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化工廠安全評價中過程方法的應用

類別:化工安全 發布時間:2018-06-22 瀏覽人次:

【摘 要】應用過程方法對化工廠各生產裝置以及各過程進行分析。以過程的輸入輸出為基礎,將過程的輸入用于固有危險性評價,將過程的輸出用于現實危險性評價。分析結果顯示:無論是對一個生產工藝過程進行評價,還是將整個區域作為一個過程進行評價,用過程方法都有顯著的優勢。


在對化工廠進行安全評價時無論是定性安全評價還是定量安全評價,關鍵是危險源的辨識與評價單元的劃分。在危險源辨識中一定要全面確保無遺漏,在評價單元劃分過程要做到分析出最危險的評價單元。因此在原有評價方法的基礎上提出使用過程方法,進行危險源的辨識與評價單元的劃分。


在化工廠評價中運用過程方法,通過對過程的排列和整合,從而使結果得以實現。通常一個過程的輸入也就是上一個過程的輸出,把輸入轉換成輸出的就是一個過程,將各個過程進行系統識別和管理,并且判斷其相互作用。研究各個過程之間的基本聯系,更有利于對各個過程進行控制。使用過程方法進行安全評價時首先將評價對象劃分為一個個過程,之后要確定過程的輸入,過程的輸入和輸出可包括設備、能量、物質和環境條件等。過程方法的優點是根據單個過程的輸入以及輸出可以全面判斷整個過程的危險源以及影響因素,同時為選擇權重系數值提供依據。


1、將過程方法用于重大危險源評價


使用過程方法對重大危險源進行評價,首先確定過程的輸入,在確定過程的輸入階段,可以找出重大危險源的各個組成部分,全面辨識重大危險源。在整個過程中,根據整個過程的發展,可以判斷重大危險源發生事故的嚴重程度,危險等級。將一個過程作為一個評價單元,對重大危險源進行評價時,分為固有危險性評價和現實危險性評價。過程各個部分的輸入可以包括各個物質的固有特性、生產特性,以及該過程(也即是該評價單元)的內部外部環境條件,因此過程的輸入可以用來對物質進行固有危險性評價。過程的輸出則是反映了人在控制事故的發生以及控制事故后果擴大并且采取措施之后的結果。該過程的輸出可以用來進行現實危險性評價。現實危險性評價是在固有危險性評價的基礎上,考慮各種抵消因子之后的各種危險程度,它反映了人在應對事故時的主觀能動性。現實危險性評價,如圖1 。

圖1現實危險性評價

下面通過對某化工廠原料罐區的評價,簡要說明過程方法在易燃、易爆、有毒重大危險源中的使用。


1.1固有危險性評價


(1)首先確定原料輸入與環境輸入。該罐區貯存過程的原料輸入為氨水儲罐、丁二烯儲罐、苯乙烯儲罐,該罐區的過程的環境輸入,如圖2。


(2)將過程的輸入用于固有危險性評價,將過程輸出用于現實危險性評價。


使用過程方法進行危險性評價時,首先確定評價對象,之后選取評價系數。在進行固有危險性評價以及現實為危險性評價時,各評價對象的選擇參照過程的原料輸入,并且根據過程的環境輸入確定取值系數。


對該罐區進行安全評價時,過程的輸入用來做固有危險性評價,固有危險性評價包括事故易發性評價、事故嚴重度評價。由圖1可知,事故易



發性評價包括危險物質易發性評價和工藝過程危險性評價。對危險物質事故易發性(B111)進行評價時選擇該過程原料的輸入,也即是氨水、丁二烯、苯乙烯;工藝過程危險性(B112)進行評價時選擇該過程內外部環境條件的輸入,也即是該儲罐區的廠房設置,設備的泄漏、腐蝕等工藝影響因素。由于原料物質的性質會影響工藝過程的參數,因此物質事故易發性與工藝過程事故易發性,兩者之間存在相關性。它們之間的關系用相關系數Wij表示 。


