高 聳

(中國石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101)

基于風(fēng)險分析的環(huán)氧乙烷裝置安全設(shè)計

高 聳

(中國石化工程建設(shè)有限公司，北京100101)

闡述了風(fēng)險分析對于石化裝置安全設(shè)計的重要性，通過對環(huán)氧乙烷裝置和罐區(qū)的風(fēng)險分析，指出設(shè)計中存在的潛在風(fēng)險，根據(jù)分析結(jié)果對設(shè)計進(jìn)行了優(yōu)化，并對消防設(shè)置提出了定量化的指導(dǎo)建議，有效地提升了裝置的安全性。

風(fēng)險分析 環(huán)氧乙烷 消防預(yù)案

1 石化行業(yè)安全形勢

2015年以來，石化行業(yè)安全生產(chǎn)形勢嚴(yán)峻，發(fā)生了多起火災(zāi)和爆炸事件。4月6日，福建漳州古雷騰龍PX工廠發(fā)生爆炸；4月21日，南京揚子石化環(huán)氧乙烷裝置T-430環(huán)氧乙烷精制塔發(fā)生爆炸；7月16日，山東日照石大科技石化有限公司液化烴球罐發(fā)生火災(zāi)爆炸；8月12日，位于天津濱海新區(qū)塘沽開發(fā)區(qū)的天津東疆保稅港區(qū)瑞海國際物流有限公司所屬危險品倉庫發(fā)生爆炸。連續(xù)的火災(zāi)和爆炸，凸顯了石化裝置在設(shè)計施工和生產(chǎn)運行中存在各種安全隱患，亟需予以重視和解決。本文以揚子石化環(huán)氧乙烷裝置爆炸事故為例，闡述風(fēng)險分析在提升裝置安全性方面的關(guān)鍵作用。

2 事故分析

2.1 事故介紹

4月21日，揚子石化環(huán)氧乙烷裝置T-430環(huán)氧乙烷精制塔發(fā)生爆炸，大火在1小時內(nèi)撲滅。事故造成1人受傷，多臺設(shè)備損毀，整個裝置停產(chǎn)。環(huán)氧乙烷(簡稱EO)是一種用途廣泛的石化產(chǎn)品。其本身性質(zhì)活潑，易于反應(yīng)，危險性很高。常見理化性質(zhì)和安全風(fēng)險如表1。EO常壓下沸點較低，易于氣化形成爆炸性蒸氣云，導(dǎo)致蒸氣云爆炸(Vapor Cloud Explosion，VCE)。而且在發(fā)生自分解時會大量放熱，所以除了VCE之外，還很可能發(fā)生二次爆炸，即沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion，BLEVE)。

2.2 EO精制塔系統(tǒng)介紹

EO精制塔系統(tǒng)如圖1所示。該塔主要通過回流罐上的壓力表和相應(yīng)的儀表系統(tǒng)控制塔釜再沸器的蒸汽流量，從而進(jìn)行操作調(diào)節(jié)和安全保護(hù)。事故發(fā)生后，經(jīng)調(diào)查，主要原因是該裝置設(shè)計中，聯(lián)鎖系統(tǒng)沒有使用獨立的壓力儀表接口，而是和控制系統(tǒng)共用一個儀表接口。由于該壓力儀表引壓口被堵塞，導(dǎo)致壓力指示失真，控制系統(tǒng)和聯(lián)鎖系統(tǒng)同時失效，整個系統(tǒng)在控制失效的同時也失去了安全保護(hù)。而且操作人員判斷失誤，停車后加熱蒸汽沒有完全切斷，最終導(dǎo)致了事故的發(fā)生。

圖1 EO精制塔系統(tǒng)(原設(shè)計)

事故讓我們看到，該系統(tǒng)雖然設(shè)計了安全保護(hù)系統(tǒng)，但是并不足以應(yīng)對環(huán)氧乙烷精制這種高危險化工單元。需要通過進(jìn)行風(fēng)險分析，提升安全等級。

3 風(fēng)險分析

為吸取事故教訓(xùn)，在某環(huán)氧乙烷裝置的設(shè)計中進(jìn)行充分的風(fēng)險分析，力求將風(fēng)險降至最低。

3.1 使用HAZOP+LOPA+SIL的方法，針對EO精制塔系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險分析

HAZOP、LOPA和SIL驗證聯(lián)合使用可以實現(xiàn)對于目標(biāo)系統(tǒng)的定量風(fēng)險分析及風(fēng)險矩陣分析。分析得到主要的風(fēng)險點見表2。

