道化法在某化工集團尿素合成裝置中的應用

劉琛琛

(安徽理工大學能源與安全學院，安徽 淮南 232001)

道化法在某化工集團尿素合成裝置中的應用

劉琛琛

(安徽理工大學能源與安全學院，安徽 淮南 232001)

結合某化工集團尿素車間的實際情況，用道化法對其尿素生產工段進行火災、爆炸危險性分析，得出該部分潛在危險等級為“Ⅴ”,危險程度為“非常大”。經安全措施補償后，危險程度降為“中等”。道化法評價比較準確地反映了企業的安全問題，定性預測了造成職業危害的可能性及嚴重程度，針對系統細節為安全管理者提供對策措施。

道化法；尿素合成；火災爆炸；危險分析

1 引言

某化工集團始建于1958年，自2000年起其尿素車間采用一套42萬噸/年氨汽提裝置進行尿素生產。生產過程中高溫高壓的存在使尿素合成具有火災爆炸危險性。因而本文采用道化學公司火災、爆炸危險指數評價法（第七版）對工藝過程和生產裝置及所含物料的實際潛在火災、爆炸和反應性危險進行逐步分析。

2 生產工藝流程

尿素合成主要設備有合成塔、汽提塔、高壓甲銨冷凝器。合成塔工作壓力為15.3MPa，工作溫度為188℃，氨碳比3.6，水碳比0.67，略高于按物料衡算計算值。汽提塔的作用是回收離開尿素合成塔的未反應混合物。高壓氨基甲酸銨冷凝器用于將氨與二氧化碳生成液態氨基甲酸銨，它的主要工藝條件為：溫度156℃，壓力14.6MPa。

尿素合成塔內主要反應方程式為CO2+2NH3=(NH2)2CO+ H2O-Q

3 火災爆炸危險性分析

3.1 確定物質系數

工藝過程中物質為混合物，具有爆炸危險性的有NH3、CH4、CO、H2，根據物質系數的求取方法，將甲烷作為危險的代表物質，物質系數為21。

3.2 一般工藝危險系數

（1）吸熱反應：總體反應為吸熱，是冷凝器等設備的自產熱。因此危險系數取0.25；（2）通道：尿素車間的設備幾乎全部集中在廠區東南部，在其西側有一條通往主干道的通道，東側通道較窄，緊急救援或消防車輛出入有阻礙。廠區面積大于925m2，且通道不符合要求，危險系數取0.35；（3）排放與泄露控制：設備周圍地面平坦，若泄露可能引起火災，故系數取0.5。

3.3 特殊工藝危險系數

火災爆炸危險來源于原料氨有爆炸性，原料二氧化碳中含有氫、一氧化碳、甲烷等雜質。在生產中，為了防腐加入空氣，容易形成爆炸性氣體。此外由于放空尾氣中含有氫、氨、氧等，在某種條件下都會形成爆炸性氣體混合物。

（1）毒性物質的危險系數是0.2NH（物質毒性系數），混合物中氨的NH值為3；（2）負壓（＜500mmHg）：在尿素合成中的真空預濃和一段、二段蒸發過程絕對壓力均小于500mmHg；（3）腐蝕及磨損：合成塔的內襯腐蝕率一般為0.1～0.2mm/a；（4）操作壓力在15Mpa左右；（5）在生產廠區內有三處以上閥門、法蘭發生泄漏；（6）轉動設備：本單元中存在大于75馬力（5516.25W）的泵。

本單元的特殊工藝危險系數為：F2=4.06

表1 火災、爆炸危險等級判定表

參照表1，本單元火災爆炸指數結果匯總如下：

表2 尿素生產過程火災、爆炸指數結果匯總

3.4 安全措施補償系數

安全措施可分為工藝控制措施、物質隔離措施、防火措施三類。

3.4 .1 工藝控制安全補償系數C1

（1）冷卻：冷卻系統能保證在發生故障時維持10min以上的正常冷卻，補償系數取0.99；（2）緊急停車裝置：有緊急停車裝置，補償系數取0.98；（3）計算機控制：整個系統全程采用計算機控制，補償系數取0.97；（4）操作指南或操作規程：根據操作規程的完善程度，計算補償系數得0.92；（5）其他工藝過程危險分析：采用檢查表對工藝過程進行了分析，系數取0.98；（6）活性化學物質檢查：在需要時才采取本措施，補償系數0.98。

