基于ICI蒙德法的甲醇儲罐區定量分析

賀倩(華北科技學院 安全工程學院，河北 三河 065201)

0 引言

化工儲罐區用來貯存的物質通常具備易燃性，易爆性或為有毒物質，因為種種原因導致的大批的易燃、易爆、有毒物質泄漏，火災、爆炸等事故不斷增加，死亡人數和直接經濟損失上漲[1]。2008年8月2日，貴州興化化工有限責任公司甲醇儲罐發生爆炸燃燒事故，事故造成3人死亡，摧毀6個儲罐。2018年1月16日，美國休斯頓一化工廠發生化學品儲存罐爆炸事故，1人當場死亡。2021年5月31日，滄州市鼎睿石化有限公司在油氣回收管線未安裝阻火器和切斷閥的情況下違規動火作業，引發管內及罐頂部可燃氣體閃爆，引燃罐內稀釋瀝青，直接經濟損失約3 872萬元。石化儲罐事故多，引發事故原因眾多。預防和管控化工儲罐區火災和爆炸事件的發生，對于減少人員傷亡，財產損失，保護社會安寧具有非常重要的意義。

國內外專家學者為提升化工生產安全性一直不懈奮斗。周春平利用蒙德法定量評價了丙烯儲存區，發現其存在著較大的火災、爆炸、毒性等危險，并提出能夠有效降低重特大事故發生的建議[2]。Tauseef等對全世界范圍內化工廠儲罐區發生的28起重大火災、爆炸事故進行了研究，重點側重儲罐之間的距離和事故大小之間的關系，為儲罐之間的安全距離制定出一些標準模型[3]。

陜西延長石油榆林煤化有限公司(簡稱“榆林煤化”)是陜西延長石油(集團)有限責任公司旗下的一家集煤、油、化、電綜合轉化應用的大型能源化工企業，其甲醇產量可達25萬噸/年。文章以該公司甲醇儲罐區為研究對象，緊密結合其實際特點采用蒙德法對其存在的危險性進行定量評價。

1 蒙德法及其評價步驟

ICI蒙德法是根據美國火災和爆炸保護法(DOW)修訂和制定的。解決的問題更加全面，并且已經制定了技術規范及評估指南[4-5]，圖1為ICI蒙德法評價步驟。

圖1 蒙德法評價步驟

評價步驟：(1)裝置劃分為單元；(2)編制裝置、單元物質表；(3)物質系數(MF)的確定：物質系數是指標準狀態下(25 ℃，0.1 MPa)的重要物質著火，爆炸或釋放能量的危險等級；(4)潛在的預防措施處理：(5)特殊物質的危險性：對重要物質進行有差別性的危險系數的確定；(6)一般工藝流程危險性；(7)特殊工藝危險性；(8)數量的危險性；(9)布置上的危險性；(10)毒性的危險性；(11)ICI全部指標的計算；(12)火災潛在性的評價；(13)爆炸潛在性的評價；(14)毒性危險性的評價。

