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硫磺回收装置的安全评价7
西安石油大学本科毕业设计(论文)1绪论 ................................................................................................................................. 11.1 课题的意义............................................................................................................................... 1 1.2 国内外研究现状....................................................................................................................... 1 1.2.1 国内外硫磺回收装置和工艺发展现状 ........................................................................ 1 1.3 论文的主要内容....................................................................................................................... 22某石化硫磺回收装置概况 ............................................................................................. 22.1 某石化硫磺回收装置............................................................................................................... 2 2.1.1 硫磺回收装置工艺流程分析 ........................................................................................ 33 4道化学火灾爆炸指数评价法 ......................................................................................... 4 基于道化学的硫磺回收评价 ......................................................................................... 64.1 确定评价单元........................................................................................................................... 6 4.2 确定物质系数............................................................................................................................. 6 4.3 确定工艺单元的危险系数....................................................................................................... 6 4.3.1 求取一般危险系数 F1 ................................................................................................... 6 4.3.2 特殊工艺操作危险系数 F2 ........................................................................................... 9 4.3.3 工艺单元危险系数 F3 ................................................................................................. 18 4.4 求取火灾爆炸危险指数 F&EI............................................................................................... 18 4.5 安全措施补偿系数................................................................................................................. 18 4.5.1 工艺控制补偿系数 C1 ................................................................................................. 18 4.5.2 危险物质隔离系数 C2 ................................................................................................. 19 4.5.3 防火措施补偿系数 C3 ................................................................................................. 20 4.6 工艺单元危险分析汇总......................................................................................................... 21 4.6.1 确定暴露半径.............................................................................................................. 21 4.6.2 确定暴露区域面积...................................................................................................... 22 4.6.3 确定暴露区域内财产价值.......................................................................................... 23 4.6.4 确定危害系数.............................................................................................................. 23 4.6.5 确定基本最大可能财产损失(基本 MPPD) .......................................................... 23 4.6.6 确定实际最大可能财产损失(实际 MPPD) .......................................................... 23 4.6.7 最大可能工作日损失(MPDO) ................................................................................... 