间苯二甲酸装置火灾爆炸危险性分析

    摘要：运用美国道化学公司（DOW）火灾爆炸危险指数法（七版），对中国石油北京燕山分公司化工八厂间苯二甲酸（PIA）装置的火灾爆炸危险性进行了分析评价，结合评价结果给出采取的对策和措施，以降低生产装置的危险性。

　　关键词：间苯二甲酸（PIA）装置；火灾爆炸；风险分析

　　中国石化北京燕山分公司（以下简称燕化公司）间苯二甲酸装置（以下简称PIA装置）采用间二甲苯为原料，醋酸为溶剂进行间二甲苯氧化制成粗间苯二甲酸，然后进行加氢去除杂质，还原中间产物形成精间苯二甲酸。生产具有较大火灾、爆炸危险性，生产环境恶劣，设备腐蚀严重，装置工艺复杂，生产连续性强，该装置先后进行多次改造，曾经发生过一次爆炸事故，造成一人死亡，存在潜在的安全风险。本文采用道化公司（DOW）火灾爆炸危险指数法对该装置进行分析，评价该生产装置的火灾爆炸危险度等级，事故发生的可能因素，并提出有效的防范措施。

　　1．生产工艺流程简述

　　主要工艺流程见图1

　　从罐区来的间二甲苯和配制系统促进剂、催化剂和HD-202（溶剂计量罐）的醋酸，加到HD-204（反应器进料罐）混合，用高速泵送到反应器HR-301，用空压机提供的压缩空气进行氧化，反应生成粗间苯二甲酸，经三个结晶器HD-401、402、403降温降压，气相去脱水塔。物料通过HG-403A/B输送到离心机加料泵，供给一级离心机A/B分离出粗间苯二甲酸晶体，分离出的粗间苯二甲酸进入HD-501（二级离心机进料罐），使一级分离的粗间苯二甲酸用HAC洗涤后，经二级离心机分离，然后进入干燥机，干燥的粗间苯二甲酸用氮气吹扫到氧化料仓储存。

　　氧化料仓内的粗间苯二甲酸下到JD-101（再打浆罐）用水做溶剂进行配料，用高速泵输送经过5个加热器，JE-101A/B/C/D/E经JD-201（溶解器），使粗间苯二甲酸完全溶于水中。进入加氢反应器JR-202，从反应器出来经过5个结晶器，降温降压，经一级离心机JM-401A/B分离，精间苯二甲酸进入干燥机，干燥的精间苯二甲酸产品送到精制料仓JF-501A/B。

　　2．道化学公司（DOW）火灾爆炸危险指数法评价

　　运用道化学公司火灾，爆炸危险指数评价方法（七版）进行危险分析。

　　2.1评价单元的确定

　　根据间苯二甲酸装置的布局情况及生产工艺流程特点，以及设备位置和相互关系，将该装置划分为以下6个单元分别进行评价：①罐区单元；②氧化反应单元；③IA产品回收单元；④溶剂回收单元；⑤加氢反应单元；⑥PIA产品回收单元。

　　2.2确定评价状态

　　因本装置在正常操作阶段危险性最大，所以对各装置进行评价的评价状态确定为装置正常生产时的状态。

　　2.3评价过程

　　下面以氧化反应单元为例来说明评价过程。

　　2.3.1选取物质系数（MF）

　　氧化反应单元主要包括间二甲苯原料及醋酸、催化剂、促进剂、空气，按混合物的物质系数系统选取，将组成大于5%，且最具危险性的物质间二甲苯的物质系数作为该单元的物质系数MF=16。

