基于道化学法的不同制酸系统的安全评价研究.doc

基于道化学法的不同制酸系统的安全评价研究基于道化学法的不同制酸系统的安全评价研究.txt男人的承诺就像80岁老太太的牙齿，很少有真的。你嗜烟成性的时候，只有三种人会高兴，医生你的仇人和卖香烟的。 本文由aichuan51396贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第 25 卷第 2 期 2010 年 6月 矿业工程研究 Mineral Engineering Res earch Vol.25 No.2 Jun. 2010 基于道化学法的不同制酸系统的安全评价研究 钟薇薇,肖红飞,钟诗颖 （湖南科技大学 能源与安全工程学院,湖南 湘潭 411201 ） 摘 要： 根据道化学公司火灾、 爆炸危险指数的基本原理,以株洲化工厂硫酸车间为实例,分别对两种制酸过程进行安全评价,得 危险等级、 危险暴露面积以及相应的评价结论.根据评价结果,结合企业实际情况,比较 2 种原料制酸过程的安全 出相应的补偿系数、 性能,可知,在采取安全措施的情况下,硫磺制酸的安全性高于硫铁矿制酸;对同一制酸过程采取安全措施前后的危险等级进行对比,可 知,安全措施在硫酸制造过程中起着不可或缺的作用. 关键词： 道化学法;安全评价;硫磺制酸系统;硫铁矿制酸系统;比较研究 TQ56 中图分类号： 文献标识码： A 文章编号： 1674- 5876 （2010 02- 0077- 04 ） 随着化工行业的高速发展,硫酸生产行业的生产技 术也日趋完善.伴随着机械化程度的提高和安全技术的 改善,较以往的生产而言,硫酸生产行业的安全性得到了 很大程度的提高,尽管如此,在生产运作过程中,一些潜 在的危险仍然逐步暴露出来,例如火灾爆炸.作者以株洲 化工厂硫酸车间为实例对硫酸生产企业中火灾爆炸危 险,运用道化学法对两种制酸系统分别进行安全评价. 2 2.1 硫铁矿制硫酸系统的安全评价过程 物质系数的确定 硫酸制造火灾爆炸危险主要出现在转化炉, 根据 危险辨识 2- 4可知, 转化炉内的存在物质主要是 SO2、 SO3、 2 与 N2,因为 O2 与 N2 本身没有燃爆性,是辅助物 O 质,SO3 是生成物在转化系统存在, 生成之后就被送走, 炉内具有大量危险物质为 SO2 与 SO3.根据工艺单元内 混合物物质应按 “在实际操作过程中所存在的最危险 原则来确定,确定采用 SO3 的物质系数.依据道化 物质” 学法物质系数取值表与 SO3 的理化性质, 确定物质系 数为 14,SO3 火灾爆炸数据2如表 2. 表 2 S03 火灾爆炸数据 Tab.2 Fire and explosion data of S03 物质系数 MF 14 燃烧热 HCBTU/1b103 0 NFPA 分级 健康危害 Nh 3 易燃性 Nf 0 化学活性 Nr 1 1 道化学法简介 美国的道化学工业公司开发研究的火灾爆炸指 1 数法 是一种在世界范围内有广泛影响的危险物质加 工处理危险性评价性方法. 该方法根据物质的燃烧性 和化学活泼性、 工艺过程危险性评价、 危险物质加工 处理、 运输、 储存的危险性,用于生产单元的危险性排 确定评价单元单物质系数(MF);一 序.其主要程序包括： 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;单元危险系数;危险等级等. 表 1 F&EI 值与危险程度的关系 Tab.1 R elationship between F&EI value and the degree of risk F&EI 值 160 6196 97127 危险等级 最轻 较轻 中等 F&EI 值 128158 159 危险等级 很大 非常大 2.2 工艺系数取值 工艺系数的取值包括一般工艺系数的取值和特 殊工艺系数的取值,对于硫铁矿制造硫酸,特殊工艺系 收稿日期： 2010- 04- 12 基金项目： 教育部留学回国人员启动基金 通信作者： 肖红飞 （1971-） ,男,湖南邵阳人,教授,博士,研究方向： 安全技术及工程.E- mail： 77 数的选取是必不可少的. 该评价单元中反应可类似视作非吸热反应, 故不 考虑吸热系数.根据工艺系数取值的相关标准 1- 2,表 3 为一般工艺系数和特殊工艺系数的具体取值情况. 