（化学工程专业论文）乙氧基化催化精馏新工艺安全评价研究.pdf

乙氧基化催化精馏新工艺安全评价研究 学位论文完成日期 指导教师签字 答辩委员会成员签字 做铆 身彳乡足 删一一 乞魏7 1 1 7 缀 l i l i j ii ij 113 1i l li iii ii il ly 18 3 013 8 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果 据我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果 或其他教育机构的学位或证书使用过的材 料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意 学位论文作者签名 i 氨萨起签字日期 列口年6 月 t b 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘 允许论文被查阅和借阅 本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用 影印 缩印或扫描等复制手段保存 汇编学位论文 同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到 中国学位论文全文数据库 并通过网络向社会公 众提供信息服务 保密的学位论文在解密后适用本授权书 肇位论文作者签名 i 习江起 签字日期 j o 年 月 声 导师签字 签字日期 砷辟 摘要 乙氧基化催化精馏新工艺安全评价研究 摘要 乙氧基化是环氧乙烷 e t h y l e n eo x i d e e o 与含活泼氢化合物 如醇 胺等 开环聚合或加成的反应 乙氧基化是环氧乙烷精深加工产业中最重要的反应 使 用不同的原料通过乙氧基化反应可以制到聚乙二醇 非离子表面活性剂 乙醇胺 乙二醇醚等上千种重要的精细化学品 乙氧基化同时是一类特殊反应 反应强放 热 反应物e o 易燃 易爆 易分解 聚合 有毒 对生产装置的安全性要求非 常高 为了开发新的乙氧基化技术 辽宁奥克化学股份有限公司提出并开展了低 碳醇乙氧基化催化精馏新工艺研究开发工作 并建成了1 个2 0 0 0 吨 年产品的中 试规模的催化精馏装置 鉴于e o 的特殊性 对这一新工艺和新装置的安全性和 风险性进行科学分析和评价显得尤为重要 本文以此项目为背景 以甲醇乙氧基 化生产乙二醇单甲醚为例 对新工艺的安全性进行分析与评价 旨在建立装置的 安全评价方法 并为操作应急预案制定提供理论依据 1 利用a s p e np l u s 模拟软件 对催化精馏塔进行了模拟计算 取得 了装置优化的操作条件和安全评价基础数据 研究了压力 再沸器负荷 进料醇烷比 精馏段和提馏段高度等关键操作 参数对目标产物选择性和收率的影响 取得塔优化的操作条件 e o 进料速率 1 7 4 6 8k g h 甲醇进料速率1 2 7 0 4k g h 操作压力0 4 m p a 反应段温度3 7 7 k 再沸器负荷1 8 6 6k w 冷凝器负荷3 0 0 2k w 再沸比1 0 0 进料醇烷比1 1 精馏段高度3 8m 提馏段高度4 2m 在此操作条件下 e o 转化率可达9 9 o 甲醇转化率达到9 5 目标产品单醚的选择性和收率可达9 1 6 2 体现了新工 艺的技术优越性 模拟同时得到了塔内温度 汽液相流量 汽液相摩尔组成等参 数分布 得到用于安全评价所需的基础数据 塔内未反应e o 的量 2 针对e o 的特殊性 开展了安全评价方法的研究 对装置 工艺 的 安全性进行了分析与评价 首先 分析了e o 危险性及影响因素 将温度指定为危险指标 将e o 操作 分为安全区 安全警告区 危险区和灾难区四个区域 依次划分情况 建立了 e o 体系定量安全评价的参照标准 其次 依据建立的安全评价方法 对装置 工 摘要 艺 的安全性进行了分析与评价 结果表明 稳态条件下 装置操作温度和压力 适中 填料的传热性能良好 不存在局部高温 e o 在反应段接近完全转化 操 作处于安全区域 最后 为了给工业装置的设计和操作提供安全依据 本文还将 新工艺与现有成熟的工业乙烯氧化生产e o 和外循环乙氧基化两种工艺进行了比 较 结果表明 催化精馏工艺不存在氧气和乙醛等危险性物质 操作条件更 温 和 e o 转化率更高 汽液相中浓度更低 其潜在的危险性或危险程度更低 3 基于事故后果分析法 对催化精馏塔紧急排空后因环氧乙烷扩散引起 的危险性进行了定量分析 首先 利用安全评价准则判定了e o 的排放类型和扩散类型 研究表明 装 置紧急排空的排放类型为连续排放 环境风速大于0 9 4m s 1 时 扩散类型为非 重气云扩散 环境风速小于0 9 4m s 时 扩散类型为重气云扩散 其次 利用 高斯烟羽模型 计算得到了e o 非重气扩散突发火和中毒危险下风向最大距离 计算表明 在不利的环境下 最大距离分别为3 5 2m 和9 7 4m 利用s l a b 模 型 得到了e o 重气扩散下风向突发火和毒性最大危险距离 研究表明 当e o 形成重气云团时 最大危险距离明显大于非重气扩散 最后 利用m u l t i e n e r g y m e t h o d 模型计算得到了e o 气云爆炸的伤害半径 对设备造成损害和对人体健 