　　2.3.2确定单元工艺危险系数（F3）

　　2.3.2.1一般工艺危险系数（F1）

　　a）放热反应

　　氧化反应是中等放热反应，故系数选定为0.5。

　　b）物质的处理与输送

　　催化剂配置为人工配置催化剂，故系数选定为0.5。

　　c）通道

　　生产装置周围有紧急救援车辆的通道，整个操作区面积大于925m2，但其反应部分通道不符合规范要求，未形成环形通道，故系数选定为0.35。

　　d）排放和泄漏控制

　　装置单元内设有围堰以防止泄漏液流到其它区域，但堤坝内所有设备露天放置，故系数选定为0.5。

　　因此，一般工艺危险系数F1=1+a+b+c+d=2.85。

　　2.3.2.2特殊工艺危险系数（F2）

　　a）毒性物质

　　二甲苯为毒性物质，物质毒性系数（NH）=2，故危险系数为0.4。

　　b）燃烧范围或其附近的操作

　　只有当仪表或装置失灵时，工艺设备或贮罐才处于燃烧范围内或其附近，故危险系数为0.3。

　　c）释放压力

　　因操作压力＜6895kPa(表压)，间二甲苯是闪点低于60℃的易燃可燃液体，查“易燃、可燃液体的压力危险系数图”可得危险系数为0.3。

　　d）易燃和不稳定物质的数量

　　根据所储存物质总量乘以燃烧热，间二甲苯闪点＜37.8℃，查“工艺中的液体和气体的危险系数图”，可得危险系数为1.0。

　　e）腐蚀

　　因反应单元设备采用钛材，所以腐蚀速率(包括点腐蚀和局部腐蚀)＜0．127mm／a，故取危险系数为0．10。

　　f）泄漏——连接头和填料处

　　反应系统在生产时，泵、压缩机和法兰连接处会产生正常的一般泄漏，故取危险系数为0.30。

　　g）转动设备

　　该反应系统转动设备包括空压机，空压机功率＞600马力，故取危险系数为0.5。

　　因此，特殊工艺危险系数F2=1+a+b+c+d+e+f+g=3.9。

　　2.3.2.3单元工艺危险系数（F3）的确定

　　F3=F1×F2=2.85×3.9=11.115，根据规定取F3=8。

　　2.3.3求单元火灾爆炸指数（F&EI）

　　F&EI= F3×MF=8.0×16=128

　　根据道化学（DOW）七版危险等级划分标准，本单元火灾爆炸危险程度属于“很大”。

　　2.3.4计算安全措施补偿系数

　　2.3.4.1工艺控制补偿系数（C1）

　　a）应急电源

　　本单元由事故应急电源，能从正常状态自动切换到应急状态，补偿系数取0.98。

　　b）抑爆

　　本单元设备有防爆膜，反应单元有防爆墙，故取补偿系数为0.98。

　　c）紧急停车装置

　　在紧急情况下有停车系统，空压机系统有振动仪，振动值大的情况下可以使设备停车。故取补偿系数为0.96。

　　d）计算机控制

　　设置了在线计算机控制，以帮助操作者，具有失效保护功能，补偿系数取0.93。

　　e）操作指南或操作规程

　　根据操作规程的完善程度，计算后系数为0.91。

　　f）其它工艺过程危险分析

　　定期开展“环境、健康、安全和损失预防审查”危险分析，故取补偿系数为0.96。

　　以上各补偿系数相乘得C1=0.749

　　2.3.4.2物质隔离补偿系数

　　a）远距离控制阀

　　单元备有遥控的切断阀，以便在紧急情况下迅速地将储罐、容器及主要输送管线隔离，则取补偿系数0.98。

　　b）切断/排放装置

　　备用贮槽能安全地直接接受单元内的物料，而且备用贮槽安置在单元外，则系数为0.96。

　　c）排污系统

　　排放设施完善，能把贮罐和设备下以及附近的泄漏物排净，故采用补偿系数0.91。

　　d）联锁装置

　　装有连锁系统，取系数为0.98。

　　以上各系数相乘得物质隔离措施补偿系数C2=0.839。

　　2.3.4.3防火措施补偿系数（C3）

　　a）泄漏检测装置

　　单元安装了可燃气体报警器，系数取0.98。

　　b）钢制结构

　　该单元所有的承重钢结构均及钢筋土结构均涂覆防火涂层，并及时维护，故取系数0.94。

　　c）消防水供应

　　该单元消防水压力＞690kPa(表压)，消防水的供应能保证按计算的最大需水量连续供应4h，故取补偿系数0.94。

　　d）特殊灭火系统

　　该单元有烟火探测器、防爆墙等，补偿系数取0.91。

　　e）手提式灭火器/水枪

　　配备与火灾危险相适应的手提式移动灭火器，补偿系数取0.95。

　　以上各系数相乘得防火措施补偿系数C3=0.749。

　　2.3.4.4安全措施补偿系数

　　C=C1×C2×C3=0.47

　　2.3.5计算补偿后危险程度

　　F&EI=MF×F3×C=16×8×0.47=60.16

　　即实际危险程度为“较轻”。

　　3 火灾爆炸危险指数计算结果及分析

　　3.1 各单元火灾爆炸危险指数计算结果（见表1）

　　3.2 结果分析

　　a）从各单元得出的火灾爆炸指数来看，6个单元的危险性都较高，加氢单元的火灾爆炸指数为最大，因为该单元用氢气进行物料杂质的还原操作，氢气为易燃易爆气体危险性高，加氢单元储存大量氢气，因此指数相对较高，危险性相对较大。

　　b）从一般工艺危险性分析，整个装置在消防通道和泄漏物排放方面不够完善，应采取积极有效的措施，改善消防通道和排污设施，提高装置处理紧急事故能力。

　　c）氧化单元采用98%浓度的醋酸作为溶剂进行反应，醋酸在高温情况下腐蚀性较强，虽然装置大部分主要设备采用钛材或者衬钛的材质，但是仍然有部分非钛材设备腐蚀严重，给安全生产造成威胁。另外，醋酸挥发性较强，装置上醋酸味道很浓，给工人操作带来困难。

