劉琛琛

(安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院，安徽 淮南 232001)

道化法在某化工集團(tuán)尿素合成裝置中的應(yīng)用

劉琛琛

(安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院，安徽 淮南 232001)

結(jié)合某化工集團(tuán)尿素車間的實際情況，用道化法對其尿素生產(chǎn)工段進(jìn)行火災(zāi)、爆炸危險性分析，得出該部分潛在危險等級為“Ⅴ”,危險程度為“非常大”。經(jīng)安全措施補(bǔ)償后，危險程度降為“中等”。道化法評價比較準(zhǔn)確地反映了企業(yè)的安全問題，定性預(yù)測了造成職業(yè)危害的可能性及嚴(yán)重程度，針對系統(tǒng)細(xì)節(jié)為安全管理者提供對策措施。

道化法；尿素合成；火災(zāi)爆炸；危險分析

1 引言

某化工集團(tuán)始建于1958年，自2000年起其尿素車間采用一套42萬噸/年氨汽提裝置進(jìn)行尿素生產(chǎn)。生產(chǎn)過程中高溫高壓的存在使尿素合成具有火災(zāi)爆炸危險性。因而本文采用道化學(xué)公司火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)評價法（第七版）對工藝過程和生產(chǎn)裝置及所含物料的實際潛在火災(zāi)、爆炸和反應(yīng)性危險進(jìn)行逐步分析。

2 生產(chǎn)工藝流程

尿素合成主要設(shè)備有合成塔、汽提塔、高壓甲銨冷凝器。合成塔工作壓力為15.3MPa，工作溫度為188℃，氨碳比3.6，水碳比0.67，略高于按物料衡算計算值。汽提塔的作用是回收離開尿素合成塔的未反應(yīng)混合物。高壓氨基甲酸銨冷凝器用于將氨與二氧化碳生成液態(tài)氨基甲酸銨，它的主要工藝條件為：溫度156℃，壓力14.6MPa。

尿素合成塔內(nèi)主要反應(yīng)方程式為CO2+2NH3=(NH2)2CO+ H2O-Q

3 火災(zāi)爆炸危險性分析

3.1 確定物質(zhì)系數(shù)

工藝過程中物質(zhì)為混合物，具有爆炸危險性的有NH3、CH4、CO、H2，根據(jù)物質(zhì)系數(shù)的求取方法，將甲烷作為危險的代表物質(zhì)，物質(zhì)系數(shù)為21。

3.2 一般工藝危險系數(shù)

（1）吸熱反應(yīng)：總體反應(yīng)為吸熱，是冷凝器等設(shè)備的自產(chǎn)熱。因此危險系數(shù)取0.25；（2）通道：尿素車間的設(shè)備幾乎全部集中在廠區(qū)東南部，在其西側(cè)有一條通往主干道的通道，東側(cè)通道較窄，緊急救援或消防車輛出入有阻礙。廠區(qū)面積大于925m2，且通道不符合要求，危險系數(shù)取0.35；（3）排放與泄露控制：設(shè)備周圍地面平坦，若泄露可能引起火災(zāi)，故系數(shù)取0.5。

3.3 特殊工藝危險系數(shù)

火災(zāi)爆炸危險來源于原料氨有爆炸性，原料二氧化碳中含有氫、一氧化碳、甲烷等雜質(zhì)。在生產(chǎn)中，為了防腐加入空氣，容易形成爆炸性氣體。此外由于放空尾氣中含有氫、氨、氧等，在某種條件下都會形成爆炸性氣體混合物。

（1）毒性物質(zhì)的危險系數(shù)是0.2NH（物質(zhì)毒性系數(shù)），混合物中氨的NH值為3；（2）負(fù)壓（＜500mmHg）：在尿素合成中的真空預(yù)濃和一段、二段蒸發(fā)過程絕對壓力均小于500mmHg；（3）腐蝕及磨損：合成塔的內(nèi)襯腐蝕率一般為0.1～0.2mm/a；（4）操作壓力在15Mpa左右；（5）在生產(chǎn)廠區(qū)內(nèi)有三處以上閥門、法蘭發(fā)生泄漏；（6）轉(zhuǎn)動設(shè)備：本單元中存在大于75馬力（5516.25W）的泵。