康造成严重威胁的伤害半径分别为1 3 8 9 m 和6 9 4 5m 关键词 环氧乙烷 乙氧基化 催化精馏 安全评价 一 s a f e t ya s s e s s m e n to fa n e w e t h o x y l a t i o nc a t a l y t i c d i s t i l l a t i o np r o c e s s a b s t r a c t e t h o x y l a t i o ni sc o m m o n l yp e r f o r m e di ni n d u s t r yf o rt h ep r o d u c t i o no fm a n yf i n e c h e m i c a l ss u c ha sn o n i o n i cs u r f a c t a n t sa n dp o l y p r o p y l e n eg l y c o l sa n ds oo ni nw h i c h e t h y l e n eo x i d e e o i st y p i c a l l yr i n g o p e n i n ga d d i t i o no rp o l y m e r i z a t i o nr e a c t e dw i t h a c t i v eh y d r o g e n c o n t a i n e dc o m p o u n d s s u c ha sa l c o h o la n da m i n e e t c e t h o x y l a t i o n i sas p e c i a lk i n do fc h e m i c a lr e a c t i o na n di sh i g h l ye x o t h e r m i cr e a c t i o n i na d d i t i o n e t h y l e n eo x i d e i sav e r yr e a c t i v e f l a m m a b l ea n d e x p l o s i b l er e a c t a n t s ot h e r e q u i r e m e n to fs e c u r i t yf o rt h ep l a n ti sv e r yh i 曲 t h en e wt e c h n i q u eo fc o n t i n u o u s c a t a l y t i cd i s t i l l a t i o n c d h a db e e np r o p o s e db yl i a o n i n go x i c h e mc o 1 t da n da 2 0 0 0 t ap i l o t s c a l ec d c o l u m nw a sb u i l ti no r d e rt od e v e l o pag r e e ne n e r g y s a v i n g e t h o x y l a t i o nt e c h n i q u e o w i n gt o t h ee or i s 料p r o b l e m s a f e t ya n a l y s i sa n d a s s e s s m e n tw e r ee s s e n t i a lf o rt h en e wc dp r o c e s s 1 1 1 i sp a p e ri sc a r r i e do u tt om a k ea s t u d y o ns a f e t ya s s e s s e m e n tf o rt h es y n t h e s i so fe t h y l e n eg l y c o lm o n o e t h e r s e g m m e f r o mm e t h a n o la n de t h y l e n eo x i d ea i m m i n ga te s t a b l i s h i n gt h e o r e t i c a l t o u n d a t i o nt o ri n d u s t r i a l i z a t i o n 1 n l eo p t i m a lo p e r a t i n gp a r a m e t e r sa n dt h es a f e t ye v a l u a t i o nb a s i cd a t ao ft h e c dc l o u m nw e r ec a l c u l a t e da n dd e t e r m i n e dt h r o u g hs i m u l a t i o nu s i n ga s p e np l u s s o f t w a r e t h ee f f e c t so ft h ek e yo p e r a t i n gp a r a m e t e r s s u c ha sp r e s s u r e t e m p e r a t u r e r e b o i l e rh e a td