2 蒙德法評價過程

2.1 評價單元的劃分

評價單元：甲醇儲罐區。評價單元主要物質：甲醇。

2.2 指標系數的確定

(1)單元內危險物質及其物質系數B的計算

甲醇庫儲罐區危險物質為甲醇[6]，一般性可燃物質的物質系數計算公式如式(1)所示：

式中：?Hc為重要物質的燃燒熱(kJ/mol)；甲醇的燃燒熱為726.55 kJ/mol，計算得出物質系數B=8.6。

(2)特殊物質危險性M

在甲醇的引燃溫度組別為IIA1類，取系數為25。

(3)一般工藝危險性P

甲醇儲存單元僅為物理變化，取系數為10。

(4)特殊工藝危險性S

①高溫。甲醇儲存單元內部主要危險物質為甲醇，閃點為11 ℃，危險性系數為25。

②腐蝕和侵蝕。甲醇儲罐單元設施也許會在0.5 mm/a以下侵蝕時，展現出蝕凹或局部侵蝕，系數取10。

③接頭和填料。甲醇儲罐單元雖然均選用合格的接口和密封，但不能保證完全不漏，也許出現少量泄漏，因而取系數30。

④在燃燒極限附近操作。甲醇庫甲醇儲罐區劃子單元。甲醇充填或放空時。此時有可能達到燃燒極限，危險系數取50。

⑤靜電的危險性。甲醇儲罐單元存在靜電危險物質或可能產生靜電的操作，系數取20。

特殊工藝危險性系數S=145。

(5)數量的危險性Q

甲醇庫儲罐區單元，危險物質總量m=10 000 t，量系數Q=340。

(6)毒性的危險性T

①TLV值甲醇儲存單元，主要毒性物質為甲醇，根據其TLV值查表，危險性系數取50。

②短時間暴露。甲醇時間加權平均容許濃度TWA=20 mg/m3，短時間接觸容許濃度STEL=30 mg/m3。補正系數STEL/TWA=2，查表系數取50。

③皮膚吸收。平復融入有毒的物質時，也要思考利用附加系數，區間為0～300，而且系數最小限制與TLV系數的值相同。甲醇，可經皮膚吸收，取系數為50。

毒性危險性系數T=150。

2.3 指標的計算

(1) DOW/ICI全體指標D

將以上各指標系數代入可得：DOW/ICI全體指標D=73.6。查等級對照表可知全體危險性稍重。

(2)火災潛在性的評價

火災負荷指數F

式中：K為物質數量；N為區域面積。

計算得F= 463 947，查表可知其火災負荷等級為非常高。

(3)毒性潛在性的評價

①單元毒性指標U

計算得U=4.2。查表可知單元毒性指標范疇屬于中等。

②主要毒性指標C

計算得C=1 428，查表可知單元毒性指標范疇屬于非常高。

(4)爆炸潛在性評價

①爆炸指標E

計算得E=2.8，查表可知工藝爆炸危險性屬于中等范疇。

②氣體爆炸指標A

式中：m為混合及擴散特性；H為評價高度；t為物質數量。

計算得A=143.1，查表可知氣體爆抓危險性高。

(5)全體危險性評價

全體危險性評分R的大小由DOW/ICI全體指標D、火災負荷指數F、爆炸指標E、單元毒性指標U、氣體爆炸指標A共同決定。

計算得A=143.1，查表知全體危險性范疇屬于高(2)類。

2.4 安全措施補償

(1)容器系統

①壓力容器。補償不適用于進行標準設計時的壓力容器，故不對各個子單元的該項進行補償。

②非壓力立式儲罐。儲罐區貯罐為非壓力立式貯罐，系數取0.90。

③輸送配管。配管全部依照標準進行設計、架設，將補償系數的大小確定為0.09。

④防護堤。罐區設防護堤，系數取0.75。

⑤泄漏檢測系統與響應。設有泄漏檢測系統，可以在控制室實現對裝置停車，系數為0.85。

⑥放出、排出或者廢料的舍棄。安全閥、緊急進氣部件和其他氣體和蒸汽排放裝置與火炬或密封排放接收器相連，補償系數取0.90。

容器系系統補償系數K1=0.46。

(2)工藝管理

①警報系統。各單元采用DCS以及緊急停車系統，取補償系數0.95。

②緊急用電的供給。項目設有雙電源，主要的設備在任何情況下都可以安然無恙的運行，取系數0.90。

③惰性氣體系統。假設系統在需要時可以排凈的非活性氣體即惰性氣體，取補償系數0.95。

④安全停車系統。項目利用可靠性較高的停車系統，取補償系數0.75。

⑤計算管理。該設備利用計算機來工作，而且可以獨自停車，其補償系數0.85。

⑥預防爆炸和不正常的反應。DCS管控系統設有阻擋不正常的運輸，用來去除意料之外的事件的聯鎖設備系統時，補償系數為0.95。

⑦操作指南。根據蒙德法按1.0-X/100算，補償系數0.93。

工藝管理補償系數K2=0.39。

(3)安全態度

①管理者參與安全的管理。補償系數為0.9。

②安全培訓。安全培訓會在規定時間內對所有人員開展，取補償系數0.9。

