环氧乙烷生产装置的火灾爆炸危险指数评价

环氧乙烷生产装置的火灾爆炸危险指数评价路敦涛 孙延光 杨艳红（本文发表在化工安全与环境2011年第23期） 某公司6万吨/年乙醇胺项目中的环氧乙烷装置采用美国SD公司工艺技术生产环氧乙烷（EO），同时联产乙二醇（EG）。具体工艺是以乙烯与氧气为原料，氧化生成环氧乙烷（EO）。EO生产系统中的反应物料具有易燃、易爆的危险特性，而且反应是在较高压力和温度下进行的强放热化学反应,极易发生火灾和爆炸事故。本文采用道化学公司火灾爆炸危险指数评价法,对该公司EO/ EG装置氧化工段的最终危险度进行分级,确定其安全等级和需要进一步采取的措施。一、EO/EG装置简介1.流程简介氧气法生产环氧乙烷主要工艺过程如下：原料氧气、乙烯经氧气混合器混合后进入装有催化剂的反应器，反应生成的环氧乙烷及二氧化碳等经洗涤塔洗涤后，富环氧乙烷洗涤水送往提馏、再吸收及精制装置生产环氧乙烷产品。未被吸收的大部分反应中生成的气体直接循环回反应器，另一部分气送入二氧化碳脱除装置用碳酸钾吸收二氧化碳后，再与循环气合并压缩进入反应器。 工艺流程框图见图1。乙烯 循环气 环氧乙烷产品提馏、再吸收洗涤氧化反应氧气精制图1 环氧乙烷工艺流程示意图2.火灾爆炸危险性（1）此装置的原料和产品均为气相和液相的易燃、易爆、有毒物质。（2）是在较高压力和温度下,在爆炸极限区边缘进行连续放热反应。反应的爆炸极限范围宽,(氮气做致稳剂,O2在7.2%以上),反应过程放热量极大。二、安全评价过程1.评价单元的选取按照装置生产工艺特点,选取危险性最大的氧化单元作为评价单元。2. 火灾爆炸指数F&EI的计算（1）重要物质的选取选取的重要物质为乙烯、环氧乙烷,其主要理化性质见表1。表1 物质系数和特性表物质名称物质系数MF燃烧热103Btu1b-1MFPA分级闪点健康危害NH易燃性NF化学活性NR乙烯2420.8142环氧乙烷2911.73434（2）物质系数MF的取值上述两种物质为混合物,且环氧乙烷浓度较低,故取MF=24。（3）一般工艺危险性附加系数F1的计算1)基本系数：1.00.2)乙烯和氧发生强放热反应,因此取放热反应系数为0.50。3)周围通道设计很好,取通路系数为0.15。一般工艺危险性附加系数F1:F1 =1)+ 2)+ 3)=1.00+0.50+0.15=1.65（4）特殊工艺危险性系数F2的计算1)基本系数取1.00。2)单元毒性物质附加系数氧化单元内的乙烯、环氧乙烷、二氯乙烷等为一般毒性气体,取综合毒性Nh=2,则毒性物质附加系数为0.40。3)单元操作状况附加系数本单元氧化操作选择在爆炸极限区附近(O28.2%)进行，附加系数取0.8。4)单元压力释放系数单元内乙烯和氧气在表压2 MPa银催化作用下反应。查道氏火灾爆炸危险指数评价法中闪点低于60的易燃和可燃液体泄放阀设定压力，得数值为0.60。5)单元内物质量附加系数的计算。计算出单元内可燃物料的总燃烧热值为:1.3515090+0.80527670=42.60(GJ)，查道氏物质燃烧附加系数图得物质附加系数为0.15。6)单元内转动设备附加系数的确定。单元内转动设备主要为大型循环压缩机,轴功率1860kW,则转动设备附加系数为0.50。特殊工艺危险性系数F2为:F2 =基本系数+(2)+(3)+(4)+(5)+(6)=1.00+0.40+0.80+0.60+0.15+0.50=3.45(5)单元工艺危险性系数F3F3=F1F2=1.653.45=5.69氧化单元火灾爆炸指数F&EI为:F&EI=F3MF=5.6124=136.623.安全设施修正系数C的计算(1)工艺控制措施1)设有紧急状态动力源,取修正系数0.98。2)氧化反应器出口设有急冷器,取修正系数0.98。3)氧化反应器上设有安全阀和防爆膜,修正系数0.98。4)氧化反应器进、出气管路上等处设有事故紧急切断阀,修正系数0.96。5)单元操作采用DCS控制系统,修正系数0.93。6)单元设有高压惰性气体保护装置, 修正系数0.94。7)操作工有严格的操作纪律和操作规程,修正系数取0.92。工艺控制系数C1:C1 =0.980.980.980.960.930.940.92=0.727(2)危险物质隔离1)单元内设有远距离控制阀,修正系数0.96。2)设有切断、排放装置,修正系数0.97。3)单由于单元为气相,故液体排放系统修正系数取1。4)易燃物料排放至火炬处理系统,修正系数0.91。单元内危险物质隔离系数C2:C2=0.960.9710.91=0.847 (3)防火措施(1)单元内设有气体泄漏检测器,修正系数0.96。(2)单元整体均为钢质结构且支柱均采用防火涂层,修正系数0.96。(3)单元周围有完整的消防供水系统,修正系0.94。(4)单元内设有手提式灭火器/水枪等,修正0.96。(5)单元内全部电缆线均予屏蔽,修正系数0.96。单元防火措施系数C3: C3=0.960.960.940.960.96=0.798氧化单元安全设施修正系数C:=C1C2C3=0.7270.8470.798=0.4914.修正后火灾爆炸危险指数F&EI值为:CF&EI=0.491136.62=67.16。5.火灾爆炸影响区域(半径)的确定由道化学公司火灾爆炸危险指数评价法影响区域(半径)计算图,查得单元火灾爆炸影响区域(半径)为35.0m。三、安全对策措施初期评价中，乙烯氧化单元的火灾、爆炸危险等级为“很大”； 采取各种针对性的安全对策及措施后，乙火灾、爆炸危险等级降为 “较轻”。即项目可以达到安全生产的基本要求。为使该系统内事故发生的可能性降至最低,提出如下措施:1.切实落实各项安全生产管理制度,加强工艺纪律、操作纪律和现场巡回检查,以便及时发现并处理各种可能引起火灾爆炸事故