u t y m o l a rf e e dr a t i oo fm e t h a n o lt oe o r e a c t i o nz o n ea n ds t r i p p i n g z o n eh e i g h t e t c o ns e l e c t i v i t ya n dy i e l do fe g m m ew e r ei n v e s t i g a t e dt oo b t a i nt h e o p t i m a lo p e r a t i n gc o n d i t i o n so fc o l u m n 1 1 1 eo p t i m a lo p e r a t i o np a r a m e t e r sw e r e d e t e r m i n e dt ob e e of e e dr a t e17 4 6 8k g h 一 m e t h a n o lf e e dr a t e12 7 0 4k g h 一 p r e s s u r e0 4 m p a r e a c t i o nz o n et e m p e r a t u r e3 7 7 k r e b o i l e rd u t y18 6 6k w c o n d e n s o r d u t y 3 0 0 2k w b o i l u pr m i o10 m o l a rf e e dr a t i oo fm e t h a n o lt oe ol l h e i g h to f r e a c t i o nz o n e3 8 m h e i g h to fs t r i p p i n gs e c t i o n4 2m t h r o u g hs i m u l a t i o nu n d e rt h e e s t a b l i s h e do p e r a t i n gc o n d i t i o n s i tw a ss h o w e dt i l a t ac o n v e r s i o no fe om o r et h a n 9 9 9 9 ac o n v e r s i o no fm e t h a n e lm o r et h a n9 5 a n das e l e c t i v i t yo fe g m m em o r e a b s t r a e t t h a n91 6 c o u l db ea c h i e v e d w h i c hi n d i c a t e dt h ep o t e n t i a la d v a n t a g eo fu s i n gc d f o rt h ep r o d u c t i o no f e g m m e a d d i t i o n a l l y t h ep r o f i l e sf o rt h ec o l u m nt e m p e r a t u r e t h el i q u i da n dv a p o rf l o wr a t e t h ev a p o ra n dl i q u i dc o m p o s i t i o na l o n gt h ec o l u m na s w e l la st h eu n c o n v e r t e de oi nc dc o l u m nw h i c hw a sn e e d e df o rs a f e t ya s s e s s m e n t w e r eo b t a i n e d 2 t h es a f e t ye v a l u a t i o nm e t h o d sa n ds a f e t ya s s e s s m e n tf o rt h en e wd e v i c e t e c h n o l o g y w e r ec o n d u c t e do w i n gt ot h ee or i s k yp r o b l e m f i r s t l y b a s e do ne oh a z a r d sa n di m p a c tf a c t o r s t h ee os y s t e r mo p e r a t i o n a l s p a c e sw e r ep a r t i t i o n e di n t of o u ro p e r a t i o nz o n e s t h en o r m a lo p e r a t i o nz o n e t h e s e c u r i t y a l e r t i n gz o n e t h es e c u r i t yt h r e a t e n i n gz o n e t h es e c u r i t yd i s a s t e rz o n e a c c o r d i n g l y b a s e do nt h i s ar e f e r e n c es t a n d a r do fe os y s t e mw a se s t a