23 4.6.8 停产损失(BI) ............................................................................................................... 24 4.7 评价结论统计......................................................................................................................... 24 4.8 其它单元评价结果................................................................................................................. 275 结论 ................................................................................................................................. 28 参考文献 ............................................................................................................................. 29 附录 物质系数和特征表 ................................................................................................. 29I西安石油大学本科毕业设计(论文)11.1 课题的意义绪论由于世界人口增长和经济发展,对石油产品需求不断增加,在
年, 世界石油年消费量从 3.3Gt 增加到 4.3Gt,对轻质油品和优质中间馏份油的需求量将 持续增长.而世界可供原油正在重质化,高含硫,高含金属原油的份额越来越大,因 此炼油厂正在开发新的技术,采取新的对策―大量地采用渣油催化裂化,渣油加氢脱 硫,重油加氢精制,催化裂化,焦化等深度加工工艺. 为满足国内对油品的需求,沿海及沿江炼厂将会大量加工进口原油,而进口原油 将大部分为中东高硫原油.加工高硫原油必然会产生大量的含 H2S 气体.我们预计 国内仍会大量建设硫磺回收装置,对硫磺回收及尾气处理技术有迫切的需求.除了石 油行业,硫磺回收装置在化肥,焦化,天然气行业都有应用. 硫磺回收以及尾气处理工艺过程中都存在着易燃,有毒有腐蚀性等危险物质.同 时,工艺装置具有连续性,自动化的特点.由于物的不安全状态或人的不安全行为致 使大量的易燃,易爆,有毒物质泄漏,造成大量的财产损失及人员伤亡.开展硫磺回 收装置的安全评价工作,对于预防和控制化工储罐区火灾和爆炸事故的发生,减少人 员伤亡和财产损失,以及提高工厂经济效益等方面具有十分重要的意义,并且将日益 为人们所重视.再者,恶性事故造成人们心里的恐惧,随着中国经济的发展,人民生 活水平不断的提高,人的自我保护意识的增强,人们己经不愿从事那些事故和职业伤 害多发的行业.化工厂事故所带来的恶果,严重地阻碍了化工行业的发展,同时也阻 碍了中国可持续发展的进程及构建和谐社会的美好理想.也就是说,安全评价与中国 的可持续发展和构建和谐社会紧密相连.所以,对硫磺回收装置进行安全评价,保障 人民和财产安全,创建社会和谐与可持续发展的前提.1.2 国内外研究现状1.2.1 1.2.1.1 硫磺回收装置和工艺发展现状 国内外硫磺回收装置和工艺发展现状 国外硫磺回收装置和工艺发展现状 自 30 年代以来经过半个多世纪的努力,硫回收工艺日臻完善.在工艺方面,发 展了直流法,分流法,直接氧化法,硫循环法流程,一般采用一段高温燃烧炉,两级, 三级或四级低温转化器,可以加工含硫化氢 5%～100%的各种酸性气体.在催化剂研 制和使用方面,自克劳斯法发明以来沿用了近百年的铝钒土催化剂基本被淘汰,自 60 年代以来,普遍采用了活性氧化铝催化剂,如法国 Rhone-Poulenc 公司的催化剂, 美国 Kaiser 铝化学品公司的 S-201 催化剂等.另外为了适应不同原料气,70 年代还1西安石油大学本科毕业设计(论文)研制和使用了在氧化铝载体上加有助剂的有机硫水解催化剂,80 年代开发和工业化 了二氧化钛基的耐硫酸盐化催化剂和保护催化剂等系列催化剂. 另外在设备材质和防 腐技术方面也都取得了重大进展.据不完全统计,世界上已建成硫磺回收装置 600 多套, 回收的硫已占全部硫产量的 60%以上. 美国的硫磺回收装置平均日产硫磺 150～ 200t.随着工艺条件的优化,催化剂的不断改进和自动化,自控水平的提高,装置的 效能和硫回收率也不断提高.现在一般硫磺回收装置的硫回收率可达 96%～97%,带 有尾气处理的克劳斯装置总硫收率可达 99%～99.15%,甚至可达 99.9%. 1.2.1.2 国内硫磺回收装置和工艺发展及现状 我国 CLAUS 法回收硫的生产起步于 60 年代中期, 第一套 CLAUS 法硫磺回收工 业装置于 1965 年在四川东溪天然气田建成投产,首次从含硫天然气副产的酸性气中 回收了硫磺.1971 年在山东省胜利炼油厂又建成了以炼厂酸性气为原料年产硫磺 5000t 的 CLAUS 硫磺回收装置,从此揭开了我国硫回收技术发展的序幕.自 1980 年 该装置投产以来,10 年累计处理含硫天然气 115 亿 m 3 ,产优质硫磺 45 万 t.该装置 的引进,对促进我国硫回收技术的进步意义颇大.1990 年胜利炼油厂建成了年产 4 万 t 的硫磺回收装置.迄今为止,国内在石油与天然气加工领域已建成 60 多套硫磺回 收装置,有 18 套带尾气处理装置.1.3 论文的主要内容 论文的主要内容本论文将以安全评价技术为理论基础, 根据硫磺回收的流程对其进行评价单元划 分,针对作业的特点利用道化学进行综合安全评价. 论文主要包括以下几方面的内容: (1)课题的意义. (2) 硫磺回收装置概况. (3) DOW 化法的应用. (4) 硫磺回收装置的 DOW 化法评价.2某石化硫磺回收装置概况2.1 某石化硫磺回收装置本车间共有主燃烧炉,克劳斯单元,冷凝单元等七大系统,总价值约为 1.15 亿 元.据专家估计,它们还具有增值趋势,且增值系数为 1.1.据统计,该车间每月产 值达到 300 万元人民币. 需要指出的是,该装置并未配备特殊灭火系统,喷洒系统,防火水幕,但设了水 枪,远距离手动控制泡沫的泡沫灭火系统,可燃气体探测器,远距离遥控切断阀,连2西安石油大学本科毕业设计(论文)锁装置,应急电源,紧急停车装置,电脑监控.同时,装置内所有电缆均涂有防护层. 该公司同时也颁定了相关操作规程以及定期活性物质检查培训的相关事宜.2.2 硫磺回收装置工艺流程分析该石化硫磺回收装置是其主体生产装置, 装置的主要功能是将上游装置主要是溶 剂再生装置与污水汽提装置送来的酸性气中的气态硫转化成固态硫,将硫磺回收,加 以利用,同时将硫磺回收过程中产生的废气进行处理,处理后的达标废气通过烟囱排 向大气.因此硫磺回收装置按照功能可以划分成前后两部分,前一部分是硫磺回收部 分,后一部分是尾气处理部分.装置的工艺流程分析如图 2-1.图 2-1 硫磺回收部分的工艺流程示意图(1) 硫磺回收部分 自装置外来的酸性气经酸性气分液罐(V3501)分液后,用蒸汽加热至 160℃, 酸性气与鼓风机送来的风混合后在主燃烧炉(F3501)一中进行反应,按烃氨类完全 燃烧和 1/3 硫化氢生成二氧化硫控制风量.燃烧后高温过程气经废热锅炉(E3501) 冷却至 311℃,再经一级冷凝冷却器(E3502A)冷却至 174℃,捕集分离液硫后,过 程气与主燃烧炉(F3501)的高温气流掺合至 240℃,进入一级反应器(R3501) ,在 催化剂的作用下,发生克劳斯反应,过程气温度升至 293℃,经二级冷凝冷却器 (E3502/B) 冷却至 169℃, 捕集分离液硫后, 过程气再与炉内高温气流掺合至 205℃, 进入二级反应器(R3502) ,过程气温度升至 225℃,经三级冷凝冷却器(E3502/C) 冷却至 158℃,再经捕集器(V3504)分离出液硫后至尾气处理部分. (2) 尾气处理部分 自硫磺回收部分来的尾气,进入 SCOT 炉混合室(M201) ,该炉分前后两段.