氯化氢合成装置火灾爆炸危险性评价及安全措施

　　引言
　　氯化氢是通过氯气与氢气在合成炉内燃烧合成，再经过水吸收制成不同浓度的盐酸产品。氯化氢合成的生产装置具有易燃、易爆、有毒、有害、接触腐蚀性化学物品的特点[1]。氢气是易燃、易爆气体，极易自燃，在800℃以上或点火时则放出青白色火焰、发生猛烈爆炸而生成水，因而安全要求是很高的。氢气和空气混合气的爆炸区间为含氢量在4.1%~74.2%(体积)。氢气和氧气混合气体的爆炸区间为含氢量在4.5%~95%(体积)。氢气和氯气混合气体的爆炸范围为含氢星在3.5%一97%(体积)[2]。氢气和空气的混合气的燃点为510℃，与氧气的混合气的燃点为450℃。可见，在氯化氢合成装置中，火灾爆炸危险性是十分突出的一种危害，正确判断其火灾危险性程度，对于预防火灾事故的发生、制定相应的安全措施以及达到安全生产是十分重要的。本文应用特别适合于评价化工过程火灾爆炸危险的道(Dow)化学公司火灾、爆炸危险指数评价方法对该合成炉装置进行评价。
　　1简介
　　1.1道(DOW)火灾爆炸指数法
　　1964年，美国道化学公司(Dow'sChemicalCo.)提出了以物质指数作为系统安全工程的评价方法[2,3,4]。以已往的事故统计资料及物质的潜在能量和现行安全措施为依据，对工艺装置及所含物料的实际潜在火灾、爆炸和反应危险性进行定量分析评价。道氏火灾爆炸指数法是目前世界上普遍采用的一种风险评价方法，其最大特点是用经济损失的大小来反映生产过程的火灾爆炸危险程度。道火灾爆炸指数评价法从推出第4版以来，技术日臻成熟。经过多年的发展，1993年，又推出了最新的道氏火灾爆炸指数法第7版[4,5]。
　　火灾、爆炸危险指数评价法主要用于评价储存处理和生产易燃、可燃、活性物质的操作过程，也可用于分析污水处理设施、公用工程系统、管路、整流器、变压器、锅炉、热氧化器以及发电厂一些单元的潜在损失[5]。
　　评价计算程序(如图1所示)分为十大步骤:
　　(1)确定评价单元;
　　(2)求取单元内的物质系数(MF);
　　(3)按单元的工艺条件求取一般工艺危险系数(F1)和特殊工艺危险系数(F2);
　　(4)用一般工艺危险系数和特殊工艺危险系数相乘求出工艺单元危险系数(F3);
　　(5)将工艺单元危险系数与物质系数相乘，求出火灾、爆炸危险指数(F&E1);
　　(6)用火灾、爆炸危险指数求出单元的暴雷区域半径，并计算暴露面积;
　　(7)查出单元暴露区域内所有设备的更换价值确定危害系数，求出基本最大可能财产损失(MPPD);
　　(8)应用安全措施补偿系数乘以基本MPPD,确定实际MPPD;
　　(9)根据实际最大可能财产损失，确定最大损失工作日(MPDO);
　　(10)用停产损失工作日MPDO确定停产损失(B1)。

 

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　　1.2氯化氢合成工艺概况
　　氯化氢合成装置是某化工厂离子膜电解生产烧碱装置的后续装置。来自上游工段的氢气及氯气经节流控制，以1.0:1.05~1.10的比例在石英套筒式燃烧炉内混合燃烧。合成后的氯化氢气体中心温度在1000℃以上，炉壁温度也可达400~500℃。其中涉及到的主要物质为氯气、氢气、氯化氢及空气等。
　　2氯化氢合成装置火灾爆炸危险指数评价
　　2.1评价单元选择
　　火灾爆炸危险指数法用于进行化工工艺危险性评价时，首先要选定研究对象，对整个生产区域，可将其划分成许多在事故中相对独立的单元。单元通常指生产装置的一部分，在工艺上有独立性。在此选取氛化氢合成炉作为评价单元。
　　2.2物质系数(MF)
　　物质系数是计算火灾、爆炸指数和进行事故损失评价的一个基本数据，它表示物质在由燃烧或其他化学反应引发的火灾爆炸中释放能量大小的内在特性。装置中的主要危险物质为氯气、氢气和氯化氢气体。在正常倩况下反应器内只有氯化氢气体它既无化学活性又无燃烧性。但是，偶尔的失误会造成熄火使反应过程中止，导致工艺单元中充满了反应物，造成氯化氢合成反应炉的爆炸危险。所以，反应器必须设计爆炸泄压装置。物质系数取两种反应物中较高的一个，氢气是21，氯气是1，则该单元物质系数为21。
　　2.3一般工艺危险系数(F1)及特殊工艺危险系数(F2)
　　一般工艺危险指那些在事故损失中的基本影响因素，包括6项内容(参见表1)。每项内容的系数选取方法在道氏法中均有较明确的说明。一般工艺危险系数F1为基本系数与所有选取系数之和。
　　特殊工艺危险是影响事故发生概率的基本因素，包括12项内容。表1中给出了评价单元的有关系数值。特殊工艺危险系数F2等于基本系数与各项系数之和。

 

