TCOSHA 013-2022 煤气化装置安全布局技术方法

ICS13.200CCSC67团 体 标 准T/COSHA013—2022Technicalmethodforsafetylayoutofcoalgasificationplant2022-08-19发布 2022-08-19实施中国职业安全健康协会  发布T/COSHA013T/COSHA013—2022II目 次前言 II范围 3规范性引用文件 3术语和定义 3基本程序 4煤气化装置典型事故场景风险评估 4危险源辨识 4典型事故场景概率 4煤气化装置多米诺事故后果评估 5煤气化装置风险评估模型 5煤气化装置安全布局优化 6安全布局优化目标函数 6约束条件 6风险可接受标准 6煤气化装置布局安全优化方法 6附录A（资料性） 煤气化装置布局安全优化程序 8附录B（规范性） 应急响应时间计算方法 9附录C（规范性） 设备损伤度指数(EDI) 10设备固有危险性 10安全屏障有效性 10设备关键性 10应急响应 11附录D（规范性） 安全布局约束条件 12楼层约束 12非重叠约束 12附录E（资料性） 布局安全优化方法计算流程 14附录F（资料性） 案例分析 15T/COSHA013T/COSHA013—2022鏈鏈鏈鏈前 言本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国职业安全健康协会提出并归口。本文件主要起草人：王志荣、郭品坤、刘海峰、邱志刚、代正华、刘学军、徐伟、李峰、宋泽阳、II煤气化装置安全布局技术方法范围本文件规定了煤气化装置布局的风险评估和安全优化方法。本文件适用于煤气化装置的安全布局优化。规范性引用文件（包括所有的修改单适用于本文件。GB50160石油化工企业设计防火标准AQ/T3046化工企业定量风险评价导则IEC61508（所有部分）/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全（FunctionalSafetyofElectrical/electronic/programmableElectronicSafetyrelatedSystems）术语和定义下列术语和定义适用于本文件。装置安全布局devicesafetylayout在有限的空间内安排工艺装置的布局，以最大限度地减少火灾和爆炸的风险。约束条件constraintcondition针对优化过程中的一些附加条件和变量给定某些限制。初始事故initialaccident最开始发生的事故或事件，即所谓的触发事件。多米诺事故dominoaccident物理效应physicaleffectequipmentvulnerability设备受事故物理效应而被损坏的特性。目标设备targetunit受事故物理效应作用而发生损坏的设备。目标函数objectivefunction通过变量量化的方法，建立的装置安全与相关因素或条件之间的函数关系。3应急响应时间emergencyresponsetime（ERT）事故发生时启动紧急响应，应急小组采取应急响应措施有效干预事故发展所需的最长时间。设备失效时间timetofailure（TTF）目标设备受到物理效应作用后，从物理效应作用时刻到设备失效时刻的时间间隔。目标设备失效概率targetdevicefailureprobability目标设备受到物理效应作用时，发生失效的概率。设备损伤度指数equipmentdamageindex将设备或指定区域事故的一系列风险要素通过一定的方式合理转换成数值或描述性的术语,是一个无量纲指数。应急小组emergencyresponseteam参与事故救援的企业专职消防队伍和外部消防队伍。基本程序煤气化装置典型事故场景风险评估危险源辨识（HAZID）（FMEA）等方法对煤气化装置进行危险源辨识。典型事故场景概率合成气泄漏是火灾爆炸事故必不可少的前提条件。应遵守AQ/T3046的规定，将合成气泄漏作为初始事件，后果事件可分为火灾、爆炸和有毒物质的释放，见图1和表1。图1 合成气泄漏事件树表1 合成气泄漏事件树后果描述后果序号后果事件描述事故类型A1合成气泄漏遇到点火源立即燃烧严重喷射火灾4表1 合成气泄漏事件树后果描述（续）后果序号后果事件描述事故类型A2已泄漏报警且及时控制的短时间喷射火较小喷射火灾A3已泄漏报警但未及时关断的蒸气云爆炸较严重的蒸气云爆炸（VCE）事故A4有泄漏报警的较大合成气泄漏较大范围人员中毒A5无泄漏报警的蒸气云爆炸严重的VCE事故A6无泄漏报警的大量合成气泄漏大范围人员中毒采用事件树分析（ETA）方法对可能出现的事故场景概率进行分析。煤气化装置多米诺事故后果评估物理效应超压等物理效应的后果应遵守AQ/T3046的规定进行。目标设备失效概率12�12�式中：���u——积分变量。

