蒙德法评价聚氯乙烯合成车间

基于蒙德评价法的昊华宇航化工有限责任公司

聚氯乙烯合成车间的安全评价摘要：采用英帝国化学公司(ICI)蒙德评价方法，对昊华宇航化工有限责任公司沁阳氯碱分公司内聚氯乙烯合成车间进行安全评价，确定了该车间生产、贮存过程中的物料物质系数并计算物质危险性、工艺危险性、毒性等指数，经过安全补偿系数修正后，得出聚氯乙烯聚合过程总危险性系数以及全体危险程度，并提出相应的安全措施。关键词：聚氯乙烯合成车间；安全评价；蒙德法；火灾爆炸；毒性。Abstract:ICI’sMondassessmentisconductedforthePVCunits.Inthismethod,aseriesofinde-xesarecalculatedforboththeprocessandstoragesystemaccordingtomaterialproperties,processhazard,toxicity,etc.Withthesafetymanagementcoefficients,theindexescanbedecreasedandindicatethefinalriskgradationoftheunits.Futhermore,thesafetymeasuresareputforwardfortheimprovement.Keywords:PVC；safetyassessment；Mond；fireandexplosion；toxicity.TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1氯乙烯聚合车间工艺流程及特点简介 1\o"CurrentDocument"1.1聚合车间工艺流程 1\o"CurrentDocument"1.2聚合车间工艺特点 1\o"CurrentDocument"2蒙德评价方法和评价程序 1.\o"CurrentDocument"2.1评价方法 1\o"CurrentDocument"2.2评价程序 1\o"CurrentDocument"3蒙德火灾、爆炸、毒性指数评价 2\o"CurrentDocument"3.1资料准备 2\o"CurrentDocument"3.2确定火灾爆炸危险性物质和评价单元 2\o"CurrentDocument"3.3确定物质系数B 2\o"CurrentDocument"3.4单元危险性的初期评价 33.5初期评价结果的计算 7\o"CurrentDocument"4补偿评价. 8.\o"CurrentDocument"4.1补偿评价指标值 8\o"CurrentDocument"4.2安全项目与预防手段的分类 9\o"CurrentDocument"4.3减少事故频率补偿 9\o"CurrentDocument"5建议采取的安全措施 11\o"CurrentDocument"6结语 .1.1.\o"CurrentDocument"参考文献: ・121氯乙烯聚合车间工艺流程及特点简介1.1聚合车间工艺流程在氯乙烯的聚合工段中，先将软水经软水过滤器送至软水计量槽，计量好加入清理好的聚合釜中，然后将溶解好的分散剂由入料孔加入，同时加入热稳定剂、消泡剂、PH缓冲剂、引发剂等助剂。单体则经单体过滤器过滤，单体计量槽计量后，经封闭的进料系统加入聚合釜中，在规定的压力和温度下使单体聚合，聚合完毕后加入终止剂终止反应，回收反应单体，将物料用聚氯乙烯泵打入沉折槽中。其中的悬浮液经过滤器、热交换器加入汽提塔顶部蒸汽加温、汽提，用塔顶冷凝器回收单体，出汽提塔料液经热交换器回收热量后，打入中间槽借压差流入离心机，脱去大部分水后进入干燥系统干燥。