前 段为还原气发生段,燃料气和空气进行比例调节后入炉的前段,使其发生次化学当量3西安石油大学本科毕业设计(论文)反应,生成氢气和一氧化碳,此时前段炉温度在 1700℃~1720℃,炉后段为混合段, 还原气与硫磺尾气(158℃)混合,混合后尾气温度为 280℃,进入反应器.在催化 剂的作用下,过程气中的单体硫及二氧化硫被还原成硫化氢,二氧化碳及硫氧碳被水 解生成硫化氢和二氧化碳加氢反应为放热反应,加氢后气体温度为 325℃,进入急冷 塔(C201)的下部,用急冷水降温.急冷水自急冷塔底部流出,温度约 73℃,经急 冷水泵(P201/S)加压后,进入急冷水冷却器(E201/A,B)冷却至 40℃入塔顶,少 部分急冷水经急冷水过滤器(X201/A,B)过滤后返回 P201/S 入口.因尾气冷却后 温度较低,尾气中的水蒸气被急冷水冷凝,过剩的急冷水由急冷水泵送至酸性水汽提 装置.为了防止酸性水对设备的腐蚀,需向急冷水中注氨,操作中根据值大小确定注 入的氨量. 降温后的尾气进入 SCOT 吸收塔(C202)下部,与塔上部进入的 30%甲基乙二 醇胺溶液逆流接触,吸收尾气中的硫化氢及部分二氧化碳,从塔顶出来的净化尾气中 的硫化氢含量为 400ppm, 进入焚烧炉燃烧器 (F202) 用焚烧炉空气鼓风机 , (K201/S) 供给焚烧所需的空气,由燃料气的流量控制炉温为 750℃,使尾气中残留的硫化氢及 其它硫化物几乎完全转化为二氧化硫.焚烧后的尾气经焚烧炉废热锅炉(E202)冷 却至 350℃,经 80 米高烟囱排放.烟囱中的压力较低,以保证系统在低压下运行. 自尾气吸收塔排出的半贫液,经半贫液泵(P202/S)送至脱硫(二)装置的减粘 焦化干气吸收塔及重催干气吸收塔的中部,吸收了硫化氢的富液经再生后,经泵 (P103/A,B)送至吸收塔 SCOT 循环使用. 自燃烧炉废热锅炉产生的 1.05MPa 蒸汽,少部分作为酸性气预热器及空气预热 器热源,其余经调节阀减压后送至工厂 1.0MPa 蒸汽管网. 当硫磺回收部分事故状态时, 酸性气经专线送火炬焚烧; 当尾气处理部分事故时, 硫磺尾气管线可通过跨线,直接进入焚烧炉后进入烟囱.如上图 2-5 所示.3道化学火灾爆炸指数评价法道化学公司火灾,爆炸危险指数评价法的具体的评价程序如下: 1)选择评价工艺单元.它应在工艺上起关键作用,并可能对潜在火灾,爆炸危 险具有重大影响. 2)求取单元内的物质系数 MF.工艺单元中特定物质的物质系数可从附录中查 得. 3)按单元的工艺条件,将采用适当的危险系数,分别记入表 3-1 的&一般工艺危 险系数&和&特殊工艺危险系数&栏目内. 4)用一般工艺危险系数和特殊工艺危险系数相乘求出工艺单元危险系数. 5)将工艺单元危险系数与物质系数相乘,求出火灾,爆炸危险指数(F&EI).4西安石油大学本科毕业设计(论文)6)用火灾,爆炸危险指数(F&EI)按图 4-6 查出所评价工艺单元的暴露区域半径, 并计算暴露面积. 7)查出单元暴露区域内的所有设备的更换价值,确定危害系数,求出基本最大 可能财产损失(基本 MPPD). 8)应用安全措施补偿系数乘以基本 MPPD,确定实际最大可能财产损失(实际 MPPD). 9)根据实际 MPPD,确定最大损失工作日 MPDO. 10)用停产损失工作日 MPD0 确定停产损失 BI. 具体的评价程序如图 3-2 所示:图 3-2 道化学法计算程序5西安石油大学本科毕业设计(论文)44.1 确定评价单元 确定评价单元基于道化学的硫磺回收评价 基于道化学的硫磺回收评价该回收装置由七个部分组成,故可以将该装置分成七个评价单元.即,主燃烧单 元,CLAUS 转化单元,冷凝单元,SCOT 反应单元,尾气急冷单元,尾气吸收单元, 尾气焚烧单元. 本文中后续评价过程将以主燃烧单元为例.4.2 确定物质系数 确定物质系数硫磺回收装置主要处理来自溶剂再生装置和污水气提装置的酸性气体. 而酸性气 进入主燃烧炉后, 主要成分是硫化氢. 根据附录中物质系数可以知道, 硫化氢 MF=21, 故该单元物质系数取 21.即 MF=21.4.3 确定工艺单元的危险系数 确定工艺单元的 工艺单元求出单元的物质系数后,再应求取工艺单元的危险系数 F3=F1*F2.F3 与 MF 相乘 就得到 F&EI.确定工艺单元危险系数的数值,首先要确定 F&EI 表中的一般工艺危 险系数和特殊工艺危险系数. 构成工艺危险系数的每一项都有可能引起火灾或爆炸事 故的扩大或升级. 计算 F&EI 时,一次只评价一种危险.如果 MF 是按照工艺单元中的易燃气体来 确定的,就不要选择与可燃性固体油罐的系数,即使可燃性固体可能存在于过程中的 另一段时间内.合理的计算方法为:先用易燃性气体的物质系数进行评价,然后再用 可燃性固体的物质系数进行评价.一般操作危险系数的基本系数为 1.00. 4.3.1 4.3.1.1 求取一般危险系数 求取一般危险系数 F1 一般危险系数的取值原则 一般工艺危险系数是确定事故损害大小的主要因素. 此处列出的 6 项内容适用于 大多数作业场合,每项系数不必都采用,但是它们在火灾,爆炸事故中所起的巨大作 用已被证实.因此,仔细分析工艺单元是最重要的. (1) 放热反应6西安石油大学本科毕业设计(论文)如果所分析的工艺单元有化学过程,则选取此项危险系数.对不同的放热反应, 危险系数的选取方法为: 1)轻微放热反应的危险系数为 0.3.包括:加氢反应,水和反应,异构化,磺化 反应,中和反应. 2)中等放热反应的危险系数为 0.5.包括:烷基化,酯化,氧化,聚合,缩合, 加成反应.其中加成反应中若反应物(无机酸)为强酸时危险系数为 0.75.此外,氧 化反应中若使用强氧化剂如氯酸盐,硝酸,次氯酸等,危险系数则增加至 1.00. 3)剧烈放热反应的危险系数为 1.00.剧烈放热反应是指一旦反应失控就有严重 火灾,爆炸危险的反应.如卤化. 4)特别剧烈放热反应的危险系数为 1.25.特别剧烈放热反应是指特别危险的放 热反应.如硝化. (2) 吸热反应 反应器中所发生的任何吸热反应,危险系数均取 0.20.当吸热反应的能量是由固 体,液体或气体燃料提供时,危险系数增至 0.40.包括: 1)低烧――加热物质以除去结合水或易挥发性物质的过程,危险系数为 0.40. 2)电解――用电流离解离子的过程,危险西湖苏为 0.20. 3)热解或裂化――在高温,高压和触媒作用下,将大分子裂解成小分子的过程. 当用电加热或高温气体简介加热时,危险系数为 0.20;直接火加热时,危险系数为 0.40. (3) 物料处理与输送 本项用于评价工艺单元在处理,输送和贮存物料时潜在的火灾危险性.不同条件 下的危险系数分别为: 1)所有 I 类易燃或液化石油气类的物料在连接或未连接的管线上装卸时的危险 系数为 0.50; 2)采用人工加料,且空气可随加料过程进入离心机,间歇式反应器,间歇式混 料器等设备内,并能引起燃烧或发生反应的危险,不论是否采用惰性气体置换,危险 系数均取 0.50; 3)可燃性物质存放于库房或露天时的危险系数为: ①对 NF=3 或 NF=4 的易燃液体或气体(包括桶装,罐装,可移动式挠性容器和 气溶胶罐装) ,危险系数取 0.85; ②对表 4-5 所列出的 NF=3 的可燃性固体,危险系数取 0.65; ③对表 4-5 所列出的 NF=2 的可燃性固体,危险系数取 0.40; ④对闪点大于 37.8℃,并低于 60℃的可燃性液体,危险系数取 0.25; 如果上述物质存放于货架上且未安设洒水装置时,危险系数要增加 0.20.此处考 虑的范围不适合一般贮存容器.7西安石油大学本科毕业设计(论文)(4) 封闭单元或室内单元 处理易燃液体和气体的场所为敞开式, 有良好的通风呢个以便能迅速排除泄漏的 气体和蒸汽,减少了潜在的爆炸危险.粉尘捕集器和过滤器也应放置在敞开区域内并 原理其他设备. 