事故易發性計算為:

事故易發性計算

該過程的嚴重度 反映了該儲罐區發生事故之后造成的損失程度。對該儲罐區的嚴重度進行估計時,綜合考慮該過程的原料輸入和環境條件的輸入,由于爆炸事故是該罐區較為常見的事故,因此分析嚴重度時要分析發生爆炸事故的嚴重度。該過程的原料的輸入以及設備環境條件的輸入反映了發生爆炸事故的固有危險性,并且儲罐區環境的設置影響了傷害/破壞半徑。丁二烯罐區的爆炸模型有兩個,蒸汽云爆炸以及擴展蒸汽爆炸,計算最終嚴重度時需要將兩種爆炸的嚴重度進行加權求和 。即是:


S=AS1+(1一A)S2

式中:

S1,S2蒸汽云爆炸和擴展蒸汽爆炸嚴重度;


A,1一A蒸汽云爆炸和擴展蒸汽爆炸發生的概率。


1.2現實危險性評價


對該儲罐區進行現實危險性評價時,根據過程的原料輸入和環境輸入確定需要重點防護的對象,過程的輸出則是反映了人采取措施也即是在固有危險性基礎上的危險性抵消因子。因此可將過程的輸出用于現實危險性評價。首先是工藝設備建筑物抵消因子,考慮到過程的原料輸入為氨水儲罐、丁二烯儲罐、苯乙烯儲罐,需要對其儲罐進行檢查、維修、保養,丁二烯具有爆炸性,儲罐區需要增加一些抑制爆炸、防止爆炸的設備。由于氨水具有易揮發性,需要必備的冷卻系統。考慮到丁二烯的易燃性,除了要增加一些惰性氣體保護裝置,還要保證廠區有良好的通風條件。過程的輸入不僅考慮各種原料的輸入,還必須考慮原料的物理、化學性質以及與環境相互作用的影響。過程的輸出則全面反映了人針對危險所采取的防護措施,包含各危險抵消因子,因此將過程的輸出用于現實危險性評價能避免無遺漏全面仔細的對儲罐區進行安全評價。



安全管理評價則是根據過程的輸入、輸出從而采取的一些安全管理措施并對其進行的評價,包括安全生產各方面內容,危險源評估、應急計劃與措施,消防安全等,在制定安全管理措施時需要根據過程的各個輸入環節,進行全面的評估 。


2、過程方法用于單個生產工藝安全評價


在化工廠的各個運轉過程中,其中最具危險性的是工藝生產過程。使用過程方法對單個生產工藝進行安全評價的步驟如下:


(1)分析生產工藝的各過程,確定各過程的輸入輸出。


本文以聚苯乙烯的生產為例,使用過程方法對生產工藝進行安全評價,從而展現過程方法在單個生產工藝安全評價中的應用。聚苯乙烯的生產廠區分為生產區以及儲罐區。聚苯乙烯生產流程如圖3所示。該聚苯乙烯生產有以下幾個過程:a聚苯乙烯配料進行預熱的過程。該過程的輸入是橡膠、苯乙烯單體、礦物油配料的輸入;輸出是預熱后的配料的輸出。b配料的預聚合及聚合過程。該過程的輸入是a中預熱后的配料的輸入,聚合過程還有發生化學反應所需的引發劑的輸入;該過程的輸出是聚合物聚苯乙烯以及其他物質混合物的輸出c預熱過程。該過程的輸入是聚合后混合物的輸入;輸出是達到一定溫度可以進行脫揮的混合物的輸出d脫揮過程。該過程的輸出主要包括聚苯乙烯的輸出,并且進行下一步的分離e冷卻固化、切粒包裝過程。該過程的輸入是聚合反應以及脫揮后符合要求的聚苯乙烯的輸入;該過程的輸出是包裝后可以運輸銷售的成品。根據這幾個過程的相互聯系以及相互作用,可以劃分評價單元,確定代表性評價單元。由于苯乙烯的聚合階段是整個過程中最危險的階段,反應為放熱反應,前期為常壓反應操作,后期為低壓灌氣操作,是危險化學反應過程,危險操作或者操作不當會造成反應失控;系統設備或者管道泄漏、物料噴濺遇明火或靜電火花會導致著火或者爆炸。各個過程有一個環節出現問題都將會造成不可估量的損失。