根据表 3,可以得到累计的一般工艺危险值(F1)和 累计的特殊工艺危险值(F2) F1=1.0+0.5+0.5+0.6+0.3+0.50=3.4, F2=1+0.5+0.5+0.3+0.25+0.5+0.3+0.5=3.85. 2.3 工艺单元危险系数 1 2.5 安全措施补偿系数1(C) 安全措施可以分为工艺控制、 物质隔离、 防火措 施 3 类,其补偿系数分别为 C1,C2,C3.安全措施补偿系数 按一定标准 1- 5进行计算并汇总于安全措施补偿系数 表 4 中.直接把合适的系数填入该安全措施的右边;没 有采取的安全措施,系数记为 1;每一类安全措施的补 偿系数是该类别中所有选取系数的乘积;C1 C2 C3 计算便得到总补偿系数. 工艺控制补偿系数(C1)： C1=0.980.970.90.980.9710.91 (3) 10.98=0.73. 物质隔离补偿系数(C2) C2=10.9810.98=0.96. 防火措施补偿系数(C3) C3=0.98111111 (4) 0.980.98=0.94. C=C1C2C3=0.730.960.94=0.66. （7 ） （8 ） （6 ） （5 ） (1) (2) 工艺单元危险系数(F3)按照下面公式可求得： F3=F1F2=3.43.85=13.09. 根据 F3 的取值1极限,最大只能取 8. 2.4 火灾爆炸指数 1 火灾爆炸指数(F&EI)按照下面公式可以求得： F&EI=F3MF=814=112. 表 3 硫铁矿制酸系统火灾爆炸指数 （F&EI ） Tab.3 Fire and explosion index （F&EI of pyrite acid system ） 单元： 2 转化炉 SO 确定 MF 的物质： MF1 1.一般工艺危险 基本系数 放热化学反应 吸热反应 物料处理与输送 隔离或圈围 通道 排放和泄漏 一般工艺危险系数(F1) 2.特殊工艺危险 基本系数 毒性物质 负压(500 mmHg) 易燃范围内及接近易燃范围内操作 惰性化非惰性化 罐装易燃液体 工艺不稳定或不易洗涤 一直在燃烧范围内 粉尘爆炸 压力:操作、 释放压力 低温 易燃及不稳定物质的重量 工艺中的液体及气体 贮存中的液体及气体 贮存中的可燃固体及工艺中的粉尘 腐蚀与磨蚀 泄漏 - 接头和填料 使用明火设备 热油热交换系统 转动设备 特殊工艺危险系数(F2) 工艺单元危险系数(F1F2)=F3 火灾、 爆炸指数(F3MF=F&EI) 危险系数范围 1.00 0.301.25 0.200.40 0.251.05 0.250.90 0.200.35 0.250.50 危险系数范围 1.00 0.200.80 0.50 采用危险系数 1.00 0.50 0.50 0.60 0.30 0.50 3.40 采用危险系数 1.00 0.50 0.50 工艺设备中的物料： 2 SO 操作状态： 设计开车正常操作停车 备注 可逆放热反应,属中等放热反应 非吸热反应 SO2 主要源于硫铁矿中的物质氧化与冶炼烟气,通过管道输送进转化炉 管道多且换热器管道温度高,无隔离措施 转化岗位有足够宽的面积供消防车辆进入,但没有消防设备 所有过程都在管道与炉内进行 备注 毒性物质危险系数为 0.2NH,混合物取最高 NH 值,该单元有两种有毒气体 该单元为负压操作 本单元大部分为气体,且燃烧性不是很强烈 本单元是稳定的 SO2 的燃烧性不强烈,本单元只有在仪表或装置失灵时才处于燃烧范围内 输送与生产的都是气体,处于惰性气体 N2 保护中,送进炉内的气体都经过除尘处理 转化岗位都属于负压操作 主要考虑碳钢或其他金属在其延展或脆化转变温度以下存在的脆性问题 SO3 不属于易燃与不稳定物质 SO2 和 SO3 都是具有腐蚀性的物质 阀门处曾出现过气体泄露的事故,但属于正常的一般泄露 本单元无明火 无热油交换系统 本单元存在着 70 kW 的真空泵与 440 kW 的鼓风机 中等 0.50 0.30 0.80 0.252.00 0.200.30 0.30 0.25 0.50 0.30 0.00 0.00 0.50 3.85 8.00 112.00 0.100.75 0.101.50 0.151.15 0.50 78 表 4 硫铁矿制酸系统安全措施补偿系数 Tab.4 Fire and explosion index （F&EI of pyrite acid system ） 项目 补偿系数范围 采用补偿系数 0.98 0.97 0.90 0.98 0.97 1.00 0.91 1.00 0.98 1.