酒精企业生产装置的安全现状评价（6）
第六章 单元火灾、爆炸危险指数法评价
道化学公司的 “火灾、爆炸危险指数评价法”（第七版）是针对工艺过程中的物质、设备、数量、工艺参数、泄漏、储运等火灾、爆炸及毒性的危险性、有害性，通过逐步推算的方法，求出其火灾、爆炸等潜在危险及其等级的一种方法。
该法首先确定单元固有的火灾、爆炸指数（F&EI）及危险等级，详见表6-1。
表6-1 F&EI危险等级
|
F&EI |
1~60 |
61~96 |
97~127 |
128~158 |
>159 |
|
危险等级 |
最轻 |
较轻 |
中等 |
很大 |
非常大 |
然后，进一步确定单元危险区域的平面分布和影响体积，据此，定量计算单元危险系数和最大可能财产损失，以表征单元危险性的风险程度。具体评价步骤见图6-1。
根据生产装置的工艺条件，工艺单元中的危险物料及其数量，评价方法中确定评价单元的原则，以及各单元的危险度评价结果：危险度评价属Ⅱ级（中度危险）以上的单元共4个，由于发酵罐单元物质（发酵醪）的物质系数较低，属Ⅱ级（中度危险）的主要因素是体积较大，因此，选择生产装置蒸馏单元、产品乙醇储罐单元及污水副产沼气槽单元进行道化法评价。
6.2.2评价单元基本情况(1)生产装置乙醇蒸馏单元：
蒸馏塔：2台（粗馏塔及精馏塔）：
规格：Φ2800×16970及Φ4000×31175
操作温度：最高约110℃
操作压力：不大于0.044MPa
主要物料：乙醇等
（2）产品乙醇储罐单元
最大储存量：2000T
储罐规格：500m3两只，300m3两只，其余计量罐。
操作温度：常温
操作压力：常压
主要物料：乙醇
（3）沼气储槽
最大储存量：2500m3
操作温度：常温
操作压力：常压（水封槽）
主要物料：沼气
物质系数MF是表达由燃烧或化学反应引起的火灾、爆炸过程中潜在能量释放的尺度，由美国防火协会（NFPA）确定的物质可燃性Nf和化学活泼性Nr求得。
根据道化学公司《火灾、爆炸危险指数法》物质系数的确定原则，选取乙醇为蒸馏单元及乙醇储罐单元危险物质；选取甲烷为污水沼气储槽单元危险物质，其物质系数由道化学《火灾、爆炸危险指数法》附录A中查得。具体数据见表6-2。
表6-2评价单元危险物质系数及危险特性
|
评价单元 |
危险物质 |
物质 系数 |
燃烧热HC BuT/Ib×103 |
NFPA |
闪点 (℃) |
沸点 (℃) | ||
|
N(h) |
N(f) |
N® | ||||||
|
乙醇蒸馏单元 |
乙醇 |
16 |
115 |
0 |
3 |
0 |
13 |
78.5 |
|
乙醇储罐单元 |
乙醇 |
16 |
11.5 |
0 |
3 |
0 |
13 |
78.5 |
|
沼气储槽单元 |
甲烷 |
21 |
21.5 |
1 |
4 |
0 |
气 |
-160 |
按道化学公司《火灾、爆炸危险指数法》，对评价单元求取一般工艺危险系数（F1）和特殊工艺危险系数（F2），并按F3=F1×F2计算出工艺危险系数（F3），然后再按火灾、爆炸指数F&EI=F3×MF计算出火灾、爆炸指数。详见表6-3。
表6-3各单元火灾、爆炸危险指数（F&EI）计算（1）
| 评价单元： 乙醇蒸馏单元 | ||
| 确定MF的物质及其MF值：乙醇 16 | ||
| 物质系数当单元温度超过60℃时则标明 | ||
| 1．一般工艺危险 | 危险系数范围 | 采用危险系数（1） |
| 基本系数 | 1.00 | 1.00 |
| A．放热化学反应 | 0.3~1.25 |
|
| B．吸热反应 | 0.20~0.40 | 0.2(吸热反应) |
| C．物料处理与输送 | 0.25~1.05 | 0.50 |
| D．密闭式或室内工艺单元 | 0.25~0.90 | 0.30 |
| E．通道 | 0.20~0.35 | 0.20(取影响消防活动) |
| F．排放和泄漏控制 | 0.25~0.50 | 0.25 |
| 一般工艺危险系数（F1） |
|
2.45 |
| 2．特殊工艺系数 |
|
|
| 基本系数 | 1.00 | 1.00 |
| A．毒性物质 | 0.20~0.80 |
|
| B．负压（<500mmHg） | 0.50 |
|
| C．易燃范围内及接近易燃范围的操作 |
|
|
| 惰性化— 未惰性化— |
|
|
| 1．罐装易燃液体 | 0.50 |