圖3 聚苯乙烯生產流程圖

(2)根據過程的輸入確定評價單元,選取代表性評價單元。


通過以上生產過程的分析,根據該過程的輸入劃分評價單元。生產裝置區,單元中乙烯的聚合過程是最具危險性的,以此作為代表性評價單元。該評價過程物質的輸入有苯乙烯、礦物油、抗氧化劑等,選取危險性大的或儲量大的物質為代表性物質,因此選取苯乙烯為代表性物質。儲罐區的苯乙烯依然是最具危險性的代表性物質,將其作為代表性評價單元。


(3)根據劃分好的各過程依次進行危險系數的選取,結合過程原料及環境輸入更為準確的確定危險系數。


生產裝置區確定一般工藝危險系數時,分為三個過程分別是苯乙烯聚合時的放熱化學反應過程、聚合完成后混合物的處理與運輸過程、廢料的排放與泄漏過程。由于苯乙烯聚合過程為中等程度的放熱反應,因此放熱化學反應系數選為0.4。物料處理和輸送過程根據規定選0.80 。各工藝過程選取的危險系數,見下表。


一般工藝危險系數為基本危險系數與所有選取危險系數相加。因此聚苯乙烯生產裝置區一般工藝危險系數為3.15,苯乙烯儲罐區,一般工藝危險系數為2.30。

表一般工藝危險系數

一般工藝危險系數聚苯乙烯生產裝置區苯乙烯儲罐區
代表物質苯乙烯 苯乙烯
基本系數(MF)1.00 1.00
放熱化學反應O.4
物料處理與輸送O.80 O.8O
室內工藝單元0.45
排放和泄漏控制O.5O 0.50

將過程方法用于單個工藝危險性評價,即是根據每個過程劃分評價單元,根據過程之間的相互聯系相互作用確定最具代表性的評價單元。根據過程的物質輸入確定最具危險性的代表性物質。物質系數選取則在原料輸入的基礎上結合各環境條件確定取值。根據各個過程選取危險系數,可以避免遺漏掉任何危險性的系數。根據過程的環境輸入,可以更為準確的確定危險系數。


3、結論


用過程方法對化工廠生產工藝過程進行評價,評價前可以根據各個過程將所需評價單元進行快速準確劃分,在評價的過程中,可以全面、嚴謹,保證無遺漏,有條理的進行評價,根據各個


過程之間的聯系,可以迅速判斷出代表性危險物質、危險單元。在評價之后,根據各個過程評價結果,分析嚴重危險的過程。由于各個過程之間密切聯系,可以發現在評價過程中出現的系統性問題,掌握各個過程的優勢與劣勢,確定生產系統中產生危險的更深層次的原因。依據評價結果,分析系統存在的危險源,結合各個過程的現狀,提出整改措施,增強預防措施的管理,這樣可以促進企業的本質安全化生產,并且降低企業的事故概率,使損失達到最少。


在使用過程方法對化工行業的重大危險源進行安全評價時,將過程的輸入用于固有危險性評價,將過程的輸出用于現實危險性評價,并且根據過程的環境輸入、物質輸入確定物質的危險系數各類權重值,提高了定量安全評價的準確度。在對單個生產工藝進行安全評價時,將生產工藝劃分為幾個過程,然后根據各個過程的輸入輸出進行各過程的安全評價。并且根據各過程之間的相互聯系相互作用的關系,判斷該工藝系統的危險性。


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