　　d）精制反应单元采用氢气作为还原剂进行反应，氢气对设备腐蚀性较强，另外氢气操作危险性大，一旦泄漏就会产生火灾爆炸。

　　e）该装置生产的物料粘性较大，对设备要求高，很多国产设备很难满足工艺要求，处理设备经常要进行大量物料排放，排放设施的不完善造成很大困难。

　　f）装置经常需要采用氢氧化钠清洗设备和清堵物料管线，在清理管线和设备时会有带压的情况，拆卸管线和设备后会喷溅出碱液造成人身伤害。

　　g）装置的消防设施应定期检修、更换，还应增加手提式灭火器或水枪，在氧化反应单元的框架应增加消防竖管设施。

　　h）催化剂的配置还采用人工添加配置，应采用自动化装置来进行配置。

　　i）装置上很多负重混凝土结构没有采用防火砖，应采用防火砖以延缓着火时间，保证框架结构强度。

　　4.对策措施

　　a）加强职工巡检，完善各种操作规程和制度，对氧化反应的尾氧波动严格控制，一旦发现尾氧超高就要连锁停车，系统进氮气进行保护，以免造成火灾爆炸事故。

　　b）在退料过程中要禁止进空气，用氮气作为提压气体进行退料处理。

　　c）在处理堵塞清堵时，要严格按照规程，将压力放空，避免带压，发生物料和碱液喷溅事故发生。

　　d）对压力容器和管线要定期检测，掌握设备缺陷和腐蚀情况，及早做出判断，对设备进行监护或更换设备。

　　e）要保证各种仪表、联锁、报警器等完好，在事故状态下能够发挥作用，避免事故发生或扩大。

　　f）定期修订、完善应急事故预案，定期组织职工对事故预案进行演练，保证事故状态下能够正确、及时的处理。

　　5.参考文献

　　1）中国石油化工集团公司安全与环保监督局.石油化工安全工程【M】.北京：中国石化出版社，1998

　　2）冯肇瑞，崔国璋.安全系统工程【M】.北京：冶金工业出版社，1987

　　3）间苯二甲酸装置工艺技术规程【M】.北京：2009

　　图一      工艺流程（氧化单元）

　　HC-101空气压缩机 HE-101中间冷却器 HM-501一级离心机 HM-502二级离心机 HD-210催化剂中间储罐 HD-501二级离心机进料罐 HG-202溶剂泵

　　HG-1403催化剂泵 HD-205促进剂计量罐 HD-202溶剂罐 HD-204反应器进料罐 HR-301反应器 HD-401第一结晶器 HD-402第二结晶器

　　HD-403第三结晶器 HG-205BST计量泵HG-403一级离心机进料泵 HG-501二级离心机进料泵 HG-602汽提塔进料泵 HG-400PX吸收塔回流泵

　　HP-501干燥剂进料螺旋 HM-503干燥剂 HF-501氧化料仓 JP-102下料螺旋

　　图二     工艺流程（精制单元）

　　JP-102下料螺旋, JP-103/104星形加料器, JD-101再打浆罐, JE-101A/B/C/D浆料预热器, JG-101反应器进料增压泵JG-102反应器进料泵, JD-201溶解器, JR-202加氢反应器, JD-301第一结晶器, JD-302第二结晶器JD-303第三结晶器, JD-304第四结晶器, JD-305第五结晶器, JD-402再打浆罐, JM-401一级离心机JG-401一级离心机进料泵, JG-402二级离心机进料泵, JM-402二级离心机, JP-402A/B干燥机进料螺旋JM-403 PIA干燥机, JP-502下料螺旋, JP-504星形加料器,JF-501 PIA储仓, JP-505星形加料器

　　表一   各单元火灾爆炸危险指数计算结果

项目	罐区	氧化反应	IA产品回收	溶剂回收	加氢反应	PIA产品回收
物质系数（MF）	16	16	16	14	21	4
一般工艺危险性（F1）	2.2	2.85	3.0	2.35	2.7	3.35
特殊工艺危险性（F2）	3.0	3.9	3.85	3.85	4.25	6.45
单元危险性（F3）	6.6	8	8	8	8	8
安全措施修正系数（C）	0.669	0.47	0.49	0.49	0.488	0.786
火灾爆炸指数	105.6	128	128	112	168	32
（危险程度）	（中等）	（很大）	（很大）	（中等）	（非常大）	（最轻）
补偿后火灾爆炸指数	70.65	60.16	62.72	54.88	81.98	25.15
（危险程度）	（较轻）	（较轻）	（较轻）	（最轻）	（较轻）	（最轻）