|
| 2．过程失常或吹扫故障 | 0.30 | 0.30 |
| 3．一直在燃烧范围内 | 0.80 |
|
| D．粉尘爆炸 | 0.25~2.00 |
|
| E．压力 操作压力—千帕（绝对压） 释放压力—千帕（绝对压） |
|
0.16 |
| F．低温 | 0.20~0.30 |
|
| G．易燃及不稳定物质的重量 物质重量—千克 物质燃烧热Hc—焦耳/千克 |
|
|
| 1．工艺中的液体及气体 |
|
1.07(Hc=1.5×109BUT) |
| 2．储存中的液体及气体 |
|
|
| 3．储存中的可燃固体及工艺中的粉尘 |
|
|
| H．腐蚀与磨蚀 | 0.10~0.75 | 0.10(取小于0.127mm/年) |
| I．泄漏—接头和填料 | 0.10~1.15 | 0.30(取一般泄露) |
| J．使用明火设备 |
|
|
| K．热油热交换系统 | 0.15~1.5 |
|
| L．转动设备 | 0.50 |
|
| 特殊工艺危险系数F2 |
|
2.93 |
| 工艺单元危险系数F3 |
|
7.18 |
| 火灾、爆炸危险指数F&EI |
|
114.88 |
表6-3各单元火灾、爆炸危险指数（F&EI）计算（2）
| 评价单元：乙醇储罐 | ||
| 确定MF的物质及其MF值：乙醇 16 | ||
| 物质系数当单元温度超过60℃时则标明 | ||
| 1．一般工艺危险 | 危险系数范围 | 采用危险系数（1） |
| 基本系数 | 1.00 | 1.00 |
| A．放热化学反应 | 0.3~1.25 |
|
| B．吸热反应 | 0.20~0.40 |
|
| C．物料处理与输送 | 0.25~1.05 | 0.85 |
| D．密闭式或室内工艺单元 | 0.25~0.90 |
|
| E．通道 | 0.20~0.35 | 0.20(取影响消防活动) |
| F．排放和泄漏控制 | 0.25~0.50 | 0.25 |
| 一般工艺危险系数（F1） |
|
2.30 |
| 2．特殊工艺系数 |
|
|
| 基本系数 | 1.00 | 1.00 |
| A．毒性物质 | 0.20~0.80 |
|
| B．负压（<500mmHg） | 0.50 |
|
| C．易燃范围内及接近易燃范围的操作 |
|
|
| 惰性化— 未惰性化— |
|
|
| 1．罐装易燃液体 | 0.50 | 0.50 |
| 2．过程失常或吹扫故障 | 0.30 |
|
| 3．一直在燃烧范围内 | 0.80 |
|
| D．粉尘爆炸 | 0.25~2.00 |
|
| E．压力 操作压力—千帕（绝对压） 释放压力—千帕（绝对压） |
|
0.16 |
| F．低温 | 0.20~0.30 |
|
| G．易燃及不稳定物质的重量 物质重量—千克 物质燃烧热Hc—焦耳/千克 |
|
|
| 1．工艺中的液体及气体 |
|
|
| 2．储存中的液体及气体 |
|
1.1(Hc=5.07×1010BUT) |
| 3．储存中的可燃固体及工艺中的粉尘 |
|
|
| H．腐蚀与磨蚀 | 0.10~0.75 | 0.10(取小于0.127mm/年) |
| I．泄漏—接头和填料 | 0.10~1.15 | 0.30(取一般泄漏) |
| J．使用明火设备 |
|
|
| K．热油热交换系统 | 0.15~1.5 |
|
| L．转动设备 | 0.50 |
|
| 特殊工艺危险系数F2 |
|
3.16 |
| 工艺单元危险系数F3 |
|
7.27 |
| 火灾、爆炸危险指数F&EI |
|
116.32 |
表6-3各单元火灾、爆炸危险指数（F&EI）计算（3）
| 评价单元：沼气储槽 | ||
| 确定MF的物质及其MF值：甲烷 21 | ||
| 物质系数当单元温度超过60℃时则标明 | ||
| 1．一般工艺危险 | 危险系数范围 | 采用危险系数（1） |
| 基本系数 | 1.00 | 1.00 |
| A．放热化学反应 | 0.3~1.25 |
|
| B．吸热反应 | 0.20~0.40 |
|
| C．物料处理与输送 | 0.25~1.05 | 0.85 |
| D．密闭式或室内工艺单元 | 0.25~0.90 |
|
| E．通道 | 0.20~0.35 | 0.20(取影响消防活动) |
