摘要：运用美国道化学公司（DOW）火灾爆炸危险指数法（七版），对中国石油北京燕山分公司化工八厂间苯二甲酸（PIA）装置的火灾爆炸危险性进行了分析评价，结合评价结果给出采取的对策和措施，以降低生产装置的危险性。
　　关键词：间苯二甲酸（PIA）装置；火灾爆炸；风险分析
　　中国石化北京燕山分公司（以下简称燕化公司）间苯二甲酸装置（以下简称PIA装置）采用间二甲苯为原料，醋酸为溶剂进行间二甲苯氧化制成粗间苯二甲酸，然后进行加氢去除杂质，还原中间产物形成精间苯二甲酸。生产具有较大火灾、爆炸危险性，生产环境恶劣，设备腐蚀严重，装置工艺复杂，生产连续性强，该装置先后进行多次改造，曾经发生过一次爆炸事故，造成一人死亡，存在潜在的安全风险。本文采用道化公司（DOW）火灾爆炸危险指数法对该装置进行分析，评价该生产装置的火灾爆炸危险度等级，事故发生的可能因素，并提出有效的防范措施。
　　1．生产工艺流程简述 
　　主要工艺流程见图1
　　从罐区来的间二甲苯和配制系统促进剂、催化剂和HD-202（溶剂计量罐）的醋酸，加到HD-204（反应器进料罐）混合，用高速泵送到反应器HR-301，用空压机提供的压缩空气进行氧化，反应生成粗间苯二甲酸，经三个结晶器HD-401、402、403降温降压，气相去脱水塔。物料通过HG-403A/B输送到离心机加料泵，供给一级离心机A/B分离出粗间苯二甲酸晶体，分离出的粗间苯二甲酸进入HD-501（二级离心机进料罐），使一级分离的粗间苯二甲酸用HAC洗涤后，经二级离心机分离，然后进入干燥机，干燥的粗间苯二甲酸用氮气吹扫到氧化料仓储存。
　　氧化料仓内的粗间苯二甲酸下到JD-101（再打浆罐）用水做溶剂进行配料，用高速泵输送经过5个加热器，JE-101A/B/C/D/E经JD-201（溶解器），使粗间苯二甲酸完全溶于水中。进入加氢反应器JR-202，从反应器出来经过5个结晶器，降温降压，经一级离心机JM-401A/B分离，精间苯二甲酸进入干燥机，干燥的精间苯二甲酸产品送到精制料仓JF-501A/B。
　　2．道化学公司（DOW）火灾爆炸危险指数法评价 
　　运用道化学公司火灾，爆炸危险指数评价方法（七版）进行危险分析。
　　2.1评价单元的确定
　　根据间苯二甲酸装置的布局情况及生产工艺流程特点，以及设备位置和相互关系，将该装置划分为以下6个单元分别进行评价：①罐区单元；②氧化反应单元；③IA产品回收单元；④溶剂回收单元；⑤加氢反应单元；⑥PIA产品回收单元。
　　2.2确定评价状态
　　因本装置在正常操作阶段危险性最大，所以对各装置进行评价的评价状态确定为装置正常生产时的状态。
　　2.3评价过程
　　下面以氧化反应单元为例来说明评价过程。
　　2.3.1选取物质系数（MF）
　　氧化反应单元主要包括间二甲苯原料及醋酸、催化剂、促进剂、空气，按混合物的物质系数系统选取，将组成大于5%，且最具危险性的物质间二甲苯的物质系数作为该单元的物质系数MF=16。
　　2.3.2确定单元工艺危险系数（F3）
　　2.3.2.1一般工艺危险系数（F1）
a）放热反应
　　氧化反应是中等放热反应，故系数选定为0.5。
　　b）物质的处理与输送
　　催化剂配置为人工配置催化剂，故系数选定为0.5。
　　c）通道
　　生产装置周围有紧急救援车辆的通道，整个操作区面积大于925m2，但其反应部分通道不符合规范要求，未形成环形通道，故系数选定为0.35。
　　d）排放和泄漏控制
　　装置单元内设有围堰以防止泄漏液流到其它区域，但堤坝内所有设备露天放置，故系数选定为0.5。
　　因此，一般工艺危险系数F1=1+a+b+c+d=2.85。
　　2.3.2.2特殊工艺危险系数（F2）
　　a）毒性物质
　　二甲苯为毒性物质，物质毒性系数（NH）=2，故危险系数为0.4。
　　b）燃烧范围或其附近的操作
　　只有当仪表或装置失灵时，工艺设备或贮罐才处于燃烧范围内或其附近，故危险系数为0.3。
　　c）释放压力