③保養維修和安全程序。在設備維修和更換時能夠嚴格執行手續的批準。補償系數0.9。按計劃在規定時間經行維修檢修。追加補償系數0.97。

安全態度補償系數K3=0.71。

(4)防火

①結構物防火。大部分的設備的結構都是鋼制的，防火墻的高度設置為1/3。各單元取安全措施補償修正系數為0.9。

②裝置防火。所有電纜可以抵御三小時的火災危害也叫防火性能，系數取0.85。

防火系數補償系數K4=0.77。

(5)物質隔離

儲罐、工藝容器及主輸送配管部分在緊急情況下能迅速隔離的，取補償系數0.80。

物質隔離補償系數K5=0.8。

(6)滅火活動

①火災警報。單元中設置有火災報警裝置，發現火災的第一時間應該聯系內部消防員進行緊急救火，補償系數取0.95。

②手持滅火器。裝備區存在相同類型的手持滅火器，取系數0.95。

③水的供給。設有消防池，可以提供四個小時的供水，取系數0.85。

④設置噴水設備及水槍系統。消防水管道上設置消火栓與消防水炮。補償系數取0.9。

⑤發泡及惰性滅火設備。甲醇儲罐區設有固定泡沫滅火設備，取系數0.9。

⑥消防隊。擁有兩臺消防車的消防隊，取補償系數0.9。

⑦消防活動的地區協作。定期向所有工作人員提供消防培訓，以提高他們的認識，并使他們了解消防工作與各地方消防局合作[7]；補償系數取0.9。

滅火活動補償系數K6=0.5。

2.5 補償階段計算

補償火災負荷

補償爆炸指標(式10)

補償氣體爆炸指標(式11)

補償全體危險評分(式12)

2.6 評價結果分析

各單項指標及全體危險系數補償前后的危險等級，如表1所示。

從表1得出如下結論：

表1 補償前后單項指標及總危險等級對比

(1)提高了甲醇儲罐區的安全性。

(2)結果表明，一些危險性指標有明顯降低：將火災負荷范疇由非常高降至中等；將工藝爆炸危險性由中等降到輕微；將氣體爆炸危險性由高降到低；將全體危險性范疇由高(2)類降到中等。

(3)經過安全補償后，危險性指標被降低，但若發生事故，單元毒性指標仍然會比較高，仍需要加強設備和人員安全管理，提前制定應急預案，把各個環節的危險性系數予以降低，此時評價單元的毒性也隨之降低，氣體爆炸指標也會有所下降，大幅度減少事故損失。

3 安全對策措施

3.1 甲醇存儲安全措施

甲醇生產中儲存的危險物質主要是液體。由甲醇蒸氣和空氣形成的混合物具有爆炸性質。如果遇到火源和更高的溫度，也可能引起火災和爆炸危險。建議采用以下防火防爆措施：

(1)在甲醇貯存區發生火災或爆炸的最重要原因是達到了爆炸的極限。若想監測可燃氣體的濃度，可以在儲罐區安裝氣體信號設備。當濃度接近危險極限的時候，報警信號可以發出一個信號，通知管理員立即采取行動[8]。

(2)儲罐區域應位于一個平面的、通風良好的區域內，而不是在微風區內。

(3)為了防止甲醇泄漏，確保儲存器和儲存器的空氣不滲透性。如果儲存器打開，夏季應采取冷卻措施，防止冷卻系統發生故障。

(4)防爆電氣設備和可靠的裝卸工藝是甲醇儲存區的正確選擇，控制空氣流量，設置防靜電接地。

(5)在罐內實施上述防火防爆措施后，加強日常安全管理，嚴格遵守操作規程，將有效防止甲醇儲存區發生火災、爆炸[9]。

3.2 安全管理措施

(1)安全教育

從企業的實際現狀入手，把防御和應對緊急情況互相聯系，改進和保持控制技術安全措施，確保生產過程的正常運行。對工作人員進行安全理念、安全體系和安全技術培訓，提高安全技能和安全意識。在抓安全教育上，工作人員須有安全儲備知識，及自救能力。對生產現場的安全管理必須重視起來，在生產過程中也要加大監管的力度。

(2)落實安全檢查制度

隨著生產的持續，職工的疲勞程度增加，安全意識有所減弱，不安全的行為就會大幅度的增加。為此，開展經常性的，突擊性的檢查，不斷的及時的發現危險因素，并予以消除，將事故扼殺在萌芽時[10]。

4 結語

(1)文章利用蒙德法對甲醇儲罐區進行了定量分析，結果說明儲罐區本身存在火災、爆炸、毒性等危險性，且危險性等級均高出正常水平，經過安全措施補償后，降低了各項指標及全體危險性等級。并針對甲醇的儲存和安全管理兩個方面提出建議措施。我國在重大事故的應急救援方面仍需加強，完善應急預案，配備應急器材等均可降低重特大事故的發生。

(2)文章中采取的評價方法雖然可以對甲醇儲罐進行分析評價，但仍有不足之處。蒙德法參數的取值范圍較大，且該評價方法存在評價人員的主觀性的影響，隨著社會發展希望能利用高級的技術建立自動化的評價系統提高評價結果的準確性。