危险系数选取原则如下: 1)粉尘过滤器或捕集器安置在封闭区域内时,危险系数取 0.50; 2)在封闭区域内在闪点以上处理易燃液体时,危险系数为 0.30;如果易燃液体 的量大于 4540kg 时,危险系数增至 0.45; 3)在封闭区域内,在沸点以上温度下处理液化石油气或任何易燃液体时,危险 系数为 0.60;如果易燃液体量大于 4540kg,则危险系数取 0.90; 4)如果已安装了合理的机械通风装置时,上述的危险系数可减少 50%. (5) 通道 生产装置周围必须有紧急救援车辆的通道, &最低要求&是至少在两个方向上设 有通道.选取封闭区域内主要工艺单元的危险系数时要格外注意. 通道中至少有一条必须是通向公路的,火灾时的消防通路可以看做是第二条通 道.设有监控喷水枪并处于待用状态.危险系数的选取为: 1)操作区面积大于 925,且通道不符合要求时,危险系数为 0.35; 2)库区面积大于 2312,且通道不符合要求时,危险系数为 0.35; 3)面积小于上述数值时,要分析它对通道的要求,如果通道不符合要求,影响 消防活动时,危险系数为 0.20. (6) 排放和泄漏控制 此项内容是针对大量易燃,可燃液体溢出会危及周围设备的情况.不合理的排放 设计已经称为造成重大损失的原因. 该项危险系数仅适用于工艺单元内物料闪点小于 60℃或操作温度大于其闪点的 场合.为了评价排放和泄漏控制是否合理,必须估算易燃,可燃物质的总量以及消防 水能否在事故时得到及时排放. 危险系数选取原则为: 1)设有堤坝以防止泄漏液流到其他区域,但堤坝内所有设备露天放置时,危险 系数为 0.50; 2)单元周围为一可排放泄漏液的平坦地,一旦失火,会引起火灾,危险系数为 0.50; 3)单元的三面有堤坝,能将泄漏液引至蓄液池或封闭的地沟,并满足以下条件 时,不取危险系数: ①蓄液池或地沟的地面斜度不得小于下列数值: 土质地面为 2%, 硬质地面为 1%; ②蓄液池或地沟的最外缘与设别之间的距离至少为 15 米,如果设有防火墙,可8西安石油大学本科毕业设计(论文)以减少其间距离; ③蓄液池的贮液能力应至少等于 F&EI 计算表中排放量两个原则之和. 如果只是部分满足以上要求,危险系数为 0.25. 4)如果蓄液池或地沟处设有公用工程管线,或管线的距离不符合要求者,危险 系数为 0.50.总之,有良好的排放设施才可以不取危险系数. 最后计算基本危险系数和所有选取危险系数之和,即为 F1. 4.3.1.2 求取一般危险系数 F1 (1) 放热反应 在主燃烧单元中进行如下反应,下列反应都属于氧化反应,根据放热反应里的危 险系数取值原则,可以知道,F1-1=0.5. 1/3H2S+1/2O2→1/3H2O+1/3SO2+Q 2/3H2S+1/3SO2→2/3H2O+1/XSX+Q (2) 吸热反应 主燃烧炉中进行的反应均为放热反应,所以,F1-2=0 (3) 物质处理和运输 本单元不属于储运系统,因此,F1-3=0 (4) 封闭式结构单元 在主燃烧单元内,由于在沸点以上温度下处理硫化氢,并且安装了通风装置,故 F1-4=0.3. (5) 通道 本文研究的硫磺回收装置来源于广州石化,根据其提供的相关资料,可以知道该 装置周围有紧急求援车辆通道,设有监控喷水枪并处于带用状态,故 F1-5=0. (6) 排放和泄露控制 此项规定只适用于可燃性或易燃性液体,由于该装置处理的是气体,故 F1-6=0. 综上所述,F1=1.00+0.5+0+0+0.3+0+0=1.8. 4.3.2 4.3.2.1 特殊工艺操作危险系数 F2 特殊工艺操作危险系数的求取原则 特殊工艺危险是影响事故发生概率的主要因素,特定的工艺条件是导致火灾,爆 炸事故的主要原因.特殊工艺危险有 12 项. (1) 毒性物质 毒性物质能够扰乱人们机体的正常反应, 因而降低了人们在事故中制定对策和减 轻伤害的能力.毒性物质的危险系数为 0.2Nh,对于混合物,取其 Nh 值最高的物质进 行计算. Nh 是美国消防协会在 NFPA704 中定义的物质毒性系数,其值在 NFPA325M 或 NFPA49 中已经列出.附录中给出了许多物质的 Nh 值,对于新物质,可请工业卫生9西安石油大学本科毕业设计(论文)专家帮助确定.NFPA704 对物质的 Nh 分类为: Nh=0:火灾时除一般可燃物的危险物外,短期接触没有其他危险的物质; Nh=1:短期接触可引起刺激,致人轻微伤害的物质,包括要求使用单独供给空 气的呼吸器的物质; Nh=2:高浓度或短期接触可致人暂时性失去能力或残留伤害的物质,包括要求 使用单独供给空气的呼吸器的物质; Nh=3:短期接触可致人严重的暂时或残留伤害的物质,包括要求全身防护的物 质; Nh=4:短暂接触也能致人死亡或严重伤害的物质. 上述毒性系数 Nh 值只是用来表示人体受害的程度,它可导致额外损失.该值不 能用于工业卫生和环境的评价. (2) 负压操作 本项内容适用于空气泄入系统会引起危险的场合. 当空气与湿度敏感性物质或氧 敏感性物质接触时可能引起危险,在易燃混合物中引入空气也会导致危险.该危险系 数只用于绝对压力小于 66.661kPa 的情况,为 0.50. 如果用了本项危险系数, 就不要采用下面项目爆炸极限范围内或其附近的操作和 释放压力中的危险系数,以免重复. 大多数气体操作,一些压缩过程和少许蒸馏操作都属于本项内容. (3) 爆炸极限范围内或其附近的操作 某些操作导致空气引入并夹带进入系统,空气的进入会形成易燃混合物,进而导 致危险.本条款将讨论以下情况: 1)对贮存 NF=3 或 NF=4 的易燃液体储罐,在储罐泵出物料或者突然冷却时可能 吸入空气, 危险系数为 0.50. 打开放气阀或在吸――压操作中未采用惰性气体保护时, 危险系数为 0.50.贮有可燃液体,其温度在闭杯闪点以上且无惰性气体保护时,危险 系数为 0.50.如果用了惰性化的密闭蒸汽回收系统,且能保证其气密性则不用选取危 险系数. 2)只有当仪表或装置失灵时,工艺设备或储罐才处于爆炸极限范围内或其附近, 危险系数为 0.30.任何靠惰性气体吹扫,使其处于爆炸极限范围之外的操作,危险系 数为 0.30.该危险系数也适用于装载可燃物的船舶和槽车.如果已按负压操作选取危 险物质,此处不再选取. 由于惰性气体吹扫系统不实用或者未采取惰性气体吹扫, 使操作总是处于爆炸极 限范围内或其附近时,危险系数为 0.80. (4) 粉尘爆炸 粉尘最大压力上升速度和最大压力值主要受其粒径大小的影响.通常,粉尘越细 危险性越大.这是由于细尘具有很高的压力上升速度,极大压力伴生.10西安石油大学本科毕业设计(论文)本项危险系数将用于含有粉尘处理的单元,如粉体输送,混合,粉碎和包装等. 所有粉尘都有一定的粒径分布范围. 为了确定危险系数采用 10%粒径的概念, 也 就是在这个粒径处有 90%粗粒子,其余 10%细粒子.危险系数由细粒子的平均粒径 尺寸确定,如表 4-1 所示.表 4-1 粉尘爆炸维系系数的确定 粉尘粒径/
m &175 150~175 100~150 75~100 &75 泰勒筛/目 60~80 80~100 100~150 150~200 &200 粉尘爆炸危险西欧系数 0.25 0.50 0.75 1.25 2.00注:在惰性气体中操作时,上述系数减半.(5) 压力释放 操作压力高于 1atm 时,由于高压可能会引起高速率的泄漏,因此要采用危险系 数. 是否采用危险系数, 取决于单元中的某些导致易燃物料泄漏构件是否会发生故障. 因为高压使泄漏可能性大大增加,所以随着操作压力提高,设备的设计和保养就变得 更为重要. 用图 4-1 中的曲线能直接确定闪点低于 60℃的易燃, 可燃液体的危险系数.易燃, 图 4-1 易燃,可燃液体的压力危险系数对于其他物质,可先由曲线查出初始危险系数值,再用下列方法进行修正: 1)焦油,沥青,重润滑油和柏油等高粘性物质,用出好似危险系数乘以 0.7,作 为危险系数; 2)单独使用压缩气体或利用气体使易燃液体压力增至 103kPa 以上时,用初始危 险系数值乘以 1.2 作为危险系数;11西安石油大学本科毕业设计(论文)3)液化的易燃气体用初始危险系数值乘以 1.3 作为危险系数. 