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　　2.4单元工艺危险系数(F3)
　　单元工艺危险系数(F3)是一般工艺危险系数(F1)和特殊工艺危险系数(F2)的乘积，即F3=F1×F2。
　　2.5火灾、爆炸指数(F&E1)
　　计算火灾、爆炸指数，用以估计生产中事故可能造成的破坏。该指数是单元工艺危险系数(F3)和物质系数(MF)的乘积，即F&E1=F3×MF(见表1)
　　2.6暴露区面积
　　单元破坏系数DF是由单元工艺危险系数(F3)和物质系数(MF)确定的。它代表了单元中燃料泄漏或反应能量释放所引起的火灾、爆炸事故的综合效应，即破坏程度。由F3值和MF值查图求取，破坏系数值列于表2中。影响半径代表了影响区域的大小，在这个区域内的设施、设备会在火灾、爆炸事故中遭受破坏。火灾爆炸事故视为全方位扩散的立体圆柱形破坏。确定影响半径的方法是:0.84×火灾爆炸指数(F&E1)值，其值列于表2中。暴露区域面积为影响半径的圆形区域，计算值见表2。
　　2.7基本最大可能财产损失(基本MPPD)
　　暴露区域内的财产损失价值表示发生火灾爆炸事故时，影响区域内可能遭受破坏的全部设备、设施的财产价值(称为更换价值)，同时，还应包括影晌区域内易损失的产品嚷物料的价值(以储罐满载时计算)。依据暴露区域内的财产损失价值，可以求取基本最大可能财产损失(基本MPPD)，计算结果见表2。

　　2.8实际最大可能对产损失(实际MPPD)
　　实际最大可能财产损失，表示在采取适当的安全措施后事故可能造成的最大损失。实际最大可能则产损失(实际MPPD),通过安全措施补偿系数和基本最大可能财产损失可以计算，结果列于表2中。安全补偿系数包括工艺控制措施补偿系数(C1),隔离措施补偿系数(C2)和防火措施补偿系数(C3),取值都有明确的规定，在此不详述。
　　2.9最大可能损失工作日(MPDO)
　　通过查图，由实际最大可能财产损失可以得到最大可能损失工作日(MPDO)。
　　2.10停产损失(B1)
　　停产损失(B1)可由下式计算:B1=(MPDO/30)×VPM×0.7(百万美元)。其中，VPM为月产值。0.7为固定成本和利润系数，见表2。
　　3危险性评价结论及安全措施
　　3.1危险性评价结论
　　通过上述计算过程可看出，氯化氢合成装置火灾爆炸危险性指数为166.95，火灾爆炸危险性等级为非常大。火灾爆炸事故造成的后果主要通过经济损失来描述。经济损失包括两方面:一是事故造成的直接财产损失，用实际最大可能则产损失表示;二是因停产带来的损失。上述计算结果中两项损失之和约为两百多万美元，数目较大，损失比较严重。这与计算的火灾爆炸指数危险性等级也是相对应的。应当采取相应的措施，降低发生事故的可能性，防止造成经济损失以及发生人员伤亡事故。
　　3.2安全措施
　　(1)增加安全措施，增强已有安全设施的功效，提高生产过程的自动化水平加强安全监察与管理，尽量降低单元安全措施补偿系数值。
　　(2)防止火灾爆炸事故的发生，应当正确控制合成反应的氯氢配比。反应时氯与氢的配比应为1:1.05~1.1;一旦发生比例失调，均会发生事故。同时，应确保事故处理装置的完好，防止连带事故如氯气泄漏事故的发生。
　　(3)在开停车时应注意:点炉前必须认真检查设备、管线、阀门，确信进炉氢气、氯气管线上所有阀门严闭;检查炉顶防爆膜是否坚挺、有效，防雨遮盖严密;检查燃烧器，确保其完好;氢气管网试压，确认其不漏;氢气系统用氮气进行置换;合成妒看火现镜清晰透亮;检查水夹套或水蒸汽炉水源是否正常(排除剩气)。这些均可阳氏事故的发生概率。
　　(4)系统检修若需动火必须遵循以下原则:氢气管道、合成炉动火属一级动火，需经安全部门及厂部审批;其余部位动火属二级动火，需经车间主任审批;系统动火前必须拆除炉顶防爆膜、进炉的氢气及氯气管道上器盲板，拆掉炉顶，停止尾气鼓风机等;在动火部位有良好接地(防止静电作用)现场有专人监护并淮备好1211灭火器等消防器材;若需进入合成炉补焊，还要办理进入容器的申请手续如动火部位较高，还需办理登高作业申请手续。同时，参与人员应做好个体防护。
　　(5)加强操作员工的安全及技术岗位培训，提高工人的操作水平及安全意识，注意安全管理措施的落实。根据多年的工作经验，必须对员工进行全面、系统的安全维护技能倍训，严格执行人员管理、监督制度。不断提高操作人员的素质也是降低危险性、避免事故发生和扩大的有效措施之一。再完美的设计也不可能完全避免由人为疏忽、错误引起的损害，简而言之，安全管理对策措施就是建立安全管理制度、提高操作人员和管理人员的索质。具体的内容包括安全倍训、检查和维修制度、定期安全审查、建立救护组织机构、制定事故应急计划等等。
　　参考文献
　　[1]中国化工安全卫生技术协会，化学工业部技术监任司编.抓喊生产安全操作与事故北京:化学工业出版社,1995
　　[2]弃学品编.化工过程危险性分析.北京:化学工业出版社，2000
　　[3]闪淳昌主编.建设项目(工程)劳动卫生预评价指南.大连:大连海事出版社,1999
　　[4]昊宗之.高进东，魏利军.危险评价方法及应用.北京:冶金工业出版社，2001
　　[51国家安全生产监督管理局主编.安全评价.北京:煤炭工业出版社.2002