基于道化学法的大型合成氨装置安全评价

　　摘要：根据道化学公司火灾、爆炸危险指数的基本原理，用VB 6.0开发的安全评价软件DowSE1.0，对某大型合成氨装置进行安全评价，得出其安全措施补偿前后的火灾、爆炸指数F&EI以及危险暴露面积，危害系数，危险等级，实际可能财产损失程度等指数。结果表明，合成氨装置中实际最大可能财产损失值都没有超过200万美元，气化系统在合成氨装置中实际最大可能财产损失值占损失替换值比例高达53%，超过了10%的相对危险值界限，说明在引进国外技术时应注重其安全防范配套措施消化吸收，并结合实际采取切实可行的安全措施，降低合成氨装置的风险程度。

　　关键词：安全评价、道氏法、合成氨

　　　　自1972年以来，我国陆续引进30套年产30万t合成氨装置，经过三四十年的发展，设备国产化已达较高程度[1，2]。由于石油价格的攀升，采用石油路线的部分装置纷纷改用煤为主要原料生产合成氨，此类生产工艺是在较高的压力和温度下进行的化学反应[3，4]。生产过程中的副产品和最终产品都具有易燃、易爆和有毒有害的特性，极易发生火灾和爆炸事故。

　　近年来，国内外化工企业为防止重大危险事故的发生，普遍建立了多种系统安全分析和评价方法，以科学的方法分析潜在的危险性。本文采用道化学公司火灾爆炸危险指数评价法，对某厂合成氨装置的危险进行定性定量的分析并指出进一步的安全整改措施。

　　1　道化学法安全评价目的与方法

　　1.1　道化学法安全评价目的

　　道化学公司火灾爆炸危险指数评价法(F&EI)能给出单一工艺单元潜在火灾、爆炸损失相对值的综合指数。F&EI系统的目的包括：①真实地量化潜在火灾、爆炸和反应性事故的预期损失；②确定可能引起事故发生或使事故扩大的装置；③向管理部门通报潜在的火灾、爆炸危险性[3]。

　　1.2　道化学法评价方法

　　由道化学火灾爆炸指数法[4]的评价程序可知，该方法主要包括：依照设计方案划分评价单元；确定每个工艺单元的物质系数(MF)；一般工艺危险系数(F1)；特殊工艺危险系数(F2)；火灾爆炸危险指数F&EI(表1)；安全措施补偿系数(C)；危害系数(DF)计算；暴露半径(R)计算；暴露区域内财产价值计算；基本最大可能财产损失(BASE MPPD)计算[4-15]；实际最大可能财产损失(ACTUAL MPPD)计算；单元危险系数；危险等级等。

 

　　2　道化学评价法在合成装置安全评价中的应用

　　2.1　合成氨装置及生产工艺概述

　　某厂年产18万t合成氨，引进了德士古水煤浆加压气化技术，南京化学工业公司和杭州化学所的NHD脱硫脱碳技术和丹麦托普索氨合成塔技术。合成氨生产工艺流程(见图1)包括制浆、气化、一氧化碳变换、脱硫脱碳、甲烷化、压缩、氨合成等工序和水煤浆添加剂、硫回收、氢回收等辅助系统。该装置总投资6亿元，年生产能力18万t合成氨，占地约0.6万m2。

　　2.2　工艺单元划分

　　合成氨装置的产品和副产品均为易燃易爆、有毒的气相或液相物质。生产中操作温度最高可达1.38 k℃，最高压力可达14.0 MPa。

 

　　根据合成氨生产工艺流程可将装置划分为气化、变换、脱硫脱碳、甲烷化、压缩、氨合成6个部分。考虑各子单元的危害程度，本文仅选取危险性较高的气化、变换、脱硫脱碳3个主要工艺单元进行评价。

　　2.3　评价单元危险系数确定

　　2.3.1　物质系数确定

　　物质系数(MF)是一个基础的数值，是表述物质在由燃烧或其他化学反应引起的火灾、爆炸中所释放能量大小的内在特性[5-8]。在划分的单元中，气化、变换、脱硫脱碳的主要物质是氢，查道化学公司火灾、爆炸危险指数评价法(第7版)附录A物质系数和特性表，得出气化、变换、脱硫脱碳子单元物质系数为21。

　　2.3.2　一般工艺危险系数F1的选取[3，5，6]