确定实际压力系数时,首先由图 4-1 查出操作压力系数,然后求出释放装置设定 压力系数,用操作压力系数处以设定压力系数得到实际压力系数调整系数,再用该调 整系数乘以操作压力系数求得实际压力系数.这样,就对那些具有较高设定压力和设 计压力的情况给与了补偿. (6) 低温 本项主要考虑碳钢或其他金属在其延展或脆化转变温度以下时可能存在的脆性 问题.如经过认真评价,确认在正常操作和一场情况下均不会低于转变温度,则不用 危险系数. 危险系数给定原则为: 1) 采用碳钢结构的工艺装置, 操作温度等于或低于转变温度时, 危险系数取 0.30. 如果没有转变温度数据,则可假定转变温度为 10℃. 2)装置为碳钢以外的其他材质,操作温度等于或低于转变温度时,危险系数取 0.10.如果材质适于最低可能的操作温度,则不用给危险系数. (7) 易燃物质和不稳定物质的数量 本节主要讨论单元中易燃物质和不稳定物质的数量与危险性的关系, 分为 3 种类 型,用各自的系数曲线分别评价.对每个单元而言,只能选取一个危险系数,一句是 已确定为单元物质系数代表的物质. 1)工艺过程中的液体或气体 该危险系数主要考虑可能泄漏并引起火灾危险的物质数量或者因暴露在火中可 能导致化学反应事故的物质数量, 应用于任何工艺操作, 包括用泵向储罐送料的操作. 该危险系数适用于下列已确定作为单元物质系数代表的物质: ①易燃液体和闪点低于 60℃的可燃液体; ②易燃气体; ③易燃液化气体; ④闭杯闪点大于 60℃的可燃液体,且操作温度高于其闪点时; ⑤化学活性物质,不论其可燃性大小. 确定该项危险系数时,首先要估算工艺中的物质数量.这里所说的物质数量是 10min 内从单元中或相连的管道中可能泄漏出来的可燃物的量.在判断可能有多少物 质泄漏时要借助于一般常识. 经验表明取下列两者中的较大值作为可能泄漏量是合理 的: ①工艺单元中的物料量; ②相连单元中的最大物料量. 图 4-2 为工艺中的液体或气体危险系数.使用图 4-2 时,将求出的工艺过程中的 可燃或不稳定物料总量乘以燃烧热 Hc,得到总热量(J) .燃烧热 Hc 可从附录中或化12西安石油大学本科毕业设计(论文)学反应数据中查出. 由图 4-2 工艺单元能量值查得所对应的危险系数. 该曲线中总能量值与危险系数 的曲线方程为 S Y=0.88 S X-0.37244(S X) +0.17712(S X) -0.029984(S X) 2)储存的液体或气体(工艺操作场所除外) 在工艺操作场所之外储存的以外的可燃液体,气体或液化气的危险系数比&工艺 中&的要小.这是因为它不包括工艺过程,工艺过程有产生事故的可能.本项包括桶 或储罐中的原料, 罐区中的物料以及可移动式容器和桶中的物料对单个储存容器可用 总能量值(储存物料量乘以燃烧热得到)查图 4-3 确定其危险系数.对于若干个可移 动容器,用所有容器和桶中的物料总量. 当两个或更多的容器安置在一个共同的堤坝内, 不能将泄漏液排至适当打的蓄液 池内时,用堤坝内所有储罐内的物料总热量值,由图 4-3 中的曲线查取危险系数. 曲线 1:lgY=-0..gX)-0.gX)2-0.gX)3 曲线 2:1gY=-0..gX)-0.gX)2-0.gX)3 曲线 3:lgY=-0..gX)-0.gX)2-0.gX)32 2 4Btu 为英热单位,1 Btu=G=109图 4-2 工艺中液体或气体危险系数13西安石油大学本科毕业设计(论文)Btu 为英热单位,1 Btu=G=109图 4-3 储存中的液体或气体危险系数3)储存的可燃固体和工艺中的粉尘 本项包括了储存的固体和工艺单元中粉尘的危险系数, 涉及的固体或粉尘即是确 定物质系数的基本物质.根据物质密度,点火易燃程度以及维持燃烧的能力来确定危 险系数. 用储存固体的总量或工艺单元中的粉尘总量,由图 4-4 查取危险系数.如果物质 的松密度小于 160.2kg/m2,用曲线 1;松密度大于 160.2kg/m2,用曲线 2. 曲线 1:lgY=0..gX)-0.28291(1gX)2+0.gX)3 曲线 2:lgY=-0..gX)-0.gX)2+0.02276(1gX)314西安石油大学本科毕业设计(论文)1 lb=0.4536kg,1 ft=0.3048图 4-4 储存中的可燃固体或工艺中的粉尘(8) 腐蚀 虽然正规的设计留有腐蚀和侵蚀余量, 但腐蚀或侵蚀问题仍可能在某些工艺中发 生.此处的腐蚀速率被认为是外部腐蚀速率和内部腐蚀速率之和.切不可忽视工艺物 质中少量杂志可能产生的影响, 它可能比正常的内部腐蚀和由于油漆破坏造成的外部 腐蚀强得多.砖的多孔性和塑料衬里的缺陷都可能加速腐蚀. 虽然正规的设计留有腐蚀和侵蚀余量, 但腐蚀或侵蚀问题仍可能在某些工艺中发 生.此处的腐蚀速率被认为是外部腐蚀速率和内部腐蚀速率之和.切不可忽视工艺物 质中少量杂志可能产生的影响, 它可能比正常的内部腐蚀和由于油漆破坏造成的外部 腐蚀强得多.砖的多孔性和塑料衬里的缺陷都可能加速腐蚀. 腐蚀危险系数按以下规定选取: 1)腐蚀速率(包括点腐蚀和局部腐蚀)小于 0.127mm/年,危险系数为 0.10; 2)腐蚀速率大于 0.127mm/年并小于 0.254mm/年,危险系数为 0.20; 3)腐蚀速率大于 0.254mm/年,危险系数为 0.50; 4)如果应力腐蚀裂纹有扩大的危险,危险系数为 0.75,这一般是氯气长期作用 的结果; 5)要求用防腐衬里时,危险系数为 0.20,但如果衬里仅仅是为例防止产品污染, 则比取危险系数. (9) 泄漏――连接头和填料处 垫片,接头或轴的密封处及填料处可能是易燃,可燃物质的泄漏源,尤其是在热 和压力周期性变化的场所,应该按工艺设计情况和采用的物质选取危险系数. 按下列原则选取危险系数:15西安石油大学本科毕业设计(论文)1)泵和压益密封处可能产生轻度泄漏时,危险系数为 0.10; 2)泵,压缩机和法兰连接处产生正常的一般泄漏时,危险系数为 0.30; 3)承受热和压力周期性变化的场合,危险系数为 0.30; 4)如果工艺单元的物料是有渗透性或腐蚀性的浆液,则可能引起密封失效或工 艺单元使用转动轴封或填料函时,危险系数为 0.40; 5)单元中有玻璃视镜,波纹管或膨胀节时,危险系数为 1.50. (10) 明火设备的使用 当易燃液体,蒸汽或可燃性粉尘泄漏时,工艺中明火设备的存在额外增加了引起 火灾的可能性.分为以下两种情况取危险系数:一是明火设备设置在评价单元中;二 是明火设备附近有各种工艺单元. 从评价单元可能发生泄漏点到明火设备的空气进口 的距离就是图 4-5 中要采取的距离. 图 4-5 中曲线 1 用于: ①确定物质系数的物质可能在其闪点以上泄漏的任何工艺单元; ②确定物质系数的物质是可燃性粉尘的任何工艺单元. 图 4-5 中曲线 2 用于确定物质系数的物质可能在其沸点以上泄漏的任何工艺单 元.危险系数确定方法:按照图 4-5 用潜在的泄漏源到明火设备空气进口的距离与相 对应曲线(1 或 2)的交点即可得到危险系数值.图 4-5 明火设备中的危险系数(11) 热油交换系统 大多数交换介质可燃且操作温度经常在闪点或沸点之上,因此增加了危险性.此 项危险系数是根据热交换戒指的使用温度和数量来确定的. 交换介质为不可燃物或虽 为可燃物但使用温度总是低于闪点时不用考虑此项危险系数, 但应对生成油雾的可能 性加以考虑.按照表中确定危险系数时,其油量可取下列两者中较小者: 1)油管破裂后 15min 的泄漏量;16西安石油大学本科毕业设计(论文)2)热油循环系统中的总油量.表 4-2 热油交换系统危险系数 油量 大于闪点 &18.9 18.9~37.9 37.9~94.6 &94.6 0.15 0.30 0.50 0.75 危险系数 等于或大于沸点 0.25 0.45 0.75 1.15(12) 转动设备 单元内大容量的转动设备会带来危险, 虽然还没有确定一个公式来表征各种类型 和尺寸转动设备的危险性, 但统计资料标明超过一定规格的泵和压缩机很可能引起事 故.评价单元中使用或评价单元本身是如下转动设备的,危险系数可取 0.50: 1)大于 600 马力(44.13kW)压缩机; 2)大于 75 马力(55162.5W)的泵; 3)发生故障后因混合不均,冷却不足或终止等原因引起反应温度升高的搅拌器 和循环泵; 4)其他曾发生过事故的大型高速转动设备. 