b l i s h e df o r s a f e t ya n a l y s i sa n da s s e s s m e n t s e c o n d l y s e c u r i t ya n a l y s i sa n da s s e s s m e n tw e r e c a r r i e do u tf o rt h en e w t e c h n o l o g y 1 1 1 ea s s e s s m e n tr e s u l t ss h o w e dt h a tt h eo p e r a t i n g t e m p e r a t u r ea n dp r e s s u r ew e r em o d e r a t ea n dt h eh e a tt r a n s f e rp e r f o r m a n c ew a sw e l l a l s ot h e r ew e r en ol o c a lh i g ht e m p e r a t u r ea n dh o ts p o t m o r e o v e r e oi sa l m o s t c o m p l e t e l yc o n v e r t e d a sar e s u l t t h e r ew a sn oa c c u m u l a t i o ni nt h ev a p o r l i q u i dp h a s e s o t h en e wp r o c e s sw a si nt h en o r m a lo p e r a t i o nz o n e a f t e r w a r d s t h es e c u r i t yo ft h e n e wc dp r o c e s sw a sc o m p a r e dw i t hi n d u s t r i a l e t h y l e n eo x i d a t i o nd e c i c e sf o r p r o d u c t i o no fe oa n de t h o x y l a t i o nl o o pr e a c t o r s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e r ew a sn o o x y g e n a c e t a l d e h y d ea n do t h e rd a n g e r o u ss u b s t a n c e si nt h ec ds y s t e m b e s i d e s t h e o p e r a t i n gc o n d i t i o n so fc ds y s t e mw e r e m o d e r a t e t h e r e f o r e t h er i s kd e g r e eo ft h e n e wc dt e c h n o l o g yw a sf a rb e l o wt h ei n d u s t r i a le op r o d u c t i o np r o c e s se t h o x y l a t i o n l o o pp r o c e s s 3 b a s e do nt h ea c c i d e n t a l c o n s e q u e n c ea n a l y s i s t h er i s k so ft h ec dc o l u m n w e r ea s s e s s e dd u et ot h ed i s p e r s i o no fe oo nc o n d i t i o no f e m e r g e n c yd i s c h a r g e f i r s t l y t h ed i s c h a r g ep a t t e r n sa n dt h ed i s p e r s i o nm o d e l so fe ov a p o rw e r e i d e n t i f i e da c c o r d i n gt ot h es e c u r i t ye v a l u a t i o nc r i t e r i a n l er e s u l t ss h o w e dt h a t d i s c h a r g ep a t t e r nw a sc o n t i n u o u se m i s s i o na n dd i s p e r s i o nm o d e lw a sh e a v yg a s d i s p e r s i o nw h e nt h ew i n dv e l o c i t yi sb e l o wo 9 4m s w h e r e a sp a s s i v ed i s p e r s i o n s e c o n d l y t h es a f e t yd i s t a n c e so fe op a s s i v ed i s p e r s i o nb e h a v