�𝑖

�−5−�22�� ()表2 失效概率单位值及临界值物理效应目标装置失效概率单位值临界值超压常压容器Y=−9.36+1.43lnP5.17kPa压力容器Y=−14.44+1.82lnP30kPa热辐射常压容器Y=12.54−1.8471.82ln�TTF30minln�TTF=-1.128lnI−2.667×10−5V+9.87710kW/m2压力容器Y=12.54−1.8471.82ln�TTF30minln�TTF=-0.947ln(I)−8.835V0.03240kW/m2Y——失效概率的概率单位值；P——超压，单位为帕斯卡（Pa）；TT——装置失效时间，单位为秒（）；I——火灾作用于目标装置的热辐射能量，单位为千瓦每平方米（kW/m2）；V——装置体积，单位为立方米（m3）。应急响应时间的计算方法应遵守附录B的规定。设备损伤度指数（EDI）采用U={u1,u2,u3,u4}煤气化装置风险评估模型煤气化装置安全布置主要考虑二次事故。煤气化装置定量风险评价可采用公式（2）计算。�=����������∀�≠�·式中：i 设备i5�� ——初始事故概率；�ij ——目标设备失效概率；�EDI,j——为目标设备损伤指数；i ——初始事故设备；j 目标设备。煤气化装置安全布局优化安全布局优化目标函数���=��Σ�� ()��=Σ��� ()�,�=Σℎ��ℎ��ℎ��� ()式中：h ——事故场景（火灾、爆炸等）；h�,�i� ——煤气化装置布局风险。约束条件设备参数根据煤气化装置的工艺参数确定煤气化设备尺寸和空间位置。楼层约束非重叠约束x方向或者y方向无重叠，设备间距应大于GB50160规定的防火距离，其确定方法应遵守附录D的规定。风险可接受标准企业在进行安全布局前，应确定风险可接受标准值。确定风险可接受标准时应遵循的以下原则：风险可接受标准应具有一定的社会基础,能够被政府和公众所接受；风险可接受标准应和社会经济发展水平相适应，并适时更新。煤气化装置布局安全优化方法优化方法包括：（EDIDEDI6.16.3E。6计算示例见附录F。7附 录 A（资料性）煤气化装置布局安全优化程序煤气化装置布局安全优化程序见图A.1。图A.1安全布局基本程序8附 录 B（规范性）应急响应时间计算方法应急响应时间应遵守图B.1的所述程序开展。主要灭火方式主要灭火方式第一步确定合适的灭火策略目标暴露保护第二步��=�𝐸×����=��×���第三步确定外部供水消防车类型第四步供水系统分析消防车数量第五步估算到达和部署时间图B.1计算ERT的简化程序式中：�� 灭火所需的水量，单位为立方米（m3）；���(m2�𝑡𝑎��——目标设备的横截面积；�𝐸 ——目标暴露防护所需的用水密度，取12.2L/min∙m−2；�� ——灭火所需的用水密度，取10L/min∙m−2。灭火响应时间、到达时间和持续时间，以及对特定类别的应急车辆定义的装置部署操作结合起来，以估计提供并保持规定水量不变所需的总时间间隔。最终计算得出ERT值为：向外部应急小组发出警报的时间（5min，通常为炼油厂和液化石油气储存设施）；定向呼叫时间、消防队员出动时间和驾驶时间，可称为总体响应时间，（12min）；进行设备部署和其他额外设置操作的时间（7min8min）。9T/COSHA013T/COSHA013—2022PAGEPAGE10设备固有危险性