本單元的特殊工藝危險系數(shù)為：F2=4.06

表1 火災(zāi)、爆炸危險等級判定表

參照表1，本單元火災(zāi)爆炸指數(shù)結(jié)果匯總?cè)缦拢?/p>

表2 尿素生產(chǎn)過程火災(zāi)、爆炸指數(shù)結(jié)果匯總

3.4 安全措施補(bǔ)償系數(shù)

安全措施可分為工藝控制措施、物質(zhì)隔離措施、防火措施三類。

3.4 .1 工藝控制安全補(bǔ)償系數(shù)C1

（1）冷卻：冷卻系統(tǒng)能保證在發(fā)生故障時維持10min以上的正常冷卻，補(bǔ)償系數(shù)取0.99；（2）緊急停車裝置：有緊急停車裝置，補(bǔ)償系數(shù)取0.98；（3）計算機(jī)控制：整個系統(tǒng)全程采用計算機(jī)控制，補(bǔ)償系數(shù)取0.97；（4）操作指南或操作規(guī)程：根據(jù)操作規(guī)程的完善程度，計算補(bǔ)償系數(shù)得0.92；（5）其他工藝過程危險分析：采用檢查表對工藝過程進(jìn)行了分析，系數(shù)取0.98；（6）活性化學(xué)物質(zhì)檢查：在需要時才采取本措施，補(bǔ)償系數(shù)0.98。

C1=0.99×0.98×0.97×0.92×0.98×0.98=0.83

3.4 .2 物質(zhì)隔離安全補(bǔ)償系數(shù)C2

（1）單元備有單元遠(yuǎn)距離控制閥，補(bǔ)償系數(shù)0.98。（2）單元具有自動聯(lián)鎖裝置，避免出現(xiàn)錯誤的物料流向急由此引起的不必要的反應(yīng)，補(bǔ)償系數(shù)取0.98。

C2=0.98×0.98=0.96。

3.4 .3 防火措施安全補(bǔ)償系數(shù)C3

（1）防火涂料的耐火時間不能完全達(dá)到要求，故補(bǔ)償系數(shù)取0.99；（2）消防水：廠區(qū)內(nèi)有四個消火栓，補(bǔ)償系數(shù)取0.97；（3）配備有與火災(zāi)危險相適應(yīng)的手提式或移動式滅火器0.98。

C3=0.99×0.98×0.97=0.94

3.4 .4 安全措施總補(bǔ)償系數(shù)

C=C1×C2×C3=0.75

3.4 .5 補(bǔ)償后火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)

(F&EI)’=F&EI×C=126

補(bǔ)償后最終危險度火災(zāi)爆炸危險等級為“Ⅲ”級，危險程度為中等。查單元危害系數(shù)計算圖，當(dāng)物質(zhì)系數(shù)為21，F(xiàn)3=8時，危害系數(shù)為0.83。

在項目設(shè)計時，應(yīng)注意理論與應(yīng)用的關(guān)系，其關(guān)聯(lián)度越緊密，課程目標(biāo)達(dá)成度越高。設(shè)計時，綜合考慮項目工作流程和學(xué)生接受知識的邏輯順序，重組教材內(nèi)容，使學(xué)生在項目實踐中更容易理解和體驗。例如中職旅游專業(yè)課程《模擬導(dǎo)游》，是以學(xué)生掌握導(dǎo)游講解能力為核心的課程，可設(shè)計項目“我為某景區(qū)宣傳”，項目實踐可分為收集資料，形成初稿——自我試講，學(xué)習(xí)技巧——確定一稿，提升技巧——對客講解，實踐技巧——收集意見，修稿再練五個步驟。這是一種循環(huán)式的項目學(xué)習(xí)方式，適用于教材內(nèi)容結(jié)構(gòu)單一的課程，學(xué)生通過項目循環(huán)實踐可有效掌握講稿撰寫及講解技巧，達(dá)成課程目標(biāo)。