i o rw e r ep r e d i c t e da n d c a l c u l a t e db ym e a n so fg a u s s i a np l u m em o d e l n er e s u l t ss h o w e dt h a tt h em a x i m u m s a f e t yd i s t a n c e sf o rf l a s hf i r eo re x p l o s i o na n dt o x i ce f f e c ti nt h eu n f a v o r a b l e e n v i r o n m e n tc o n d i t i o nc o u l dr e a c h3 5 2a n d9 7 4m e t e r a sw e l l t h em a x i m u ms a f e t y d i s t a n c e sw e r ea l s oc a l c u l a t e db ym e a n so fs l a b m o d e f o re oh e a v yg a sd i s p e r s i o n n 锄dt h em a x i m u ms a f e t yd i s t a n c e so fe o h e a v yg a sd i s p e r s i o nw e r es i g n i f i c 锄t l v l a r g e rt h a np a s s i v ed i f f u s i o n a f t e r w a r d s s a f e t yd i s t a n c e sf o rt h el e t h a i i t yo fh u m 锄 锄d 幻r 咖c t u r a ld a m a g et ob u i l d i n g sc o u l db ea s s e s s e db yu s i n gt h e m u l t i e n e r g y m e t h o aw h e ne oc l o u d se x p l o d e d t h ev a l u e sw e r e6 9 4 5m a n d13 8 9 m t h er e s u l t s o b t a i n e d1 nt h i sw o r kw i l l p r o v i d et h eb a s i ci n f o r m a t i o nf o rt h ea s s e s s m e n to f a c c l d e n t a j c o n 3 e q u e n c es a f e t ya n df u r t h e rf o rt h e e s t a b l i s h m e n to fe m e r g e n c v r e s p o n s ep l a n so ft h ec dc o l u m n k e yw o r d s e t h y l e n eo x i d e e t h o x y l a t i o n c a t a l y t i cd i s t i l l a t i o n s a f e t y 嬲s e s s m e n t i i i 目录 目录 0 前言 j 1 文献综述 1 1 环氧乙烷及其危险性 2 1 1 1 环氧乙烷 2 1 1 2 环氧乙烷危险性及事故案例 2 1 2 化工过程安全评价研究进展 5 1 2 1 安全评价概述 5 1 2 2 化工过程安全评价方法研究 5 1 2 3 现有评价方法存在的不足 9 1 3 传统的乙氧基化工艺 9 1 3 1 间歇釜式工艺 9 1 3 2p r e s s 喷雾式工艺 1 0 1 3 3b u s s 回路工艺 1 0 1 3 4 传统乙氧基化工艺的问题 l l 1 4 反应 催化精馏技术 1 l 1 4 1 反应 催化精馏技术简介 1 1 1 4 2 反应 催化精馏的学术研究 1 2 1 4 3 反应 催化精馏的工业应用 13 1 5 本论文的研究内容 l3 2 乙氧基化催化精馏新工艺 1 4 2 1 乙氧基化催化精馏概念描述 o 1 4 2 2 化学反应体系及动力学 l5 2 3 工艺流程及设备概况 1 6 2 3 1 工艺流程 16 2 3 2 设备概况 l6 2 4 催化精馏塔操作参数的确定 l8 2 4 1 塔操作压力的影响及确定 18 目录 2 4 2 再沸器负荷的影响及确定 1 9 2 4 3 进料醇烷比的影响及确定 2 5 2 4 4 反应段和提馏段高度的影响及确定 2 7 2 4 5 优化的操作条件 2 8 2 5 塔内参数分布特征与e o 量的计算 2 8 2 5 1 塔内参数的分布特征 2 8 2 5 2 塔内e o 量的计算 3 1 2 6 本章小结 3 2 3 评价方法与工艺安全评价 3 3 3 1 评价方法及标准 3 3 3 1 1 评价方法 3 3 3 1 2 评价标准 3 4 3 2 工艺安全分析与评价 3 7 3 2 1 潜在危险因素分析 3 7 3 2 2 安全分析与评价 3 7 3 3 与工业e o 装置的安全性比较 3 9 3 3 1 与e o 