1.2聚合车间工艺特点氯乙烯聚合过程中，反应温度为60〜70°C，温度较高，压力较大，进料控制比要求严格，自动化程度高,工艺流程复杂，其主要物料介质为氯乙烯、分散剂、引发剂等助剂、聚氯乙烯等，均为可燃、易燃或有毒物质，一旦发生泄漏将有可能引发爆炸、中毒等重大事故。因此，应用蒙德法对昊华宇航化工有限责任公司沁阳氯碱分公司氯乙烯聚合车间进行安全评价，计算其火灾、爆炸及毒性危险性指数,得出聚合车间的危险性程度，为企业进一步采取安全措施提供理论依据。2蒙德评价方法和评价程序2.1评价方法ICI公司蒙德法是在美国道化学公司（DOW）火灾、爆炸危险指数评价法的基础上，作进一步补充和扩展而产生的定量评价方法。它不仅详细规定了各种附加因素增加比例的范畴，而且针对所有的安全措施引进了补偿系数，同时扩展了毒性指标，突出了毒性对评价单元的影响，在考虑火灾、爆炸、毒性危险方面的影响范围及安全补偿措施方面都较道化学法全面，在安全措施补偿方面强调了工程管理和安全态度，突出了企业管理的重要性，因而可对较广泛的范围进行全面、有效、更接近实际的评价，使评价结果更加切合实际。2.2评价程序2.2.1单元危险性的初期评价：评价时综合评价单元内的物质系数（B）、特殊物质系数（M）、一般工艺过程危险系数（P）、特殊工艺过程危险系数（S）、量的危险系数（Q）、配置危险系数（L）、毒性危险系数（T）、按一定的计算公式计算出各评价单元的DOW/ICI总指标（D）、火灾负荷（F）、装置内部爆炸指标（E）、环境气体爆炸指标（A）、单元毒性指标（U）、主毒性事故指标（C），最后求出全体危险性评分（R），并将计算结果按R值的大小范围分成8个等级。2.2.2单元危险性的最终评价：根据可研报告中提出的安全对策措施，确定补偿系数K、K、K、K、K、K，然后根据单元初期评价结果和补偿系数，计算1 2 3 4 5 6出火灾负荷（F）、装置内部爆炸指标（E）、环境气体爆炸指标（A）、全体危险性评价（R）的补偿值F、E、A、R。2.2.3简要地列出必要的安全对策措施和预防手段。火灾、爆炸、毒性指标评价法一ICI公司蒙德法评价程序及要点见图2-1。

图2-1蒙德法评价程序及要点3蒙德火灾、爆炸、毒性指数评价3.1资料准备准备的资料包括厂区布置图、工艺流程图、装置设备图、有关装置的危险评价方法的程序、计算公式表格和附录等。3.2确定火灾爆炸危险性物质和评价单元评价单元是由一定的间距、防火墙、防护墙等隔开的得装置的一个独立部分，为了表示得方便，在此选择车间内的聚合釜单元作为评价单元。其中，主要危险成分是氯乙烯，因此选择氯乙烯来评价单元得危险性。评价单元主要参数有：(1)评价单元：聚合釜；(2)评价单元主要物质：氯乙烯；(3)评价单元内氯乙烯总量：100t;(4)聚合釜内温度：60~70°C；(5)评价单元高度：13.6m；(6)评价单元面积：1164m2；3.3确定物质系数B物质系数是指重要物质在标准状态(25C，0.1MPa)下的火灾、爆炸或放出能量的危险性潜能的尺度。进行总效果计算时物质系数(MF)用符号B表示。查询化学品安全技术说明书，其中氯乙烯的燃烧热△Hc=1153.1kJ/mol，计算氯乙烯的物质系数B=AHcX1.8X4.186/1000=8.7。3.4单元危险性的初期评价3.4.1特殊物质的危险性决定特殊物质危险性时，对重要物质的特殊性质、重要物质在单元内与催化剂等其他物质混合的情况要重新进行评价。要根据该单元内重要物质的数量、在火灾或可能出现火灾的条件下对其特定性质所产生的影响来决定特殊物质危险性系数的标准。危险性系数是所研究的特定单元内重要物质在具体使用环境中的一个函数，不能用孤立的重要物质的性质来定义。