　　因操作压力＜6895kPa(表压)，间二甲苯是闪点低于60℃的易燃可燃液体，查“易燃、可燃液体的压力危险系数图”可得危险系数为0.3。
　　d）易燃和不稳定物质的数量
　　根据所储存物质总量乘以燃烧热，间二甲苯闪点＜37.8℃，查“工艺中的液体和气体的危险系数图”，可得危险系数为1.0。
　　e）腐蚀
　　因反应单元设备采用钛材，所以腐蚀速率(包括点腐蚀和局部腐蚀)＜0．127mm／a，故取危险系数为0．10。
　　f）泄漏——连接头和填料处
　　反应系统在生产时，泵、压缩机和法兰连接处会产生正常的一般泄漏，故取危险系数为0.30。
　　g）转动设备
　　该反应系统转动设备包括空压机，空压机功率＞600马力，故取危险系数为0.5。
　　因此，特殊工艺危险系数F2=1+a+b+c+d+e+f+g=3.9。
　　2.3.2.3单元工艺危险系数（F3）的确定
　　F3=F1×F2=2.85×3.9=11.115，根据规定取F3=8。
　　2.3.3求单元火灾爆炸指数（F&EI）
　　F&EI= F3×MF=8.0×16=128
　　根据道化学（DOW）七版危险等级划分标准，本单元火灾爆炸危险程度属于“很大”。
　　2.3.4计算安全措施补偿系数
　　2.3.4.1工艺控制补偿系数（C1）
　　a）应急电源
　　本单元由事故应急电源，能从正常状态自动切换到应急状态，补偿系数取0.98。
　　b）抑爆
　　本单元设备有防爆膜，反应单元有防爆墙，故取补偿系数为0.98。
　　c）紧急停车装置
　　在紧急情况下有停车系统，空压机系统有振动仪，振动值大的情况下可以使设备停车。故取补偿系数为0.96。
　　d）计算机控制
　　设置了在线计算机控制，以帮助操作者，具有失效保护功能，补偿系数取0.93。
　　e）操作指南或操作规程
　　根据操作规程的完善程度，计算后系数为0.91。
　　f）其它工艺过程危险分析
　　定期开展“环境、健康、安全和损失预防审查”危险分析，故取补偿系数为0.96。
　　以上各补偿系数相乘得C1=0.749
　　2.3.4.2物质隔离补偿系数
　　a）远距离控制阀
　　单元备有遥控的切断阀，以便在紧急情况下迅速地将储罐、容器及主要输送管线隔离，则取补偿系数0.98。
　　b）切断/排放装置
　　备用贮槽能安全地直接接受单元内的物料，而且备用贮槽安置在单元外，则系数为0.96。

c）排污系统
　　排放设施完善，能把贮罐和设备下以及附近的泄漏物排净，故采用补偿系数0.91。
　　d）联锁装置
　　装有连锁系统，取系数为0.98。
　　以上各系数相乘得物质隔离措施补偿系数C2=0.839。
　　2.3.4.3防火措施补偿系数（C3）
　　a）泄漏检测装置
　　单元安装了可燃气体报警器，系数取0.98。
　　b）钢制结构
　　该单元所有的承重钢结构均及钢筋土结构均涂覆防火涂层，并及时维护，故取系数0.94。
　　c）消防水供应
　　该单元消防水压力＞690kPa(表压)，消防水的供应能保证按计算的最大需水量连续供应4h，故取补偿系数0.94。
　　d）特殊灭火系统
　　该单元有烟火探测器、防爆墙等，补偿系数取0.91。
　　e）手提式灭火器/水枪
　　配备与火灾危险相适应的手提式移动灭火器，补偿系数取0.95。
　　以上各系数相乘得防火措施补偿系数C3=0.749。
　　2.3.4.4安全措施补偿系数
　　C=C1×C2×C3=0.47
　　2.3.5计算补偿后危险程度
　　F&EI=MF×F3×C=16×8×0.47=60.16
　　即实际危险程度为“较轻”。
　　3 火灾爆炸危险指数计算结果及分析
　　3.1 各单元火灾爆炸危险指数计算结果（见表1）
　　3.2 结果分析
　　a）从各单元得出的火灾爆炸指数来看，6个单元的危险性都较高，加氢单元的火灾爆炸指数为最大，因为该单元用氢气进行物料杂质的还原操作，氢气为易燃易爆气体危险性高，加氢单元储存大量氢气，因此指数相对较高，危险性相对较大。