生产工艺的比较 3 9 3 3 2 与外循环工艺的比较 4 2 3 4 本章小结 4 操作安全分析与评价 4 5 4 1 引言 4 5 p 4 2 紧急排空条件 4 6 4 3e o 扩散引起的风险分析与评价 4 6 4 3 1 塔内e o 排放速率 4 6 4 3 2 排放类型的判定与扩散模型的选择 4 6 4 3 3 非重气云扩散危险距离的计算 4 7 4 3 4 重气云扩散危险距离的计算 5 0 4 4e o 气云爆炸引起的风险分析与评价 5 2 4 4 1 爆炸波模型 5 2 目录 4 4 2 爆炸波伤害半径的计算 5 2 4 5 本章小结 5 3 5 总结 5 5 参考文献 5 7 主要符号说明 6 1 致谢 6 4 已发表或接收的学术论文 6 5 i i i 广 乙氧基化催化精馏新工艺安全评价研究 0 前言 环氧乙烷是一种重要的化工基础原料 同时也是一种高危化学品 具有易燃 易爆 易分解 聚合 有毒等特征 在过去几十年内 因对含环氧乙烷的装置操 作不当 泄露等引起的事故时有发生 如1 9 8 9 年b a s f 公司位于比利时的工厂 因环氧乙烷蒸馏塔细缝破裂而造成爆炸 日本a s a h ld a n k a 公司环氧乙烷反应器 发生泄漏而造成爆炸 1 9 9 1 年 美国s e a d r f i t 联合碳化物公司环氧乙烷装置发生 爆炸 爆炸波及7 0 公里 造成了重大的人员伤亡和经济损失 鉴于环氧乙烷 的高度危险性 对包含环氧乙烷装置进行科学的安全分析与评价就显得尤为重 要 乙氧基化 e t h o x y l a t i o n 是环氧乙烷与含活泼氢化合物 如醇 胺等 开环加 成或聚合的反应 是环氧乙烷精深加工产业中最重要的反应 使用不同的原料通 过乙氧基化反应可以得到上千种重要的精细化学品 这些乙氧基化产物是现代工 业中非常重要的化工中间体和精细化工产品 其中有些是高新技术领域不可缺少 的精细化工材料陋3 目前 工业上常用的乙氧基化工艺主要有间歇工艺 釜式工 艺 p r e s s 喷雾式工艺 b u s s 回路工艺 和连续管式工艺等b 1 当工业生产具有 低沸点的某一个或几个加成物时 其他的加成物则成为副产物或低效组分 都 存在诸多问题 如目标产物收率低 能耗高 均相催化剂对设备腐蚀严重等 针 对这些问题 开发环境友好的新型乙氧基化技术变得非常迫切 为了开发绿色节能的新型乙氧基化技术 辽宁奥克化学股份有限公司开展了 乙氧基化催化精馏新工艺的开发工作 本文以此项目为背景 以甲醇乙氧基化生 产乙二醇单甲醚为例 建立了中式规模的催化精馏装置 对新工艺进行了模拟研 究 得到了催化精馏塔优化的操作条件 针对环氧乙烷的高危性 进行了工艺与 操作安全分析与评价 旨在为新工艺的工业设计和安全操作提供理论指导 乙氧基化催化精馏新工艺安全评价研究 1 文献综述 1 1 环氧乙烷及其危险性 1 1 1 环氧乙烷 环氧乙烷 e t h y l e n eo x i d e e o 也称氧化乙烯 是一种最简单的环醚h 1 其分子结构如图1 1 所示 e o 有很强的反应活性 在酸 碱甚至中性条件下 e o 极易与许多含活泼氢的有机化合物 如醇 氨等 发生开环加成的乙氧基化反 应 生成一系列重要的衍生物 常见的e o 衍生物主要有乙二醇 乙二醇醚 聚 氧乙烯醚 聚乙二醇 乙醇胺等 使用不同的原料通过乙氧基化反应可以得到上 千种重要的精细化学品 这些乙氧基化产物是现代工业中非常重要的化工中间体 和精细化工产品 其中有些是高新技术领域不可缺少的精细化工材料乜1 可见 e o 是一种非常重要的有机化工原料和有机中间体 此外 e o 还可用于消毒杀 菌 是一种中枢神经抑制剂 刺激剂和原浆毒物等 e o 的主要理化性质见表 1 1 5 o 舶 c 心h h 图1 1 环氧乙烷分子结构示意图 f i g 1 lt h ee t h y l e n eo x i d em o l e c u l e 1 1 2 环氧乙烷危险性及事故案例 e o 易燃 易爆且具有很强的毒性 鉴于e o 的高危性 对其危险性的研究 一直是该行业关注的重要问题 b r i t t o n 3 通过大量的试验 阐明了e o 燃烧 爆 2 歹 一 h h 乙氧基化催化精馏新工艺安全评价研究 炸的反应机理 燃烧或爆炸时主要发生聚合 分解 歧化 异构化等强放热反应 表1 1 环氧乙烷的理化性质 t a b l e1 1t h ei m p o r t a n tp h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e so fe t h y l e n eo x i d e 标 中文名 环氧乙烷 英文名 e t h y l e n eo x i d e e o 识 分子式 c 2 心o 分子量 4 4 0 5 c a s 号 7 5 2 1 8 3 乙氧基化催化精馏新工艺安全评价研究 反应方程式如下 c 2 i h o t g 一c o g c h 4 g 胁1 1 c 2 i h o g 一 c o g 2 h 2 g c s h b 2 2 c 2 h 4 0 g 一c o g 1 2 h 2 g 1 2c 2 h 6 g h b 3 3 c 2 i h o t g 一c oc g h 2 g 1 2c 2 如 4 c 2 h 4 0 