工艺控制安全补偿系数 ） （C1 0.98 应急电源 0.970.99 冷却装置 0.840.98 抑爆装置 0.960.99 紧急切断装置 0.930.98 计算机控制 0.940.96 惰性气体保护 操作规程 / 程序 0.910.99 化学活泼性物质检查 0.910.98 其它工艺危险分析 0.910.98 C1 值 = 0.73 （C） 2.物质隔离安全补偿系数 2 遥控器 0.960.98 0.960.98 泄料 / 排空装置 0.910.97 排放系统 连锁装置 0.98 C2 值 = 0.96 （C） 3.防火措施安全补偿系统 3 泄漏检测装置 0.940.98 冷却装置 0.950.98 结构钢 0.940.97 特殊灭火系统 0.91 0.740.97 洒水灭火系统 水幕 0.970.98 泡沫灭火装置 0.920.97 0.930.98 手提式灭火设备 0.940.98 电缆保护 C3 值 = 0.94 安全措施补偿系数 C=C1 C2 C3=0.66 表 5 硫磺制酸系统火灾爆炸指数 （F&EI ） Tab.5 Fire and explosion index （F&EI of sulfuric acid system ） 单元： 2 转化炉 SO 确定 MF 的物质： MF1 工艺危险 1.一般工艺危险 基本系数 放热化学反应 吸热反应 物料处理与输送 隔离或圈围 通道 排放和泄漏控制 一般工艺危险系数(F1) 2.特殊工艺危险 基本系数 毒性物质 负压(500 mmHg) 易燃范围内及接近易燃范围内操作 惰性化非惰性化 罐装易燃液体 工艺不稳定或不易洗涤 一直在燃烧范围内 粉尘爆炸 压力:操作、 释放压力 低温 易燃及不稳定物质的重量 工艺中的液体及气体 贮存中的液体及气体 贮存中的可燃固体及工艺中的粉尘 腐蚀与磨蚀 泄漏 - 接头和填料 使用明火设备 热油热交换系统 转动设备 特殊工艺危险系数(F2) 工艺单元危险系数(F1F2)=F3 火灾、 爆炸指数(F3MF=F&EI) 1.00 0.200.80 0.50 1.00 0.50 0.30 1.00 0.301.25 0.200.40 0.251.05 0.250.90 0.200.35 0.250.50 1.00 0.50 0.50 0.30 0.20 0.30 2.80 工艺设备中的物料： 2 SO 操作状态： 设计开车正常操作停车 危险系数范围 采用危险系数 备注 1.00 0.98 0.98 1.00 0.98 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.98 0.98 0.50 0.30 0.80 0.252.00 0.200.30 0.20 0.25 0.30 0.25 0.50 3.30 8.00 112.00 中等 考虑安全措施补偿系数 1,火灾爆炸指数修正为 1120.66=73.92. 2.6 确定暴露面积 暴露半径 2 - 6 3 0.100.75 0.101.50 0.151.15 0.50 R=73.920.84=62.09 m; 暴 露 面 积 S=3.14R =3.1462.092=12 105.22 m2. 2.7 硫铁矿制酸转化单元评价结论 根据计算出来的火灾爆炸指数, 硫铁矿制酸转化 单元的危险等级 1属于第二等级,危险性非常大.主要 存在的危险隐患是有毒气体泄露, 最危险事故的是转 腐蚀伤害与死亡. 化炉爆炸,导致人员的中毒、 如果其爆炸或者管道完全泄露, 它影响的面积将 非常大, 有可能波及到整个硫酸厂甚至是整个株洲化 工厂,所以必须加强对其的管理. 考虑安全措施补偿系数, 火灾爆炸指数修正为 1120.48=53.76. 暴 露 半 径 R=53.76 0.84=45.16 m;暴 露 面 积 S= 3.14R2=3.1445.162=6 403.80 m2; 3.2 硫磺制酸转化单元评价结论 同硫铁矿制酸转化单元评价结论. 4 结论 根据以上用道化学法进行评价的结果可知, 在没 3 3.1 硫磺制酸系统安全评价过程 具体计算过程 根据道化学评价法的评价程序及系数的采用原 有采取安全措施的情况下, 硫铁矿制酸系统的转化炉 评价单元和硫磺制酸系统转化炉评价单元的危险等 级均为中等,处于同一等级,在不采取安全措施的情况 下,两个制酸系统的火灾爆炸危险程度还是比较高的, 但在采取安全措施后, 硫铁矿制酸系统安全措施补偿 系数是 0.66,硫磺制酸系统安全措施补偿系数是 0.48. 