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        芳烴聯(lián)合裝置火災爆炸事故后果研究

        2019-01-21 11:49:22李福成
        西部論叢 2019年3期

        李福成

        摘 要:為研究芳烴聯(lián)合裝置的火災危險性,選取典型工藝單元——異構(gòu)化單元,結(jié)合國內(nèi)某石化企業(yè)芳烴聯(lián)合裝置實際工藝參數(shù)及平面分布,使用 ALOHA 軟件研究異構(gòu)化單元進料過濾器二甲苯泄漏引發(fā)火災、爆炸事故對周邊工藝設備及相鄰工藝單元的影響。結(jié)果表明:3 種泄漏模式下,事故造成危害范圍大小順序依次為大孔泄漏>中孔泄漏>小孔泄漏;蒸氣云爆炸導致的事故后果較噴射火更嚴重。

        關(guān)鍵詞:異構(gòu)化單元;ALOHA;噴射火;蒸氣云爆炸

        芳烴聯(lián)合裝置以直餾石腦油或加氫裂化石腦油為原料,生產(chǎn)苯、對二甲苯和鄰二甲苯等芳烴產(chǎn)品,通常包括石腦油加氫、催化重整、芳烴抽提、二甲苯分離、異構(gòu)化等單元。對二甲苯作為聯(lián)合芳烴裝置的主要目標產(chǎn)物,是重要的有機化工原料。我國二甲苯市場的供需缺口較大,但由于缺乏對其安全性的足夠認識,全國各地抵制芳烴項目的活動此起彼伏。研究芳烴聯(lián)合裝置火災事故后果的嚴重程度,對該類項目的安全管理和合理布局具有重要意義。

        一、工藝介紹

        芳烴聯(lián)合裝置中的異構(gòu)化單元和吸附分離單元,是提高對二甲苯收率的關(guān)鍵。來自催化重整單元、歧化及烷基轉(zhuǎn)移單元和異構(gòu)化單元的多路C8混合芳烴物料匯聚到吸附分離單元,將對二甲苯與其他三種同分異構(gòu)體分離,得到高純度對二甲苯產(chǎn)品,其余 C8 混合芳烴物料送至異構(gòu)化單元,異構(gòu)化反應后的 C8 混合芳烴產(chǎn)物重新送至吸附分離單元提純對二甲苯產(chǎn)品。

        由于單次異構(gòu)化反應對二甲苯收率不足 20%,為最大限度獲得對二甲苯產(chǎn)品,反應物料需要在吸附分離和異構(gòu)化單元中多次循環(huán),加之來自其他單元的物料也持續(xù)輸送

        至吸附分離單元,物料逐漸在這兩個單元處積累到一定程度才達到物料平衡。上述兩個單元的處理規(guī)模往往遠超催化重整單元。表1列出了芳烴聯(lián)合裝置中主要單元處理規(guī)模的對比??梢?,吸附分離和異構(gòu)化單元的處理規(guī)模可達到催化重整單元的2倍甚至以上。一旦發(fā)生泄漏事故,則易燃物料泄漏速度快、總量大,加之處理溫度高,泄漏后均為氣相,發(fā)生蒸氣云爆炸的概率極高,也可能形成噴射火。因此,吸附分離單元和異構(gòu)化單元與芳烴聯(lián)合裝置的其他單元相比具有更高的火災風險。

        二、實例模型

        基于上述分析,應用 ALOHA 軟件,選取某石化企業(yè)芳烴聯(lián)合裝置異構(gòu)化單元,對其火災事故后果進行模擬計算。圖1為該企業(yè)芳烴聯(lián)合裝置平面分布圖,其中星標為進料過濾器,距離西側(cè)異構(gòu)化反應器 15 m。

        現(xiàn)考慮進料過濾器發(fā)生 3 種不同模式泄漏后對相鄰反應器和工藝單元可能引發(fā)的火災事故后果。泄漏物質(zhì)為鄰二甲苯,管道直徑 400 mm,管道長度 100m,介質(zhì)溫度 432 ℃,壓力 1.37 MPa,泄漏模式為有限源泄漏。環(huán)境溫度 26 ℃,地面處風速 5.5 m/s,西南風,大氣穩(wěn)定度為 D,天氣晴,相對濕度 50%[1]。

        三、事故后果分析

        對于蒸氣云爆炸來說,泄漏的二甲苯發(fā)生蒸氣云爆炸產(chǎn)生的強烈沖擊波,會對周圍裝置及人造成不同程度的傷害。按照玻璃震碎、人員損傷和建筑物摧毀 3 種后果的超壓強度,劃分蒸氣云爆炸的影響區(qū)域:超壓值 P 為 3.45 kPa 時,大窗戶和小窗戶通常破碎,窗戶框架偶爾遭到破壞,人受到一定傷害;P 為13.8 kPa 時,房屋的墻和屋頂局部坍塌,建筑物被破壞,人受到嚴重傷害;P 為 20.7 kPa 時,工廠建筑物內(nèi)的重型機械(1 362 kg)輕微損壞,鋼結(jié)構(gòu)建筑變形并離開基礎,人可能致死。

        二甲苯泄漏發(fā)生蒸氣云爆炸產(chǎn)生的沖擊波超壓范圍,見表3所示。相同泄漏模式,蒸氣云爆炸事故范圍較噴射火更廣;與噴射火事故場景規(guī)律一致,發(fā)生大孔泄漏時,事故造成的危害范圍最大,中孔泄漏次之,小孔泄漏最??;在小孔泄漏模式下,爆炸點下風向 11 m 范圍內(nèi)壓力超過20.7 kPa[2],30 m 范圍內(nèi)人員受到一定傷害;大孔泄漏模式下,下風向最遠 52 m 范圍內(nèi)建筑物被摧毀,102 m 范圍內(nèi)人員安全受到威脅。

        四、結(jié)論

        (1)基于實際生產(chǎn)工藝參數(shù),運用 ALOHA 軟件計算得出的事故影響范圍與實際事故案例后果相符,可為事故應急預案制定提供參考。(2)當溫度為423 ℃、壓力為 1.37 MPa 的二甲苯物料自直徑 10 cm 的孔洞泄漏形成噴射火后,產(chǎn)生的熱輻射會對下風向 12 m范圍內(nèi)的裝置設備造成損壞,如發(fā)生蒸氣云爆炸則下風向52 m 范圍內(nèi)建筑和設備會被摧毀。(3)三種泄漏模式下,事故造成危害范圍大孔泄漏最廣,中孔泄漏次之,小孔泄漏最小。

        參考文獻:

        [1]慕洋洋,秘義行,王璐,姜楠.芳烴聯(lián)合裝置火災爆炸事故后果分析[J].消防科學與技術(shù),2017,36(07):1000-1003.

        [2]劉發(fā)林,向鵬.火干擾后土壤多環(huán)芳烴時空分布特征[J].土壤通報,2016,47(04):973-979.

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