g 一c h 3 c h ot g h b 5 5 凰1 月 b 5 的值为1 2 0 6 4 3 0 0 5 5k j m o l e o 可以看出 一旦引发e o 副反应 将 会产生大量的反应热 具有很高的危险性 h e s s n l 等对e o 的毒性进行了研究 研究发现 e o 主要危害眼睛和呼吸系统 严重的危害会引起肺水肿 全身性中 毒及眼睛的永久性伤害 这种侵害在很低的浓度下已经发生 而且不易被人的感 官察觉 相反还会麻醉嗅觉器官 导致不能察觉出更高的浓度而深受其害 由于e o 的高危特性 在过去几十年内 因操作不当 泄露等引起的事故时 有发生 事故案例有 1 1 9 7 0 年 天津某厂用e o 和乙二胺反应试验合成羟乙基乙二胺 e o 钢 瓶发生爆炸 5 0 0k g 的磅称被炸飞 直径4 0m 内的建筑物玻璃全部震碎 钢瓶 自身封头飞出5 0 0m 远 与之相连的阀门则在6 0 01 1 1 外的农田里找到 瓶身也已 变成一堆卷曲的废铁 幸而当时夜间无人 无人员伤亡 否则后果不堪设想 2 1 9 9 3 年5 月 安徽省铜陵市第二化工集团化工厂发生e o 计量槽爆炸事 故 造成本单位及相邻的宝山化工厂的设备和建筑物严重损坏 致使三人死亡 四人重伤 直接经济损失达4 0 0 多万元 3 1 9 9 6 年9 月 河南省某化工厂破乳剂车间一只e o 钢瓶突然发生爆炸 车间8 个窗户的玻璃几乎全被震碎 车间东北角屋顶6 块楼板塌落 东墙壁上部 向外倾斜1 5c m 爆炸造成钢瓶瓶体破裂成两块 由于该厂因待料停工暂时放假 因而 除对厂房造成较大破坏外 未造成工作人员伤亡 否则后果不堪设想陋1 4 2 0 0 0 年7 月 陕西省渭南饲料添加剂厂内一e o 计量槽突然开裂 致使 液态e o 喷出汽化发生大爆炸 造成2 人死亡 4 人重伤 1 1 人轻伤 直接经济 损失6 4 0 万元 其它损失1 7 8 万元 5 1 9 6 2 年4 月1 7 日 在日本的某工厂 制造乙醇胺设备中的e o 贮罐 5 7m 3 发生了爆炸事故 爆炸造成1 人死亡 2 1 人受伤 物质损失约1 8 亿日元 除以上案例 e o 事故还有很多 如何保证e o 装置的安全性已成为该行业 4 乙氧基化催化精馏新工艺安全评价研究 的焦点问题 为了避免事故的发生 对e o 装置的安全性和风险性进行科学分析 和评价显得尤为重要 1 2 化工过程安全评价研究进展 1 2 1 安全评价概述 1 211 安全评价基本概念 安全评价是以实现系统安全为目的 应用安全系统工程原理和方法 对系统 中存在的危险因素 有害因素进行辨识与分析 判断系统发生事故和职业危害的 可能性及其严重程度 从而为制定防范措施和管理决策提供科学依据 安全评价 包括识别危险性和评价危险程度两个方面 前者在于辨识危险源 确定来自危险 源的危险性 后者在于控制危险性 评价采取控制措施后仍然存在的危险性是否 可以被接受 在实际的安全评价过程中 这几个方面是不能截然分开 孤立进行 的 而是相互交叉 相互重叠于整个评价过程中睁1 们 1 2 1 2 安全评价的目的 安全评价的目的阻1 0 1 是查找 分析和预测工程 系统中存在的危险危害因素 及可能导致的危险危害后果和程度 提出合理可行的安全对策措施 指导危险源 监控和事故预防 以达到最低事故率 最少事故损失和最优安全投资效益 其主 要目的包括以下几个方面 1 系统地从计划 设计 制造 运行 贮运和维修等全过程进行控制 2 建立使系统安全的最优方案 为决策提供依据 3 为实现安全技术 安全管理的标准化和科学化创造条件 4 促进企业实现本质安全化 1 2 2 化工过程安全评价方法研究 1 2 2 1 国外安全评价方法研究m 1 5 1 1 9 6 4 年美国道 d o w 化学公司根据化工生产的特点 首先开发出 火灾 乙氧基化催化精馏新工艺安全评价研究 爆炸危险指数评价方法 用于化工装置的安全评价 它是以单元重要危险物质 在标准状态下的火灾 爆炸或释放出危险1 升潜在能量大小为基础 同时考虑工 艺过程的危险性 计算单元火灾爆炸危险指数 f e i 确定危险等级 并提出 安全对策措施 使危险降低到人们可以接受的程度 由于该法日趋科学 合理 切合实际 在世界工业界得到一定程度的应用 引起各国的广泛研究 探讨 推 动了评价方法的发展 1 9 7 4 年英国帝国化学公司 i c i 蒙德 m o n d 部在道化 学公司评价方法的基础上引进了毒性概念 并发展了某些补偿系数 提出了 蒙 德火灾 爆炸 毒性指数评价方法 1 9 7 6 年日本劳动省颁布了 化工厂安全评 价六阶段法 该法采用了一整套系统安全工程的综合分析和评价方法 使化工 厂的安全性在规划 设计阶段就能得到充分的保证 并陆续开发了匹田法等评价 方法 1 2 2 2 国内安全评价方法研究n 2 0 世纪8 0 年代初期 安全系统工程引入我国 收到许多大中型生产经营单 位和行业管理部门的高度重视 由原化工部保护研究所提出的化工厂危险程度分 级方法 是在吸收消化道化学公司火灾 爆炸危险指数评价方法的基础上 通过 计算物质系数 物量指数和工艺参数 设备系数 厂房系数 安全系数 环境系 数等 得出工厂的固有危险指数 进行固有危险性分级 用工厂安全管理的等级 修正工厂固有危险等级后 得出工厂的危险等级 1 9 9 1 年国家 