3.5 暴露區(qū)域內(nèi)的財產(chǎn)損失

暴露區(qū)域內(nèi)財產(chǎn)價值可由區(qū)域內(nèi)含有的財產(chǎn)（包括在其中貯存的物料）的更換價值（A）來確定：

A=原來成本×0.82×增長系數(shù)

本文中假定增長系數(shù)為1，則暴露區(qū)域內(nèi)的基本財產(chǎn)損失：

Bace MPPD=暴露區(qū)域內(nèi)財產(chǎn)損失×危害系數(shù)

經(jīng)安全措施補(bǔ)償后財產(chǎn)損失會比基本財產(chǎn)損失小，即實際財產(chǎn)損失為：

Actual MPPD=Bace MPPD×C

財產(chǎn)損失數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?。從中可以直觀地看出若本單元發(fā)生事故會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，其實際財產(chǎn)損失已經(jīng)達(dá)到了暴露區(qū)域財產(chǎn)價值的50%以上。

表3 單元財產(chǎn)數(shù)據(jù)匯總表

4 評價結(jié)論及建議

經(jīng)過嚴(yán)格的道化法評價及補(bǔ)償評價，得到本單元的火災(zāi)、爆炸指數(shù)為168，危險等級為Ⅴ。安全補(bǔ)償后，指數(shù)為126，危險等級為Ⅲ，危險程度為中等?？梢姴扇“踩胧Ω纳茊卧踩珷顩r的作用是顯著的。

4.2 建議措施

就該化工集團(tuán)的現(xiàn)狀及就筆者調(diào)研結(jié)果來說，安全管理依然存在很多問題。結(jié)合往年國內(nèi)外化肥廠火災(zāi)、爆炸事故的具體情況和預(yù)防措施，提出以下建議：

（1）從單元本質(zhì)安全化入手，采用金字塔式管理方案。管理者應(yīng)從基礎(chǔ)（一線工人及設(shè)備）上開展安全管理工作，認(rèn)真執(zhí)行安全管理制度，重視安全細(xì)節(jié)，做好安全生產(chǎn)和勞動保護(hù)教育工作，使安全意識深入人。進(jìn)而調(diào)整組織管理關(guān)系，使安全事務(wù)各有負(fù)責(zé)。

（2）將道化法整個分析過程作為危險因素解決方案，在單元內(nèi)增加相應(yīng)的安全補(bǔ)償措施，進(jìn)一步降低系統(tǒng)危險性。

（3）加強(qiáng)企業(yè)自身科研隊伍建設(shè)及與科研機(jī)構(gòu)的聯(lián)系。在科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行可行性分析的基礎(chǔ)上，企業(yè)對最新的科學(xué)技術(shù)或理念進(jìn)行分析，謹(jǐn)慎選擇，既可促進(jìn)新的優(yōu)良技術(shù)的發(fā)展普及，又可使企業(yè)自身的安全得到有力保障

[1]道化學(xué)公司火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)評價方法（第七版）[S].

[2]魏新利,李惠萍,王自健.工業(yè)生產(chǎn)過程安全評價[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[3]方興龍,周梁.基于道化學(xué)法的大型臺成氨裝置安全評價[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2007，33(2)：0～32.

[4]王宏圖,周麗明,胡國忠等.尿素合成生產(chǎn)工藝過程火災(zāi)爆炸危險性分析[J].重慶大學(xué)學(xué)報，2009,32（5）:556～565.

[5]方興龍,顏事龍,周梁.基于道化學(xué)法的化工安全評價——以安徽淮化集團(tuán)有限公司“1830”合成氨裝置為例[J].礦業(yè)科學(xué)技術(shù)，2006，3:6～8.

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1003-5168(2014)03-0207-02

劉琛?。?989—），女，安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院，研究方向：安全管理與安全評價。