由此可见，不同单元中某一物质危险性系数可强可弱，如单元不同，即使是同样的重要物质也需要对特殊物质危险性系数加以改变。主要考虑氧化剂、与水反应产生可燃性气体的物质、混合及扩散特性、自然发热性物质、自然聚合性物质、着火灵敏度、发生爆炸分解的物质、气体爆轰性物质、具有凝聚相爆炸性的物质、具有其他异常性质的物质等。本单元只涉及到氧化剂和着火灵敏度。单元中使用氧化剂时，在火灾条件下会放出氧气。聚合过程中的引发剂为过氧化物，是强氧化剂。使用危险性系数在0〜20间，氧化剂对重要物质的数量与其氧化能力有关。属于这一类的物质有液氧、氯酸盐、硝酸盐、过氯酸盐、过氧化物等。其氧化能力强，但数量不大，所以确定其危险性系数为10。这里指的是空气作为氧化剂引起重要物质的一般着火的着火灵敏度。电气装置和设备可根据可燃性物质提出安全设计要求，分为几个级或组。在电气设计方面只要稍有一点变化即可从危险性水准的差别表示出来，为此，需将物质分为很多类。选择着火灵敏度危险性系数的一般原则是根据各种国家级的气体及蒸气的电气装置分类标准。查表，可知，乙烯类物质的着火灵敏度危险性系数为25.所以，特殊物质危险性合计为M=35。3.4.2一般工艺过程危险性这类危险性与单元内进行的工艺及其操作的基本类型有关。查表可知，聚合釜内的聚合反应为单一连续反应，危险性系数取40。另外，物质输送过程中，聚合釜进料出料是从上盖或底部出口进行填充或者排空操作，危险性系数取10。所以一般工艺过程危险性系数为50。3.4.3特殊工艺过程危险性在重要物质或基本的工艺和操作所评价的评分基础上，会使总体危险性增加的工艺操作、贮存、输送等特性而决定下列危险性系数。主要考虑低压、高压、低温、高温、腐蚀和侵蚀的危险性、接头和填料的危险性、振动及循环负荷疲劳危险性以及基础或支持吊架的破损、难控制的工艺或反应、在爆炸极限附近操作、比平均爆炸危险性大的情况、粉尘或雾滴爆炸的危险性、使用强气相氧化剂的工艺、工艺着火的灵敏度、静电的危险性等。本单元涉及高压、高温、接头和填料的危险性、振动及循环负荷疲劳危险性、静电的危险性。装置、单元在高于大气压的压力条件下操作时，需要对火灾及内部爆炸性的增大给予补偿，其高压系数P可从图3-1求出。单元it作压力加内上榔1.382.072.763.454.144、S35.噩反W聚合釜内压力最高为2Mpa，查图得，高压系数为40。当操作温度高时，装置、单元设备会产生可燃性物质的危险性增大和装置强度下降两个问题。高温对存在主要物质的危险性影响以主要物质是易燃性液体时最大。当主要物质是可燃性气体或蒸气时，对危险性的影响也相当大。氯乙烯常态为气体，在反应釜内为压缩液体，危险性系数选10。聚合过程有微量泄漏的法兰接头，危险性系数取10。由于泵等电设备工作时产生振动，温度和压力也有变化，危险系数取10。凡是用泵高速输送高电阻有机液体，而且在容器内自由落于液面上，或是通过过滤器或类似设备，都会产生静电。相当纯的没有受到水及微粒状物质污染的液体，在通常的液体流动操作中，发生静电的危险性与该液体的电阻有关。使用电阻在1011Q-cm以下的纯液体时发生静电的危险性小；使用含有杂质的该液体，或在操作温度下电阻会升高时，认为电阻在1010。・cm以下时危险性才会小。根据反应釜内溶液得组成及其性质，确定危险系数为10。所以特殊工艺危险性系数为80。3.4.4数量的危险性处理大量的可燃性、着火性和分解性物质时，要给予附加的危险性系数。计算所研究的单元中物质总量应考虑反应器、管道、供料槽、塔等设备内的全部物料数量。可以根据物质质量直接计算，也可以根据体积和密度计算。根据气体、固体、液体及其混合物的质量，可以进行危险性的比较。物质的数量包括总质量，量系数(Q)是以吨(t)为单位的质量标准，可从图3-2求出。