补偿系数越大的系统未采取安全措施的危险性越大. 就两个系统火灾爆炸危险性比较, 采用硫磺制酸 79 则,结合硫磺制酸工艺 的具体情况,对硫磺制酸系统 3 爆炸指数和安全措施补偿系数进行汇总(见图 火灾、 5， 6),基本计算 图 1- 7 过程类似于硫铁矿的计算过程. 的安全性要高于硫铁矿制酸. 根据株化多年的记录 可知, 采用硫磺制酸的安全耗费要远远低于采用硫 铁矿制酸的安全耗费. 表 6 硫磺制酸系统安全措施补偿系数 Tab.6 Fire and explosion index （F&EI of sulfuric acid system ） 项目 补偿系数范围 采用补偿系数 0.98 0.97 0.84 0.98 0.93 1 0.91 0.98 0.98 1.工艺控制安全补偿系数 1 （C） 0.98 应急电源 0.970.99 冷却装置 0.840.98 抑爆装置 紧急切断装置 0.960.99 0.930.98 计算机控制 0.940.96 惰性气体保护 操作规程 / 程序 0.910.99 化学活泼性物质检查 0.910.98 其它工艺危险分析 0.910.98 C1 值 = 0.64 （C） 2.物质隔离安全补偿系数 2 遥控器 0.960.98 泄料 / 排空装置 0.960.98 0.910.97 排放系统 0.98 连锁装置 C2 值= 0.91 3.防火措施安全补偿系统 3 （C） 0.940.98 泄漏检测装置 0.950.98 冷却装置 0.940.97 结构钢 0.91 特殊灭火系统 0.740.97 洒水灭火系统 0.970.98 水幕 0.920.97 泡沫灭火装置 0.930.98 手提式灭火设备 0.940.98 电缆保护 C3 值 = 0.82 安全措施补偿系数 C=C1 C2 C3=0.48 参考文献： 1 刘凌燕,徐纪武.火灾爆炸危险指数法的应用J.工业安全与环保, 2003,29 ） 38- 40. （10 ： LIU Lingyan, XU Jiwu. The application of danger indexes for fire ） 38explosion J. Industrial Safety and Dust Control,2003,29（10 ： 40. 化学工业出版社,2000 2 陈五平.无机化工工艺学M.北京： CHEN Wuping. Inorganic chemical technologyM. Beijing: Chemical Industry Press,2000 3 株洲化工集团. 硫酸分厂技术规程M.株洲： 株洲化工集团： 2003. Zhuzhou Chemical Industry Group. Technical specification for sulfuric acid factoryM. Zhuzhou Chemical Industry Group,2003. 4 李美庆.安全评价员实用手册M.北京:化学工业出版社,2006. LI Meiqing. Practical manual safety evaluators M. Beijing: Chemical Industry Press,2006. 5 杜瑞兵,曹雄,胡双启.道化学法在安全评价中的应用J.科学情报开 （9 ： 发与经济,2005,15 ） 166- 167. DU Ruibing, CAO Xiong, HU Suangqi. The application of Dow Chemistry Method in safety evaluationJ. Sci/tech Information Development & （9 ： Economy, 2005,15 ） 166- 167. 6 方兴龙,周梁.基于道化学法的大型合成氨装置安全评价J.工业安 全与环保,2007,33 ） 30- 32. （2 ： FANG Xinglong, ZHOU Liang. Safety Evaluation on large scale synthetic ammonia device based on Dow Chemicals method J. 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