備時會有帶壓的情況，拆卸管線和設備后會噴濺出堿液造成人身傷害。

　　g）裝置的消防設施應定期檢修、更換，還應增加手提式滅火器或水槍，在氧化反應單元的框架應增加消防豎管設施。

　　h）催化劑的配置還采用人工添加配置，應采用自動化裝置來進行配置。

　　i）裝置上很多負重混凝土結構沒有采用防火磚，應采用防火磚以延緩著火時間，保證框架結構強度。

　　4.對策措施

　　a）加強職工巡檢，完善各種操作規程和制度，對氧化反應的尾氧波動嚴格控制，一旦發現尾氧超高就要連鎖停車，系統進氮氣進行保護，以免造成火災爆炸事故。

　　b）在退料過程中要禁止進空氣，用氮氣作為提壓氣體進行退料處理。

　　c）在處理堵塞清堵時，要嚴格按照規程，將壓力放空，避免帶壓，發生物料和堿液噴濺事故發生。

　　d）對壓力容器和管線要定期檢測，掌握設備缺陷和腐蝕情況，及早做出判斷，對設備進行監護或更換設備。

　　e）要保證各種儀表、聯鎖、報警器等完好，在事故狀態下能夠發揮作用，避免事故發生或擴大。

　　f）定期修訂、完善應急事故預案，定期組織職工對事故預案進行演練，保證事故狀態下能夠正確、及時的處理。

　　5.參考文獻

　　1）中國石油化工集團公司安全與環保監督局.石油化工安全工程【M】.北京：中國石化出版社，1998

　　2）馮肇瑞，崔國璋.安全系統工程【M】.北京：冶金工業出版社，1987

　　3）間苯二甲酸裝置工藝技術規程【M】.北京：2009

　　圖一      工藝流程（氧化單元）

　　HC-101空氣壓縮機 HE-101中間冷卻器 HM-501一級離心機 HM-502二級離心機 HD-210催化劑中間儲罐 HD-501二級離心機進料罐 HG-202溶劑泵

　　HG-1403催化劑泵 HD-205促進劑計量罐 HD-202溶劑罐 HD-204反應器進料罐 HR-301反應器 HD-401第一結晶器 HD-402第二結晶器

　　HD-403第三結晶器 HG-205BST計量泵HG-403一級離心機進料泵 HG-501二級離心機進料泵 HG-602汽提塔進料泵 HG-400PX吸收塔回流泵

　　HP-501干燥劑進料螺旋 HM-503干燥劑 HF-501氧化料倉 JP-102下料螺旋

　　圖二     工藝流程（精制單元）

　　JP-102下料螺旋, JP-103/104星形加料器, JD-101再打漿罐, JE-101A/B/C/D漿料預熱器, JG-101反應器進料增壓泵JG-102反應器進料泵, JD-201溶解器, JR-202加氫反應器, JD-301第一結晶器, JD-302第二結晶器JD-303第三結晶器, JD-304第四結晶器, JD-305第五結晶器, JD-402再打漿罐, JM-401一級離心機JG-401一級離心機進料泵, JG-402二級離心機進料泵, JM-402二級離心機, JP-402A/B干燥機進料螺旋JM-403 PIA干燥機, JP-502下料螺旋, JP-504星形加料器,JF-501 PIA儲倉, JP-505星形加料器

　　表一   各單元火災爆炸危險指數計算結果

項目	罐區	氧化反應	IA產品回收	溶劑回收	加氫反應	PIA產品回收
物質系數（MF）	16	16	16	14	21	4
一般工藝危險性（F1）	2.2	2.85	3.0	2.35	2.7	3.35
特殊工藝危險性（F2）	3.0	3.9	3.85	3.85	4.25	6.45
單元危險性（F3）	6.6	8	8	8	8	8
安全措施修正系數（C）	0.669	0.47	0.49	0.49	0.488	0.786
火災爆炸指數	105.6	128	128	112	168	32
（危險程度）	（中等）	（很大）	（很大）	（中等）	（非常大）	（最輕）
補償后火災爆炸指數	70.65	60.16	62.72	54.88	81.98	25.15
（危險程度）	（較輕）	（較輕）	（較輕）	（最輕）	（較輕）	（最輕）