附 录 C（规范性）设备损伤度指数(EDI)安全屏障有效性火灾场景下，安全屏障的有效性采用公式（C.1）～公式（C.2）评估。��=�𝐼×�����

··················································(C.1)式中：

����=�𝐼×[�PFD+1−�×−(C.2)A A1�𝐼——初始事故场景概率；����——简单的复合概率；σ IEC6158，取�=1。�PFD——安全屏障按需失效概率，取值见表η ——安全屏障有效性，取值见表C.1。表C.1安全屏障按需失效概率(PFD)和有效性(η)安全屏障类型有效性（η）按需失效概率（�PFD）泡沫-水两用喷水灭火系统0.9545.43×10-3水喷淋系统（WDS）14.33×10-2压力安全阀（PSV）11.00×10-2防火涂层11.00×10-3防火墙0.9991.00×10-3爆炸场景下，根据超压值的大小评估防爆墙的有效性。超压小于20kPa时，冲击波被完全阻挡；超压大于等于20kPa时，冲击波被防爆墙减小20%。设备关键性设备关键性评估设备不可用性对整体工艺过程的影响程度。设备关键性评估采用PIEU原则：P：后果的严重性；I：设备对工艺过程的重要性；E：设备状况（如使用年龄、大修次数，故障频率）；U：设备使用（生产）时间占设备开启时间的比率，称为使用率。评分标准见表C.2。表C.2设备关键性评估评分标准指标权重0123P对工艺过程和环境有严重影响对工艺过程和环境有影响对工艺过程和环境有较小影响对工艺过程和环境无任何影响I不可替代且无辅助设备不可替代但可以启用辅助设备可替代或启用辅助设备启用辅助性设备E需重新设计需更换坏好U饱和高一般低依据公式CR=P×I×E×U计算各台设备的CR值，运用设备关键性评估PIEU原则将化工设备划分为关键、重要、支持三个等级，具体见表C.3。表C.3设备关键等级划分定义设备种类等级CR描述A关键0<CR≤3主要工艺设备，故障可导致生产停工B重要3<CR≤25间歇使用的工艺设备未列入A类的安全设备C支持25<CR≤81其它的设备：工艺辅助设备应急响应的大小，以评估应急影响措施的有效性。损伤程度评价的评价集为三个等级，V={严重，中等，轻微}，从评价集V中获得最终目标设备程度评价结果，各指标划分标准见表C.4，不同损伤程度等级划分及等级内涵见表C.5。表C.4目标设备损伤程度等级表因素/程度严重中等轻微设备危险性u1>12797～127<96安全屏障有效性u20＜A＜0.5或无防爆墙0.5≤A＜1或有防爆墙且P≥20kPaA≥1或有防爆墙且P＜20kPa设备重要性u3关键重要支持应急响应时间u4没有被激活ERT>TTFERT<TTF表C.5设备损伤程度等级划分及说明损伤程度等级加权值标准分值说明严重1.0（0.7,1.0］目标设备完全损坏，设备报废中等0.7（0.3,0.7］目标设备部分损坏，需停产检修轻微0.3（0,0.3］目标设备轻微损坏，检修后可立即恢复生产楼层约束

附 录 D（规范性）安全布局约束条件�Σf�,�−1��=��∙���∀�=1,⋯,�,�=1,⋯,� (D.)�式中：��——多层设备K ——楼层；

Σ�����=1 (D.2)���=��+�,�1∀�∈� (D.)��≥��+�−1 (D.)���≤1−���+� (D.)���≤1+���−� (D.)∀�=1,...,�−,�=�+1,...,�,�=1,...,�,��k0；�,�i��ik1；���和j10。非重叠约束x方向或者y方向有重叠，设备间距必须要大于安全距离。�−�2≥�2�

··············································(D.7)� � ,�����−�

2≥�2

··············································(D.8)� �−

,��2≥�2

�,��··············································(D.9)� � ,��,��1−,��=,��+�,�� (D1)� =���+�

···············································(D.11),�� 2

�,�����

=���+2

�,��

···············································(D.12)� =ℎ�+�+�

···············································(D.13)式中：

,��

�,��ii在x,,,�� 和jx�,�� i和在y,�� i和在z,�� xy1，则和jxy,�� x1，则ij在x,�� ——如果取1，则通过z坐标上的投影强制执行非重叠约束;否则，单元i和j的非重叠约束将被强制执行到xy平面上；�,�� i ii i图D.1三维空间中每个坐标单位i、j之间的最小间距附 录 E（资料性）布局安全优化方法计算流程煤气化装置布局安全优化计算流程见图E.1。图E.1安全布局优化方法计算流程图附 录 F（资料性）案例分析H和COCOHSCH蒸装置闪蒸。工艺流程图如图F.1所示。煤气化装置被假设放置在一个七层混凝土框架结构中，并暴露在VCE6尺寸、体积、设计压力和工作温度如表F.1所示。图F.1煤气化工艺流程图表F.1水煤浆气化工艺设备参数设备标号尺寸(m)体积(m3)设计压力(MPa)操作温度(℃)ii气化炉G13.214.4894.6350锁斗G23.43.4464.7260洗涤塔G33.012.0954.4260高压闪蒸罐G43.25.8500.7190真空闪蒸罐G53.26.464-0.1100高压闪蒸分离罐G61.02.01.90.7190下面列出了其他信息：1）��=60m，x方向最大长��=30m，y方向最大长度��=40m，z方向最大长度GH,CO0.1kgs间为10minVCE与G2EDIEDI。表F.2指标因子相对重要性判断矩阵B-AU1U2U3U4权重(ωi)U115570.626U21/51130.146U31/51150.173U41/71/31/510.055CR=0.059<0.1G1G1的模糊关系矩阵R1如下所示：�1=

1 0 1 0 1 0 0 1

1 0 01 �B=ω�=[0.6260.1460.1730.055]·1 0 01 �1 0 00 1 0采用表F.3中的加权值进行加权计算，得出设备损伤程度指数值为：I=0.95+070.05+030=.984表F.3设备指标等级No.U1U2U3U4G1134.25无ATFM>TTFG265.2无CTFM>TTFG3102.7无BTFM>TTFG411