]60]G20SD80100 200 4006001000物质商量]60]G20SD80100 200 4006001000物质商量/t图3—2单元内氯乙烯的量为100t，可得量系数为70。3.4.5布置上的危险性单元布置引起的危险性系数所考察的重要项目是大量可燃性物质在单元内存在的高度。单元的高度是指装置工艺单元和输送物质配管顶部从地面开始的高度，排气管、梁式升降机的横梁构造物不能用于决定高度；但一定要考虑蒸馏塔和反应塔的主配管位置、生成物塔顶冷凝器、上部供料容器等。在全效果计算中，高度用H(m)表示。工艺单元的通常作业区域是指和单元有关的构造物的计划区域。需要包括上述作业区域以外的泵、配管、装置等时可予以扩大。由周围单元的构造物以及有关的辅助设施用最小限度长度的墙围起来的领域可视为作业区域，用N(m2)表示。根据规定，其13.6m高的开放式工艺构筑物结构危险系数为15。工艺单元包括溢出的污染区域，流向其他的集水孔或者分离槽的排水缸艺单元构造物下方区域中央形成50mm以上的引火性液体集中处时，危险性系数为30。所以布置上的危险系数为45。3.4.6毒性的危险性它是关于毒性危险性的相对评分及其对综合危险性评价的影响。对健康的危害性可根据造成的原因和程度来考虑，有的可归因于维护及工艺不能控制或易发生火灾等异常工艺条件；有来自接头、基础、工艺排气等处经常发生的细微泄漏。一般泄漏造成的危险性及通常的维修或者工艺操作引起的危害性，用TLV值评价，异常高的泄漏、装置控制系统的故障、火灾条件等用高短时间的浓度值评价。单元内最危险的物质为氯乙烯，TLV系数取10。根据单元中最危险物质的类型决定危险性系数，即使这种物质没有毒性也要进行评价。其中，氯乙烯在正常工艺操作条件下以液体或液化气体存在时，危险性系数为20。对TLV，考虑相对15min暴露的容许浓度。查表得，短时间暴露系数为50。毒性物质可被皮肤吸收时，用附加系数。氯乙烯一旦泄露，容易被皮肤吸收，所以其危险系数为20。表3-1蒙德指数计算表单元氯乙烯聚合车间

单元重要物质氯乙烯装置聚合釜反应聚合反应1.物质系数燃烧热1153.1kJ/mol物质系数B8.72.特殊物质系数建议系数米用系数氧化物质0〜2010与水反应发生可燃气0〜300混合及扩散特性m-60〜600自然发热性30〜2500自聚性25〜750着火敏感度-75〜15025爆炸的分解性1250气体的爆炸性1500凝聚层爆炸性200〜15000其他性质0〜1500特殊物质危险性合计M353.一般工艺危险性建议系数米用系数仅使用及单纯物理变化10〜500单一连续反应25〜5040单一间歇反应10〜600同一装置内的重复反应0〜750物质移动0〜500可能输送的容器10〜10010一般工艺危险性合计P504特殊工艺危险性建议系数米用系数低压(小于103.4kPa)0〜1000高压0〜15040低温：0(1)碳钢-10〜10°C150(2)碳钢10〜25C30〜1000(3)其他物质0高温0〜4010构造物质0〜250腐蚀与侵蚀0〜1500接头和垫圈泄漏0〜6010振动、循环负荷等0〜5010难控制的工艺或反应20〜3000