所有的特殊工艺危险评价完毕, 计算基本系数与所涉及到的特殊工艺危险系数的 总和,即可达到 F2. 4.3.2.2 求取特殊工艺危险系数 (1) 毒性物质 道化学评价法的毒性修正系数标准为 0.2*NH.根据附录中数据,可以知道硫化 氢 NH=4,故 F2-1=0.8. (2) 负压操作 本单元的压力为 0.05 兆帕,绝对压力小于 500mmHG,所以 F2-2=0.5. (3) 爆炸极限范围内或其附近的操作 根据原则,因为已经采取了负压操作系数,故,F2-3=0. (4) 粉尘爆炸 本单元无可燃性粉尘,因此,F2-4=0. (5) 压力释放 根据相关原则,因为已经采取了负压操作系数,所以 F2-5=0. (6) 低温 本单元不会出现在金属转变温度以下操作的可能性,故,F2-6=0. (7) 易燃和不稳定的数量17西安石油大学本科毕业设计(论文)主燃烧炉硫化氢的流量为 2892.6Kg/h,根据附录物质系数和特性表可知,硫化氢 的燃烧热 Hc=6.5*103Btu/tb, 即硫化氢的总能量为 6.9*106Btu. 然后由图 4-2 可以知道: F2-7=0.15. (8) 腐蚀 参照相似装置工艺管线检测到的腐蚀速率, 大约大于 0.254mm/a. 所以, 2-7=0.5. F (9) 泄漏:本单元极少泄露,所以,F2-9=0.1. (10) 明火设备的使用:主燃烧炉单元本身为明火设备,所以,F2-10=1.00. (11) 热油交换系统:本单元不存在热油交换,所以,F2-11=0. (12) 转动设备: 主燃烧炉单元风机的功率为 171KW, 大于 75 马力, 所以 F2-12=0.5. 综上所述,主燃烧炉单元的特殊操作危险系数为: F2=1.00+0.8+0.5+0+0+0+0+0.15+0.5+0.1+1.00+0+0.5=4.55. 4.3.3 工艺单元危险系数 F3 F3=F1*F2=1.8*4.55=8.19=84.4 求取火灾爆炸危险指数 F&EI 求取火灾爆炸危险指数表 4-3 F&EI 值 1~60 61~96 97~127 危险等级 最轻 较轻 中等 F&EI 及危险等级 及危险等级 F&EI 值 128~158 &159 危险等级 很大 非常大火灾,爆炸危险指数是工艺单元危险系数和物质系数的乘积,它与后面的暴露半 径有关.下表是 F&EI 值与危险程度之间的关系,它使人们对火灾,爆炸的严重程度 有一个相对的认识. 所以,F&EI=F3*MF=168 查由下表 4-3,可以知道,该单元的危险等级为:非常大.4.5 安全措施补偿系数4.5.1 4.5.1.1 工艺控制补偿系数 C1 工艺控制补偿系数 C1 的求取原则 (1) 应急电源――C1=0.98. (2) 冷却――C1=0.97,0.99:如果冷却系统能保证在出现故障时维持正常的冷却 10min 以上,补偿系数为 0.99;如果有备用冷却系统,冷却能力为正常需要量的 1.5 倍且至少维持 10min 时,补偿系数为 0.7.18西安石油大学本科毕业设计(论文)(3) 抑爆装置――C1=0.84,0.98:粉体设备或蒸汽设备上安有抑爆装置或设备本 身有抑爆作用时,补偿系数为 0.84;采用防爆膜或泄爆口防止设备发生意外时,补偿 系数为 0.98. 只有那些在突然超压时能防止设备或建筑物遭受破坏的释放装置才能给 与补偿系数. (4) 紧急停车装置――C1=0.96,0.99:情况出现异常时能紧急停车并转换到备用 系统,补偿系数为 0.98;重要的能进行震动测定仪的转动设备,如压缩机,透平和鼓 风机等,危险系数为 0.99. (5) 计算机控制――C1=0.93~0.99: (6) 惰性气体保护――C1=0.94,0.96:盛装易爆气体的设备有连续的惰性气体保 护时,补偿系数为 0.96;如果惰性气体系统有足够的容量并自动吹扫整个单元时,补 偿系数为 0.94.但是如果惰性吹扫系统必须人工启动或控制时,则不取补偿系数. (7) 操作指南或操作规程――C1=0.91~0.99: (8) 活性化学物质――C1=0.91,0.98:用活性化学物质大纲检查现行工艺和新工 艺,是一项重要的安全措施.如果按大纲进行检查是整个操作的一部分,补偿系数为 0.91;如果只是在需要时才进行检查,补偿系数为 0.98. (9) 其他工艺过程危险分析――C1=0.91~0.98: 4.5.1.2 求取工艺控制系数 C1 (1) 紧急动力源:本单元配备了应急的电源,故取系数 C1-1=0.98. (2) 聚冷装置:本单元无冷却装置,因此,C1-2=1.00. (3) 抑爆装置:本单元无抑爆装置,因此,C1-3=1.00. (4) 紧急停车装置:本单元设置紧急停车装置,因此,C1-4=0.96. (5) 计算机监控:本单元有 DCS 在线监控设备,因此,C1-5=0.95. (6) 惰性气体保护系统:本单元不存在惰性气体保护系统,因此 C1-6=1.00. (7) 操作指南或操作规程:本单元具有开工,事故应急措施等操作步骤及方法, 因此,C1-7=0.91. (8) 活性化学物质检查:化学物质为连续使用且每年大修时对操作人员进行安全 教育,因此,C1-8=0.91. (9) 其他工艺过程危险分析:由于对本单元未采用其它方法,因此,C1-9=1.00. 综上所述,主燃烧单元的工艺控制系数为: C1=C1-1*C1-2*C1-3*C1-4*C1-5*C1-6*C1-7*C1-8*C1-9 =0.98*1.00*1.00*0.96*0.95*1.00*0.91*0.91*1.00 =0.74 4.5.2 4.5.2.1 危险物质隔离系数 C2 危险物质隔离系数 C2 的求取原则 (1) 远距离控制阀――C2=0.96,0.98:如果单元备有遥控的切断阀,以便在紧急19西安石油大学本科毕业设计(论文)情况下迅速地将储罐,容器及主要疏松管线隔离时,补偿系数为 0.98;如果阀门至少 每年更换一次,则补偿系数为 0.96. (2) 备用泄料装置――C2=0.96,0.98:如果备用储槽能安全的直接接受单元内的 物料时,补偿系数为 0.98;如果备用储槽安置在单元外,则补偿系数为 0.96;对于应 急通风系统,如果应急通风管能将气体,蒸汽排放至火炬系统 或密闭的受槽,补偿 系数为 0.96. 正常的排气系统减少了周围设备暴露于泄露出的气体, 液体中的可能性, 因而也给与补偿. (3) 排放系统――C2=0.91~0.97 (4) 连锁装置――C2=0.98 4.5.2.2 求取危险物质隔离系数 C2 (1) 远距离控制阀:本单元设远距离遥控切断阀,故 C2-1=0.98. (2) 备 用 泄 料 装 置 应 急 通 风 管 能 把 酸 性 气 直 接 排 放 到 尾 气 燃 烧 火 炬 , 故 C2-2=0.96. (3) 排 放 系 统 排 放 装置 能 够 汇 集 大 量 泄漏物 质 , 但 只 能 处 理少量 物 料 , 故 C2-3=0.97. (4) 联锁装置安装有连锁系统避免错误的物料流向,故 C2-4=0.98. 故危险物质隔离系数: C2=C2-1*C2-2*C2-3*C2-4 =0.98*0.96*0.97*0.98 =0.89 4.5.3 4.5.3.1 防火措施补偿系数 C3 防火措施补偿系数 C3 的求取原则 (1) 泄漏检测装置――C3=0.94~0.98:安装了可燃气体检测器,但只能报警和确 定危险范围时,补偿系数为 0.98;如既能报警又能在达到爆炸下限之前使保护系统动 作,此时补偿系数为 0.94. (2) 钢质结构――C3=0.95~0.98:如果采用防火涂层,且涂覆高度至少等于 5 米, 则取 0.98;涂覆高度大于 5 米小于 10 米时,补偿系数为 0.97;涂覆高度大于 10 米, 补偿系数为 0.95.防火涂层必须及时维护,否则不能取补偿系数. (3) 消防水供应――C3=0.94~0.97:消防水压力为 690kPa 或更高时,补偿系数为 0.94;压力低于 690kPa 时补偿系数为 0.97.