　　一般工艺危险系数是确定事故损害大小的主要因素。包括放热反应、吸热反应、物料处理与输送、封闭单元或室内单元、通道及排放和泄漏控制6个取值项。计算基本系数与所有选取的一般工艺危险系数之和就是一般工艺危险系数。各子单元取值具体数据见表2。

 
 

　　2.3.3　特殊工艺危险系数F2的选取[8，9]

　　特殊工艺危险系数是影响事故发生概率的主要因素。特定工艺条件是导致火灾、爆炸事故的主要原因。特殊工艺危险系数的选取包括毒性物质、负压操作、粉尘爆炸、压力释放12个选取值。计算基本系数与所有选取的特殊工艺危险系数之和就是特殊工艺危险系数。各单元具体取值见表3。

　　2.3.4　单元危险系数F3和火灾爆炸指数F&EI的计算[10-13]

　　单元危险系数是由一般工艺危险系数与特殊工艺危险系数决定的，单元危险系数F3=F2×F1。火灾、爆炸危险指数被用来估计生产过程中的事故可能造成的破坏。火灾、爆炸危险指数F&EI是工艺危险系数F3和物质系数MF的乘积，计算结果见表2。

　　2.3.5　评价单元安全措施补偿系数的确定[14，15]

　　评价各单元安全措施所具有的防护水平，由工艺控制系数C1，物质隔离系数C2，防火设施安全系数C3的乘积得到单元的安全措施修正系数。合成氨装置各子系统的安全补偿措施系数见表3。

　　2.3.6　单元危险分析评价结果

　　以VB6. 0为平台开发了道化学法安全评价软件DowSE1.0[15]，根据各评价子单元的火灾、爆炸指数F&EI和安全措施补偿系数，用开发的评价软件DowSE1.0得出其安全措施补偿前后的火灾、爆炸指数F&EI以及危险暴露面积，危害系数，危险等级，实际可能财产损失程度等指数(见表4)。

 

　　根据道化学火灾爆炸指数评价法确定的生产装置可以接受的风险程度的2条标准：一是单元和实际最大可能财产损失值在200万美元以下，如果超过了400万美元，则要求采取措施降低危险；二是单元的实际可能财产损失是损失替换值(投资成本×0.82)的10%左右时，是可以接受的，超过10%就需要采取措施降低危险。

　　3　安全整改措施和评价结论

　　3.1　安全整改措施

　　综合工艺设备的安全评价分析，此合成氨装置应该从以下几方面进行整改：

　　(1)严格遵守岗位操作规程，遵守工艺规律，选用含硫量低的煤作原料，尽量减少变换气中H2S的含量；特别注意防止脱硫、脱碳塔出口减压阀失灵，同时在操作中应防止阀门开启过快、过大。

　　(2)严格执行《压力容器安全技术监察规程》，对容器和管道(包括所有带压零件)，必须确保设计、制造、材质和安装环节的质量。定期检查安全附件和止逆阀，防止失灵。对系统的自动仪表连锁控制应定期进行检验，同时加强设备维护，确保安装及检修质量。

　　3.2　安全评价结论

　　(1)各子评价单元的火灾、爆炸指数的结果F&EI分别为139，162和413，按其危险等级为很大，非常大，考虑到安全补偿措施后若发生事故，则造成的实际财产损失分别为3 071.1万元，2 362.2万元和2 207.8万元，比原来的损失有所降低。

　　(2)由道化学火灾爆炸指数评价法的2条标准衡量合成氨装置的安全评价结果，可知以上子单元实际最大可能财产损失值都没有超过200万美元，而气化的实际可能财产损失值占损失替换值百分比高达53%，超过了10%的相对危险值界限，说明应采取一定安全防范措施，进一步降低合成氨装置的风险程度。但是，对于已运行多年的合成氨装置，要想改变装置内现有设备布局和工艺过程是不可行的，因此，只能从增加安全措施，加强安全管理几方面来提高装置安全可靠性。

　　(3)从我国合成氨装置引进的情况来看，偏重于工艺技术而忽略或轻视其配套的安全技术。我国现有合成氨装置的安全措施与国际化工安全规范技术要求还有一定的差距，今后应加强这方面的建设。

　　参考文献

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　　[15]周梁.基于Web的合成氨厂的安全评价.安徽大学学报,2006(6).