　　b）从一般工艺危险性分析，整个装置在消防通道和泄漏物排放方面不够完善，应采取积极有效的措施，改善消防通道和排污设施，提高装置处理紧急事故能力。
　　c）氧化单元采用98%浓度的醋酸作为溶剂进行反应，醋酸在高温情况下腐蚀性较强，虽然装置大部分主要设备采用钛材或者衬钛的材质，但是仍然有部分非钛材设备腐蚀严重，给安全生产造成威胁。另外，醋酸挥发性较强，装置上醋酸味道很浓，给工人操作带来困难。
　　d）精制反应单元采用氢气作为还原剂进行反应，氢气对设备腐蚀性较强，另外氢气操作危险性大，一旦泄漏就会产生火灾爆炸。
　　e）该装置生产的物料粘性较大，对设备要求高，很多国产设备很难满足工艺要求，处理设备经常要进行大量物料排放，排放设施的不完善造成很大困难。
　　f）装置经常需要采用氢氧化钠清洗设备和清堵物料管线，在清理管线和设备时会有带压的情况，拆卸管线和设备后会喷溅出碱液造成人身伤害。
　　g）装置的消防设施应定期检修、更换，还应增加手提式灭火器或水枪，在氧化反应单元的框架应增加消防竖管设施。
　　h）催化剂的配置还采用人工添加配置，应采用自动化装置来进行配置。
　　i）装置上很多负重混凝土结构没有采用防火砖，应采用防火砖以延缓着火时间，保证框架结构强度。
　　4.对策措施
　　a）加强职工巡检，完善各种操作规程和制度，对氧化反应的尾氧波动严格控制，一旦发现尾氧超高就要连锁停车，系统进氮气进行保护，以免造成火灾爆炸事故。
　　b）在退料过程中要禁止进空气，用氮气作为提压气体进行退料处理。
　　c）在处理堵塞清堵时，要严格按照规程，将压力放空，避免带压，发生物料和碱液喷溅事故发生。
　　d）对压力容器和管线要定期检测，掌握设备缺陷和腐蚀情况，及早做出判断，对设备进行监护或更换设备。
　　e）要保证各种仪表、联锁、报警器等完好，在事故状态下能够发挥作用，避免事故发生或扩大。
　　f）定期修订、完善应急事故预案，定期组织职工对事故预案进行演练，保证事故状态下能够正确、及时的处理。
　　5.参考文献
　　1）中国石油化工集团公司安全与环保监督局.石油化工安全工程【M】.北京：中国石化出版社，1998
　　2）冯肇瑞，崔国璋.安全系统工程【M】.北京：冶金工业出版社，1987
　　3）间苯二甲酸装置工艺技术规程【M】.北京：2009
　　图一      工艺流程（氧化单元）
　　HC-101空气压缩机 HE-101中间冷却器 HM-501一级离心机 HM-502二级离心机 HD-210催化剂中间储罐 HD-501二级离心机进料罐 HG-202溶剂泵
　　HG-1403催化剂泵 HD-205促进剂计量罐 HD-202溶剂罐 HD-204反应器进料罐 HR-301反应器 HD-401第一结晶器 HD-402第二结晶器
　　HD-403第三结晶器 HG-205BST计量泵HG-403一级离心机进料泵 HG-501二级离心机进料泵 HG-602汽提塔进料泵 HG-400PX吸收塔回流泵
　　HP-501干燥剂进料螺旋 HM-503干燥剂 HF-501氧化料仓 JP-102下料螺旋
　　图二     工艺流程（精制单元）
　　JP-102下料螺旋, JP-103/104星形加料器, JD-101再打浆罐, JE-101A/B/C/D浆料预热器, JG-101反应器进料增压泵JG-102反应器进料泵, JD-201溶解器, JR-202加氢反应器, JD-301第一结晶器, JD-302第二结晶器JD-303第三结晶器, JD-304第四结晶器, JD-305第五结晶器, JD-402再打浆罐, JM-401一级离心机JG-401一级离心机进料泵, JG-402二级离心机进料泵, JM-402二级离心机, JP-402A/B干燥机进料螺旋JM-403 PIA干燥机, JP-502下料螺旋, JP-504星形加料器,JF-501 PIA储仓, JP-505星形加料器
　　表一   各单元火灾爆炸危险指数计算结果
　　

　　——作者：张新