若工厂消防水的供应要保证按计算的最 大需水量连续供应 4 小时,补偿系数也应取 0.97. (4) 特殊系统――C3=0.91: (5) 喷洒系统――C3=0.74~0.97:洒水灭火系统的补偿系数为 0.97. (6) 水幕――C3=0.97~0.98:最大高度为 5 米的单排喷嘴,补偿系数为 0.98;设 有双排喷嘴的补偿系数为 0.97.20西安石油大学本科毕业设计(论文)(7) 泡沫装置――C3=0.92~0.97:设置了远距离手动控制的将泡沫注入标准喷洒 系统的装置,补偿系数为 0.94;全自动泡沫喷洒系统的补偿系数为 0.92.为保护浮顶 罐的密封圈而设置的手动泡沫灭火系统的补偿系数为 0.97; 采用火焰探测器控制泡沫 灭火系统时,补偿系数为 0.94. (8) 手提式灭火器/水枪――C3=0.93~0.98:配备了手提式灭火器,补偿系数为 0.98.安装了水枪,补偿系数为 0.97;能够远距离的控制水枪,则为 0.95;带有泡沫 喷射能力的水枪,其补偿系数为 0.93. (9) 电缆保护――C3=0.94~0.98:如采用带有喷水装置,其下有 14~16 号钢板金 属罩加以保护时,补偿系数为 0.98;如金属罩上涂以耐火涂料以取代喷水装置时,其 补偿系数为 0.98.如电缆埋在地下的电缆沟内,则为 0.94. 4.5.3.2 求取防火设施系数 C3 (1) 泄漏气体检测装置: 本单元设有可燃气体检测器, 当硫化氢等超标时能报警, 故 C3-1=0.98. (2) 钢质结构:本单元属于燃烧炉,钢架柱子的防火涂层为 10m,故 C3-2=0.95. 单元能够连续供应 4 小时大于表压 690kpa 的消防水, C3-3=0.97. 故 (3) 供水系统: (4) 特殊灭火系统:本单元无特殊灭火系统,故 C3-4=1.00. (5) 自动洒水系统:本单元没有自动洒水系统,故 C3-5=1.00. (6) 防火水幕:本单元没有设置防火水幕,故 C3-6=1.00. (7) 泡沫灭火装置:本单元设置了远距离手动控制的将泡沫注入标准喷洒系统装 置,故 C3-7=0.94. (8) 手提式灭火器和水枪:本单元周围安装设置了水枪,故 C3-8=0.97. (9) 电缆屏蔽:单元内的电缆采用金属罩上涂耐火涂层来保护,故 C3-9=0.98. 综上所述,主燃烧单元的防火设施系数: C3=C3-1*C3-2*C3-3*C3-4*C3-5*C3-6*C3-7*C3-8*C3-9 =0.98*0.95*0.97*1.00*1.00*1.00*0.94*0.97*0.98 =0.81 所以,安全措施修正系数 C: C=C1*C2*C3=0.74*0.89*0.81=0.534.6 工艺单元危险分析汇总4.6.1 确定暴露半径 确定暴露半径 该暴露半径表明了生产单元危险区域的平面分布, 是一个以工艺设备的关键部位 为中心,以暴露半径为半径的圆.每一个被评价的工艺单元都可画出这样一个圆.暴 露半径的值填入表 4-6 的序号 3 栏目中.评价工艺单元是一个小设备,就可以该设备 的中心为圆心,以暴露半径为半径画圆.如果设备较大,则以从设备表面向外量取暴21西安石油大学本科毕业设计(论文)露半径,暴露区域火灾,爆炸指数加上评价单元的面积才是实际暴露区域的面积.在 实际情况下,暴露区域的中心常常是泄漏点,经常发生泄漏的点是排气口,膨胀节和 装卸料连接处等部位,它们均可作为暴露区域的圆心.图 4-6 暴露半径计算经计算出来的火灾爆炸指数 168,按上图 4-6 将其转换成暴露半径为 141ft=43m. 4.6.2 确定暴露区域面积 暴露区域就是意味着其内的设备将会暴露在本单元发生的火灾或爆炸环境中. 为 了评价这些设备在火灾,爆炸中遭受的损坏,要考虑实际影响的空间大小.该空间的 体积是一个围绕着工艺单元的圆柱体体积(V=SR),其底面积是暴露区域面积,高度 等于暴露半径.有时也用球体的体积来表示.该体积表征了发生火灾,爆炸事故时生 产单元所承受风险的大小.如图 4-7 所示:单元是立式储罐.图中显示了暴露半径, 暴露区域及影响体积.值得注意的是,火灾,爆炸的蔓延并不是一个理想的圆或球, 故在各个方向造成的破坏往往并不等同.即破坏情况受设备位置,风向及排放装置等 的影响,这些都是影响损失预防设计的重要因素.而&圆&只是提供了一个赖以计算 的基本依据.暴露区域示意图 图 4-7 暴露区域示意图所以,该暴露面积为 S=3.14*43*43=22西安石油大学本科毕业设计(论文)4.6.3确定暴露区域内财产价值 暴露区域内财产价值可由区域内含有的财产(包括在存的物料)的更换价值来确定,即: 更换价值=原来成本×0.82×增长系数 式中,0.82 是考虑了场地平整,道路,地下管线,地基,工程费等,事故发生时 不会遭受损失或无需更换的系数,即只有 18%的财产损失了. 所以,由于暴露区域内总价值约为 1.15 亿,通过以上方式可以得出本单元的暴 露区域内财产价值,即为:1.15*0.82*1.1=1.04 亿 4.6.4 确定危害系数 危害系数表示单元中物料泄露或反应能量释放所引起的火灾, 爆炸事故的综合效 应.危害系数的数值通过图 4-8 由物质系数 MF 和单元危险系数 F3 曲线的交点确定. 如果 F3&8.0 不能外推,而按 F3=8.0 确定危害系数.图 4-8 危害系数的确定图由于单元中 MF=21,F3=8,查阅上图,可以知道该单元的危害系数为 0.83. 4.6.5 确定基本最大可能财产损失( 确定基本最大可能财产损失(基本 MPPD) ) 基本最大可能财产损失是假定没有任何一种安全措施来降低的损失.计算式为: 基本 MPPD=暴露区域内财产价值×危害系数 =更换价值×危害系数 所以,我们求得基本 MPPD=1.04*0.83=0.86 亿元 4.6.6 确定实际最大可能财产损失( 确定实际最大可能财产损失(实际 MPPD) ) 实际最大可能财产损失表示在采取适当的防护措施后,事故造成的财产损失.计 算式为: 实际 MPPD=基本 MPPD×安全措施补偿系数 所以,我们求得实际 MPPD=0.86*0.53=0.46 亿元 4.6.7 最大可能工作日损失(MPDO) 最大可能工作日损失 估算最大可能工作日损失 MPDO 是评价停产损失 BI 必需的一个步骤. 停产损失23西安石油大学本科毕业设计(论文)常常等于或超过财产损失,这取决于物料储量和产品的需求状况.MPDO 可根据 MPDO 与实际 MPPD 的关系图下 4-9 中曲线 2 查取. 所以,我们得出:MPDO=13 天图 4-9MPDO 的求取4.6.8停产损失(BI) 停产损失BI = MPDO × VPM × 0.7 30式中,BI 按美元计;VPM 为每月产值;0.7 表示固定成本和利润(如:尽管停产, 但水,电,原材料等 30%无损失,故乘以 0.7). 所以,BI=13/30*300 万*0.7=91 万4.7 评价结论统计表 4-4 F&EI 评价结果 地区/国家: 位置 评价人: 检查人: (管理部) 部门:某石化 生产单元:硫磺回收 审定人: (负责人) 检查人: (技术中心) 场所 工艺单元: 主燃烧单元 建筑物 检查人: 日期:工艺设备中的物料:原料气,H2S 操作状态 设计―开车―正常―操作―停车 物质系数(见附录,如温度超过 60℃需标明) 21 确定 MF 的物质 H2S24西安石油大学本科毕业设计(论文) 1,一般工艺危险 基本系数 (1) 放热化学反应 (2) 吸热反应 (3) 物料处理与运送 (4) 密闭式或室内工艺单元 (5) 通道 (6) 排放和泄漏控制 一般工艺危险系数(F1) 2,特殊工艺危险 基本系数 (1) 毒性物质 (2) 负压(&500mmHg,66.661kPa) (3) 易燃范围及接近易燃范围的操作 惰性化―― 未惰性化―― 0.50 0.30 0.80 0.25~2.00 危险系数范围 1.00 0.3~1.25 0.20~0.40 0.25~1.05 0.25~0.90 0.20~0.35 0.25~0.50 1.8 危险系数范围 1.00 1.00 0.20~0.80 0.50 采用危险系数 1.00 0.8 0.5 0 0 0 0 0 0 0 采用危险系数 1.00 0.5 0 0 0.3 0 01) 罐装易燃液体 2) 过程失常或者吹扫故障 3) 一直在燃烧范围内 (4) 粉尘爆炸 (5) 压力:操作压力(绝对压力)/kPa 释放压力(绝对压力)/kPa (6) 低温 (7) 易燃及不稳定物质质量 物质质量/Kg 物质燃烧热/(J/kg) 1) 工艺中的液体及气体 2) 贮存中的液体及气体 3) 贮存中的可燃固体及工艺中的粉尘 (8) 腐蚀及磨蚀 (9) 泄露――接头和填料 (10)使用明火设备 (11)热油热交换系统 (12)转动设备 特殊工艺危险系数(F2)250.20~0.300 0.150.15 0 0 0.10~0.75 0.10~1.5 0.5 0.1 1.00 0.15~1.15 0.50 4.55 0 0.50西安石油大学本科毕业设计(论文) 工艺单元危险系数(F3=F1*F2) 火灾爆炸指数(F&EI=F3*MF) 8 168表 4-5 安全措施补偿系数结果 I 工艺控制安全补偿系数 C1 项目 (1) 应急电源 (2) 冷却装置 (3) 易爆装置 (4) 紧急切断装置 (5) 计算机控制 (6) 惰性气体保护 (7) 操作规程/程序 (8) 化学活波性物质检查 (9) 其他工艺危险分析 C1 值 II 物质隔离安全补偿系数 C2 项目 (1) 遥控阀 (2) 卸料/排空装置 (3) 排放系统 (4) 联锁装置 C2 值 III 防火设施安全补偿系数 C3 项目 (1) 泄漏检测装置 (2) 结构钢 (3) 消防水供应系统 (4) 特殊灭火系统 (5) 洒水灭火系统 (6) 水幕 (7) 泡沫灭火装置 (8) 手提式灭火器材/喷水枪 (9) 电缆防护 补偿系数范围 0.94~0.98 0.95~0.98 0.94~0.97 0.91 0.74~0.97 0.97~0.98 0.92~0.97 0.93~0.98 0.94~0.9826补偿系数范围 0.98 0.97~0.99 0.84~0.98 0.96~0.99 0.93~0.99 0.94~0.96 0.91~0.99 0.91~0.98 0.91~0.98 0.74采用补偿系数 0.98 1.00 1.00 0.96 0.95 1.00 0.91 0.91 1.00补偿系数范围 0.96~0.98 0.96~0.98 0.91~0.97 0.98 0.89采用补偿系数 0.98 0.96 0.97 0.98采用补偿系数 0.98 0.95 0.97 1.00 1.00 1.00 0.94 0.97 0.98西安石油大学本科毕业设计(论文) C3 值 C值 0.81 0.53工艺单元危险分析汇总 表 4-6 工艺单元危险分析汇总 1,火灾爆炸指数(F&EI) 2,暴露半径 3,暴露面积 4,暴露区内财产价值 5,危害系数 6,基本最大可能财产损失――基本 MPPD 7,安全措施补偿系数=C1*C2*C3 8,实际最大可能财产损失――实际 MPPD 9,最大可能停工天数――MPDO 10,停产损失――BI注:1ft=0.3048m168 43m
1.04 亿元 0.83 0.86 亿元 0.53 0.46 亿元 13 天 91 万元表 4-7 生产装置危险分析汇总 地区/国家:中国广州 位置 评价人:李飞艳 工艺单 元主要 物质 硫化氢 21 168 物质系 数 火灾爆 炸指数 部门:广州石化 生产单元:硫磺回收 单元总替换价值: 1.15 亿元 影响区内 财产价值/ 亿元 1.04 0.86 基 本 MPPD/ 亿元 场所:化工 操作类型 日期: 实 际 停工天数 MPDO/天 停产损 失 BI/万 元 13 91MPPD/ 亿 元 0.464.8 其它单元评价结果按照上述方法,可以对其它六个系统单元进行相关的评价.结果如下表 4-8:表 4-8 七大系统评价结果 序号 1 2 3 4 5 单元名称 主燃烧单元 克劳斯转化单元 冷凝单元 SCOT 反应单元 尾气冷却单元 火灾,爆炸指数 168 92.82 98.28 147.42 74.8 危险程度 很严重 较轻 中等 严重 较轻27西安石油大学本科毕业设计(论文) 6 7 尾气吸收单元 尾气焚烧单元 67.20 156.87 较轻 严重从表中可以看出,整个硫磺回收装置中最为危险的部位就是主燃烧单元.5 结论本课题以某石化硫磺回收装置为背景,介绍了课题的背景,目的,内容,方法以 及硫磺回收的国内外现状;详细解说该石化硫磺回收的工艺流程及危险物质,并总结 了工艺特点;然后介绍了本课题所采用的道化学评价方法;在此基础上对硫磺回收装 置进行了评价单元的划分,完成了定性定量的评价工作,得出以下几个结论: (1) 该硫磺回收装置可以划分为七大系统单元, 它们分别为: 主燃烧单元, CLAUS 转化单元,冷凝单元,SCOT 反应单元,尾气急冷单元,尾气吸收单元,尾气焚烧单 元. (2) 主燃烧单元的火灾爆炸指数为 168,被划分为非常严重型. (3) 综合所有单元的评价结果,可以知道主燃烧单元是整个装置中最危险的部 位.也就是说,它需要得到非常的防范. (4) 为了减少事故发生的几率以及事故的严重性,给出了几点管理及技术上的安 全措施. 除此之外,该装置中物质的性质决定了整个环境的危险性,鉴于该装置中源物质 不可替代性这个特点,为了减小危险性,我们只能从装置的本质安全这一角度出发. 在评价安全补偿措施系数时, 可以很显然地发现如果表 3-2 中任一措施都存在的 话,安全补偿措施会减小到最大程度,即安全性能将达到最大.然而,本文中的背景 材料显示本装置仅采用了部分安全设备.所以,如果增设一些安全设备,危险性就会 在一定程度上减小.28西安石油大学本科毕业设计(论文)参考文献 [1] 何建平.炼焦化学产品的回收与加工[M].化学工业出版社,2005. [2] 巴什泰.焦化产品回收与加工车间设备手册[M].冶金工业出版社,1996. [3] 吴宗之, 高进东, 魏利军.危险评价方法及其应用[Z].北京: 冶金工业出版社, 2001. [4] 张乃禄,刘灿.安全评价技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2007. [5] 隋鹏程,陈宝智.安全原理与事故预测[M].北京:冶金工业出版社,. [6] 张义玲,唐昭峥,毛兴民.国内外硫磺回收工业发展现状对比与展望[J].石油化工 环境保护,2000,(01). [7] 唐昭峥,毛兴民.我国硫磺回收技术的进步[J].石油化工环境保护,1996,(01). [8] 达建文,张义玲.Advances in Sulfur Recovery Technology in China[J].天然气化学杂 志(英文版) ,2001,(01). [9] 文科武.CLAUS 尾气技术处理技术选用[J].石油化工腐蚀与防腐,2002,(04). [10]张文案,杜创阳,张保华.硫回收存在问题的分析改进[J].煤化工,2004,(03). [11]黄剑峰.石化企业关键装置安全评价及其管理系统应用研究[D].广东:广东工业大 学,2006. [12]韩平.化工储罐区安全评价研究及评价过程计算软件[D].河南:郑州大学,2006. [13]彭理通.石油化工工业环境安全评价探讨[J].Environment Science,1998,(08). [14]Eirik Bjerkebaek,Trond Sigurd Esledal.Safety Assessment of Alarm Systems on Offshore Oil and Gas Production Installations in Norway[J].SPE International Conference on Health,-31.附录化合物 物质系数 MF 乙醛 醋酸 丙酮 硫化氢 氢 氨 24 14 16 21 21 4物质系数和特征表燃烧热 NFPA 分级 NH 3 3 1 4 0 3 NF 4 2 3 4 4 1 NR 2 1 0 0 0 0 -36 103 -4 气 气 气 69 244 133 -76 -423 -28 闪点/oF 沸点/oFHc/(kBtu/lb) 40.5 5.6 12.3 6.5 51.6 8.029
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