在燃烧范围或其附近条件下操作0〜1500在平均爆炸危险性以上40〜1000粉尘或烟雾的危险性30〜700强氧化剂0〜3000工艺着火敏感度0〜750静电危险性0〜20010特殊工艺过程危险性合计S805量的危险性建议系数米用系数物质合计/t100t量系数Q0〜1000706配置危险性单兀详细配置高度H13.6m通常作业区域N1164m2结构设计0〜20015多米诺效应0〜2500地下设施0〜1500地面排水沟0〜10030其他0〜1000配置危险性合计L457毒性危险性建议系数米用系数TVL值0〜30010物质类型25〜20020短期暴露危险性—130~5050皮肤吸收0〜30020物理性吸收0〜500毒性危险性合计T1003.5初期评价结果的计算3.5.1DOW/ICI总指标D的计算对所记录的各种系数先进行小计，再根据DOW最初确定的方法变换为DOW/ICI的全部指标，D表示的危险性程度见表3-2。表3-2DOW/ICI总指标D值范围及危险程度D值范围0-2020-4040-6060-7575-9090-115115-150150-200200以上危险性程度缓和轻度中度稍重的重的极端的非常极端的潜在灾难的高度灾难性根据公式算得D=8.7(1+35/100)(1+50/100)(1+195/100+100/400)=54.6.对应可知，危险程度为中度。3.5.2火灾潜在性的评价评价单元火灾潜在性是由于它是构成事故时火灾持续时间的预测值，因此很有用。评价火灾潜在性恰当的方法是以单位面积的燃烧热(Btu/ft2)为基础，通过这种评价方法可以比较不同种类建筑物的值。单元内全部燃料卷入火灾比较罕见，而考虑全部燃料的10%则较接近实际火灾持续时间。火灾负荷F也是给定的一个范畴，根据数据可查表得出火灾负荷等级及预计活在持续时间。F=2.33X(8.7X2/1164)X108=35X105查表可知，火灾负荷等级为高，预计火灾持续时间为3小时.3.5.3爆炸潜在性的评价按DOW/ICI制订的总指标范围的水准，火灾负荷范围有几种情况过分低，这就需要考虑改为爆炸危险性。E作为内部装置爆炸的危险性计算。E=1+(M+P+S)/100=1+(35+50+80)/100=2.65根据实验所得数据统计，2.65所对应的等级为中。环境气体爆炸指标A=B(1+m/100)QHE(1+P/100)=8.7X70X13.6X2.65X(1+50/1000)=21950所以环境气体爆炸性指标等级为非常高。3.5.4毒性危险性评价表示毒性的影响，计算出可以综合考察装置、单元的控制和管理的单元毒性指标U。U=TE/100=100X2.65/100=2.65查表得单元毒性指标等级为低。将单元毒性指标U和量系数Q相乘得到主毒性事故指标C。C=UQ=2.65X70=185.5对应主毒性事故指标等级为中。3.5.5总危险性评分R考虑装置布置的总危险性评分是根据DOW/ICI总指标D确定的，而D受火灾负荷、单元毒性指标、内部爆炸指标、气体爆炸因素等的影响较大。因此，用总危险性系数R评价这些因素是更为合适的方法。R=D(1+(FUEA)1/2/1000)=40158所以总危险性评分等级为极端。4补偿评价4.1补偿评价指标值设计中为了取得正确的安全特性系数，采用补偿评价指标值。考虑接受上述的总危险性系数R及其他指标的可能性，或者说为了完成评价，还需进一步进行补偿评价。应再次推敲每一个系数，看是否考虑到了以下内容：①是否过度强调了给定危险性；②变更单元中的项目规模、操作条件；③利用与最初选择的流程装置不同的工艺；④采用操作故障率或重要物质泄漏危险性小的装置设计。对提出的新单元，找出它与原有设计的不同，以降低危险性水平。在现有的装置上应记录操作情况与装置出现的问题，它可以作为设计或改进操作技术的指导方针。但是，由于它不能表示危险性，所以在降低危险性系数时需要强调注意利用下述操作经验：①装置要用同一种方法操作一定时间；②操作要有适当数量的开、停车及其他异常事件的状态。若不进行这些必要操作就会有危险性，如果短期内未发生事故，也只是偶然的。③每个危险性系数需要减少时，要在表格的“减少栏”中记入新值，并注明变更的理由。