| F．排放和泄漏控制 | 0.25~0.50 | 0.25 |
| 一般工艺危险系数（F1） |
|
2.30 |
| 2．特殊工艺系数 |
|
|
| 基本系数 | 1.00 | 1.00 |
| A．毒性物质 | 0.20~0.80 | 0.2(NH=1) |
| B．负压（<500mmHg） | 0.50 |
|
| C．易燃范围内及接近易燃范围的操作 |
|
|
| 惰性化— 未惰性化— |
|
|
| 1．罐装易燃液体 | 0.50 | 0.50 |
| 2．过程失常或吹扫故障 | 0.30 |
|
| 3．一直在燃烧范围内 | 0.80 |
|
| D．粉尘爆炸 | 0.25~2.00 |
|
| E．压力 操作压力—千帕（绝对压） 释放压力—千帕（绝对压） |
|
0.16 |
| F．低温 | 0.20~0.30 |
|
| G．易燃及不稳定物质的重量 物质重量—千克 物质燃烧热Hc—焦耳/千克 |
|
|
| 1．工艺中的液体及气体 |
|
|
| 2．储存中的液体及气体 |
|
0.27(Hc=1.8×108BUT) |
| 3．储存中的可燃固体及工艺中的粉尘 |
|
|
| H．腐蚀与磨蚀 | 0.10~0.75 | 0.20(取大于0.127小于0.254mm/年) |
| I．泄漏—接头和填料 | 0.10~1.15 | 0.30(取一般泄漏) |
| J．使用明火设备 |
|
|
| K．热油热交换系统 | 0.15~1.5 |
|
| L．转动设备 | 0.50 |
|
| 特殊工艺危险系数F2 |
|
2.63 |
| 工艺单元危险系数F3 |
|
6.05 |
| 火灾、爆炸危险指数F&EI |
|
127.05 |
（1）火灾、爆炸危险指数（F&EI）及其危险等级
乙醇蒸馏单元： F&EI1=114.88 危险等级为“中等”；
乙醇储罐单元： F&EI2=116.32 危险等级为“中等”；
沼气储槽单元： F&EI3=127.05 危险等级为“中等”；
（2）暴露半径
乙醇蒸馏单元：暴露半径R1= F&EI1×0.84×0.3048M
= 114.88×0.84×0.3048M=29.4M；
乙醇储罐单元：暴露半径R2= F&EI2×0.84×0.3048M
=116.32×0.84×0.3048M=29.8M；
沼气储槽单元：暴露半径R3= F&EI3×0.84×0.3048M
= 127.05×0.84×0.3048M=32.5M；
（3）火灾、爆炸时暴露区域
暴露区域面积S=πR2
式中：R=暴露半径
乙醇蒸馏单元：暴露区域面积S1=π×R12=π×29.42=2714M2；
乙醇储罐单元：暴露区域面积S2=π×R22=π×29.82=2788M2；
沼气储槽单元：暴露区域面积S3=π×R12=π×32.52=3317M2；
火灾、爆炸时影响体积为一个围绕着工艺单元的圆柱体体积，其面积是暴露区域面积S、高度相当于暴露半径R（有时也可以用球体体积表示）。
（4）火灾、爆炸时暴露区域内财产价值
为了进一步计算的方便，设定单元暴露区域的财产更换价值为A1、A2、A3。
（5）危害系数的确定
危害系数是由图或方程式根据工艺单元危险系数（F3）和物质系数（MF）来确定的，对各单元的危害系数（y）求取如下：
乙醇蒸馏单元：由F1=7.18，MF=16，求得：Y1=0.64；
乙醇储罐单元：由F2=7.27，MF=16，求得：Y2=0.66；
沼气储槽单元：由F3=6.05，MF=21，求得：Y1=0.78；
（6）基本最大可能财产损失（基本MPPD）
乙醇蒸馏单元：0.64A1；
乙醇储罐单元：0.66A2；
沼气储槽单元：0.78A3；
不再进行进一步计算。
火灾、爆炸危险指数评价分析计算结果汇总见表6-4
表6-4 分析结果汇总表
|
单元 |
火灾、爆炸危险指数F&EI |
危险等级 |
暴露半径（R） |
暴露区域 （M2） |
暴露区域内财产更换价值 |
危害系数 |
基本MPPD |
|
乙醇蒸馏单元 |
114.88 |
中等 |
29.4 |
2714 |
A1 |
0.64 |
0.64A1 |
|
乙醇储罐单元 |
116.32 |
中等 |
29.8 |
2788 |
A2 |
0.66 |
0.66A2 |
|
沼气储槽单元 |
127.05 |
中等 |
32.5 |
3317 |
A3 |
0.78 |
0.78A3 |