八五 科技攻 关课题中 由原劳动部劳动保护科学研究所等单位完成的 易燃 易爆 有毒重 大危险源识别 评价技术研究 将重大危险源评价分为固有危险性评价和现实 危险性评价 评价方法在事故严重度评价中建立了伤害模型库 采用了定量的评 价方法 使我国工业安全评价方法的研究初步从定性评价进入定量评价阶段 1 2 2 3 常用的安全评价方法 1 定性安全评价方法 一 作业危险和危害分析n 0 1 6 1 作业危险和危害分析是对人员在具有潜在危险性的环境中作业时的危险和 危害进行评价的带有半定量性质的定性评价方法 最常用的作业危险和危害分析 方法是格雷厄姆 k j g r a h a m 和金尼 g f k i n n e y 提出的用生产作业条件危 6 乙氧基化催化精馏新工艺安全评价研究 险性分数评价生产作业条件危险的方法 该法是一种相对的评价方法 以被评价 的生产作业条件与某些作为参考基准的生产作业条件相比较为基础 将评价项目 却认为一定分数 最后按总的危险分数来评价其危险性 二f 预先危险分析d 预先危险分析 p r e l i m i n a r yh a z a r da n a l y s i s p h a 是一种系统安全分析方法 它主要用于人们还没有掌握系统详细资料的时刻 分析 辨识可能出现或已经存 在的危险源 并尽可能在付诸实施之前找出预防 改正 补救措施 消除或控制 危险源 预先危险分析的优点在于允许人们在系统开发的早期识别 控制危险因 素 用最小的代价消除或减少系统中的危险源 为制定整个系统寿命期间的安全 操作规程提出依据 2 危险指数评价方法 一 道化法n 7 删 道化法 是由美国道化学公司最早提出的火灾 爆炸危险指数评价法 该 评价法是以能代表重要物质在标准状态下的火灾 爆炸或放出危险潜在能量的物 质系数为基础 分别计算特殊物质的危险值 一般工艺危险值和特殊工艺危险值 再通过一定的运算得出 火灾爆炸危险指数 并根据指数的大小对化工装置的 危险性程度进行分级 同时 根据不同的等级提出相应的安全预防措施和建议 该法中指数的采用使得系统结构复杂 用概率难以表述其危险性单元的评价 有了一个可行的方法 这类方法操作简单 是目前应用较多的评价方法之一 但 该评价方法的缺点是 指标值的确定只和指标的设置与否有关 而与指标因素的 客观状态无关 致使危险物质的种类 含量 空间布置相似 而实际安全水平相 差较远的系统 其评价结果相似 导致该方法的灵活性和客观性较差 二 蒙德 i c i 火灾 爆炸 毒性指数法n 仉纠订 蒙德火灾 爆炸 毒性指数评价方法是英国帝国化学公司 i m p e r i a lc h e m i c a l i n d u s t r i e s 在道化学公司评价方法的基础上引进了毒性概念 并发展了某些补偿 系数而提出的 它更适合于化工装置的现状安全评价 与道法相比 蒙德法指数 计算覆盖的方面更为全面 同时能够评定整体和各类危险性等级 而道化法只能 对系统整体宏观评价 蒙德法在毒物分析评价方面比道化法更详细和精确 计算 的工作量更大 三 其它指数方法 乙氧基化催化精馏新工艺安全评价研究 k h a n 等提出了本质安全综合指数法 i n t e g r a t e di n h e r e n ts a f e t yi n d e x 1 2 s i 该指数利用本质安全原理评价过程的危险性 利用指数值的大小判断危险 程度 1 2 s i 的表达式如下 1 2 s i i s p i i u 其中 i s p i 为本质安全潜在指数 i n h e r e n t s a f e t yp o t e n t i a li n d e x h i 为风险指数 h a z a r di n d e x 该法的优点是对过程的 本质安全性进行定量化 用于化工过程的本质化安全设计和风险评价 除此之外 根据不同装置危险性的特点 k h a n 还提出了安全加权平均风险指数他3 1 s a f e t y w e i g h t e dh a z a r di n d e x s w e h i 以及事故风险指数幢町 a c c i d e n th a z a r di n d e x a h i 等 迄今 这些指数已被成功应用到不同装置的风险评价中 3 概率评价方法 一 故障树 1 0 哺3 故障树 f t a 是一种描述事故因果关系的有方向的 树 是系统安全 工程中一种重要的分析方法之一 它既可用于定性分析 又可用于定量分析 f t a 不仅能分析出事故的直接原因 而且能深入揭示事故的潜在原因 从1 9 7 8 年起 我国开始了f t a 的研究和运用工作 故障树分析简单地讲就是把产品 系统 最不 希望发生的故障作为故障分析的目标 把选定的产品故障状态做为顶事件 然后 找出引起顶事件的底层因素 该法的有点是 采用演绎的方法分析事故的因果 关系 因此 能详细找出个系统各种固有的潜在危险因素 能简洁形象地表 示出事故和个原因之间的因果关系及逻辑关系 缺点是 不同分析人员编制 的事故树和分析结果往往不同 复杂系统的事故树往往很庞大 分析 计算 的工作量大 进行定量分析时 必须知道事故树中各事件的故障数据 如果 这些数据不准确 定量分析就不可能进行 二 事件树妇 1 0 旧 事件树分析 e v e n tt r e ea n a l y s i