某个值一旦变更，就必须对每个指标重新计算，并对这些计算加注，以区别于最初计算值。4.2安全项目与预防手段的分类为避免编入装置、单元的各种安全项目和预防手段重复太多，可将其分为下述两大类。减少危险性、降低事故频率。完成减少危险性、降低事故频率的补偿项目的做法，就是对作业人员进行训练等。其目的是使作业人员熟悉机械设计项目、工艺控制及安全仪表的操作和维修以及装置的安全、完好的操作及房屋管理等，真正做到使设计项目的效益不因人的失误而降低。降低事故规模的潜在性。要采取减少火灾及爆炸所造成的损失的安全项目，如防火及日常消防体系之类的项目均属此类。增加特别项目或对已有安全项目进行改进，可同时使用上述两类措施来完成。这两类补偿手段的措施综合效果，用于评价危险性水平是否可以接受，对决定装置的配置、改善单元的危险性至关重要。4.3减少事故频率补偿为使这一类安全项目及预防手段的总危险性评分值能得到补偿，应采取一些有效的措施。根据蒙德法技术守则,各单元初期全体指标以及各项指数经过安全系数的补偿，得出补偿后的单项指标以及总危险系数,各补偿系数的计算公式为：补偿火灾负荷F2=FXK4XK5；补偿单元爆炸指标E2=EXK2XK3；补偿地区爆炸指标A2=AXK5XK6；补偿全体危险性评分R2=RXK1XK2XK3XK4XK5XK6。具体补偿系数如下表。表4-1补偿系数安全措施补偿系数1.容器系统K10.58⑴压力容器0.9⑵输送配管设计应变0.9⑶输送配管接头及垫圈0.9⑷附加的容器及防护堤—⑸泄露检验及响应0.8⑹排放物质的废弁0.92.工艺管理K20.46⑴警报系统0.9⑵紧急用电力供给0.9⑶工程冷却系统0.95⑷惰性气体系统0.95TOC\o"1-5"\h\z⑸危险性研究活动 0.9⑹安全停车系统 0.85⑺计算机管理 0.96⑻爆炸预防 0.95⑼操作指南 0.85⑽装置监督 0.95安全态度K3 0.81⑴管理者参加 0.9⑵安全训练 0.95⑶维修及安全程序 0.95防火K4 0.95⑴结构的防火 0.98⑵装置火灾的预防 0.97物质隔离K5 0.8阀门系统 0.8灭火活动K6 0.53⑴火灾警报 0.95⑵手动灭火器 0.95⑶防火用水 0.85⑷洒水器及水枪系统 0.95⑸泡沫及惰性化设备 0.9⑹消防队 0.9⑺灭火活动的地域协作 0.9所以补偿火灾负荷F2=FXK4XK5=35X105X0.95X0.8=26.6X105补偿单元爆炸指标E2=EXK2XK3=2.65X0.46X0.81=0.99补偿地区爆炸指标A2=AXK5XK6=21950X0.8X0.53=9306.8补偿全体危险性评分R2=RXK1XK2XK3XK4XK5XK6=40158X0.58X0.46X0.81X0.95X0.8X0.53=3495.7补偿前后单项指标及总危险系数对比如表4-2所示。表4-2补偿前后单项指标及总危险系数对比各全体火灾毒性单元爆地区爆总危险指标指标D负荷F指标U炸指数E炸指标A系数R初54.635X2.652.652195040158期中度105高低中非常高极端补26.60.999306.83495.7偿后X105高轻非常高非常高由表可以看出，一部分指标经补偿修正后危险性降低，还有一部分还处在较高危险性程度。这说明装置本质火灾、爆炸、毒性等级较高，通过安全系数补偿后，危险指数都有一个等级的下降,说明现有的安全防护措施比较齐全,起到相应的安全防护作用，但是还需谨慎防范，加强安全管理与安全技术、安全设施的投入。5建议采取的安全措施通过对氯乙烯聚合车间的安全评价结果分析，结合装置安全运行情况，建议采取如下安全措施：（1） 本质安全化。本质安全是