C1=0.99×0.98×0.97×0.92×0.98×0.98=0.83

3.4 .2 物質隔離安全補償系數C2

（1）單元備有單元遠距離控制閥，補償系數0.98。（2）單元具有自動聯鎖裝置，避免出現錯誤的物料流向急由此引起的不必要的反應，補償系數取0.98。

C2=0.98×0.98=0.96。

3.4 .3 防火措施安全補償系數C3

（1）防火涂料的耐火時間不能完全達到要求，故補償系數取0.99；（2）消防水：廠區內有四個消火栓，補償系數取0.97；（3）配備有與火災危險相適應的手提式或移動式滅火器0.98。

C3=0.99×0.98×0.97=0.94

3.4 .4 安全措施總補償系數

C=C1×C2×C3=0.75

3.4 .5 補償后火災、爆炸危險指數

(F&EI)’=F&EI×C=126

補償后最終危險度火災爆炸危險等級為“Ⅲ”級，危險程度為中等。查單元危害系數計算圖，當物質系數為21，F3=8時，危害系數為0.83。

在項目設計時，應注意理論與應用的關系，其關聯度越緊密，課程目標達成度越高。設計時，綜合考慮項目工作流程和學生接受知識的邏輯順序，重組教材內容，使學生在項目實踐中更容易理解和體驗。例如中職旅游專業課程《模擬導游》，是以學生掌握導游講解能力為核心的課程，可設計項目“我為某景區宣傳”，項目實踐可分為收集資料，形成初稿——自我試講，學習技巧——確定一稿，提升技巧——對客講解，實踐技巧——收集意見，修稿再練五個步驟。這是一種循環式的項目學習方式，適用于教材內容結構單一的課程，學生通過項目循環實踐可有效掌握講稿撰寫及講解技巧，達成課程目標。

3.5 暴露區域內的財產損失

暴露區域內財產價值可由區域內含有的財產（包括在其中貯存的物料）的更換價值（A）來確定：

A=原來成本×0.82×增長系數

本文中假定增長系數為1，則暴露區域內的基本財產損失：

Bace MPPD=暴露區域內財產損失×危害系數

經安全措施補償后財產損失會比基本財產損失小，即實際財產損失為：

Actual MPPD=Bace MPPD×C

財產損失數據匯總如表3。從中可以直觀地看出若本單元發生事故會造成巨大的經濟損失，其實際財產損失已經達到了暴露區域財產價值的50%以上。

表3 單元財產數據匯總表

4 評價結論及建議

經過嚴格的道化法評價及補償評價，得到本單元的火災、爆炸指數為168，危險等級為Ⅴ。安全補償后，指數為126，危險等級為Ⅲ，危險程度為中等。可見采取安全措施對改善單元安全狀況的作用是顯著的。

4.2 建議措施

就該化工集團的現狀及就筆者調研結果來說，安全管理依然存在很多問題。結合往年國內外化肥廠火災、爆炸事故的具體情況和預防措施，提出以下建議：

（1）從單元本質安全化入手，采用金字塔式管理方案。管理者應從基礎（一線工人及設備）上開展安全管理工作，認真執行安全管理制度，重視安全細節，做好安全生產和勞動保護教育工作，使安全意識深入人。進而調整組織管理關系，使安全事務各有負責。

（2）將道化法整個分析過程作為危險因素解決方案，在單元內增加相應的安全補償措施，進一步降低系統危險性。

（3）加強企業自身科研隊伍建設及與科研機構的聯系。在科研機構進行可行性分析的基礎上，企業對最新的科學技術或理念進行分析，謹慎選擇，既可促進新的優良技術的發展普及，又可使企業自身的安全得到有力保障

[1]道化學公司火災、爆炸危險指數評價方法（第七版）[S].

[2]魏新利,李惠萍,王自健.工業生產過程安全評價[M].北京:化學工業出版社，2004.

[3]方興龍,周梁.基于道化學法的大型臺成氨裝置安全評價[J].工業安全與環保，2007，33(2)：0～32.

[4]王宏圖,周麗明,胡國忠等.尿素合成生產工藝過程火災爆炸危險性分析[J].重慶大學學報，2009,32（5）:556～565.

[5]方興龍,顏事龍,周梁.基于道化學法的化工安全評價——以安徽淮化集團有限公司“1830”合成氨裝置為例[J].礦業科學技術，2006，3:6～8.

X928

A

1003-5168(2014)03-0207-02

劉琛?。?989—），女，安徽理工大學能源與安全學院，研究方向：安全管理與安全評價。