分析結(jié)果表明原設(shè)計無法滿足裝置的安全性要求，可能導(dǎo)致裝置操作單元爆炸的嚴(yán)重后果。于是，在優(yōu)化的工程設(shè)計中有針對性地增設(shè)了安全措施，如表3及圖2所示。

此外，針對泄漏風(fēng)險較大的區(qū)域，專門設(shè)置了可燃/有毒氣體檢測器和火災(zāi)檢測器，并與水噴淋系統(tǒng)聯(lián)動，力爭第一時間控制事故，避免惡化。

3.2 EO罐區(qū)的專項風(fēng)險分析

EO罐區(qū)是?；返募袇^(qū)域，由于EO的特性，在發(fā)生火災(zāi)時，火焰會不斷加熱球罐中的EO，在一定時間后會使EO達(dá)到分解爆炸的溫度，進(jìn)而BLEVE，二次爆炸可能造成更為嚴(yán)重的后果。所以在EO罐區(qū)發(fā)生第一次爆炸/火災(zāi)后，給予消防人員的滅火時間并不是沒有限制的，需要通過充分的風(fēng)險分析，建立精確而科學(xué)的消防預(yù)案，明確最大安全時間、最小安全距離和疏散信號等關(guān)鍵信息，避免消防人員的損傷。以下就EO罐區(qū)進(jìn)行風(fēng)險分析。

表2 EO精制塔系統(tǒng)風(fēng)險分析

表3 EO精制塔系統(tǒng)安全設(shè)置

圖2 EO精制塔系統(tǒng)(增設(shè)安全設(shè)置后)

采用事件樹分析法(Event Tree Analysis，ETA)進(jìn)行定量風(fēng)險分析，見圖3，并使用Baker-Strehlow方法和多重能量法進(jìn)行爆炸后果的計算，發(fā)現(xiàn)存在如下潛在的風(fēng)險，見表4。

根據(jù)分析結(jié)果，需要對原設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，以保證安全。采取的安全設(shè)施見表5。

原設(shè)計經(jīng)過優(yōu)化后，提升了安全性，降低了二次爆炸發(fā)生的風(fēng)險，同時，為業(yè)主制定緊急事故應(yīng)對流程做出了定量化的指導(dǎo)建議。這些結(jié)論可以應(yīng)用到類似天津港危化品碼頭類似的高風(fēng)險場所，以明確在各種工況下的安全時間、安全距離和疏散信號等信息，供相關(guān)消防人員制定精確的緊急預(yù)案，在事態(tài)難以控制時安全撤離，避免無謂的人員傷亡。

表4 EO罐區(qū)風(fēng)險

圖3 事件樹分析法分析EO罐區(qū)風(fēng)險

原設(shè)計內(nèi)容優(yōu)化后設(shè)計效果風(fēng)險程度噴淋系統(tǒng)需要手動啟動改為達(dá)到SIL-1等級的全自動噴淋降低了誤操作的風(fēng)險,提升了噴淋系統(tǒng)的可靠性可接受雨淋閥為故障關(guān)閉型(FC)雨淋閥改為故障打開型(FO),確保第一時間打開噴淋能夠有效抑制二次爆炸的產(chǎn)生可接受消防預(yù)案中沒有明確的消防安全時間/安全距離等信息根據(jù)保溫數(shù)據(jù),得出最大安全時間為30min;通過爆炸模型計算,得到1000m的安全距離;同時指出球罐安全閥起跳是立即進(jìn)行疏散的信號明確消防人員放棄救火立即撤離的時間和疏散距離,為制定合理的消防規(guī)程奠定基礎(chǔ),有效避免消防人員的傷亡可接受

4 結(jié)論

a)安全和消防設(shè)計應(yīng)嚴(yán)格滿足風(fēng)險分析的要求，避免用“傳統(tǒng)做法”、“行業(yè)慣例”等取代安全要求的情況。如控制系統(tǒng)和聯(lián)鎖系統(tǒng)共用儀表接口、傳統(tǒng)的手動啟動消防噴淋以及雨淋閥設(shè)置為FC而不是FO。這些設(shè)計，在此次分析中均被指出有嚴(yán)重問題，存在潛在風(fēng)險，需要整改。

b)風(fēng)險分析能夠提供定量的安全建議，為構(gòu)建具有可執(zhí)行性的安全規(guī)程提供堅實的基礎(chǔ)。如本次分析明確指出的30 min安全時間、1 000 m安全距離和安全閥起跳的疏散信號，能夠幫助操作人員建立科學(xué)的緊急處理流程，避免盲目指揮導(dǎo)致的傷亡和損失。

SafetyDesignofEthyleneOxidePlantBasedonRiskAssessment

Gao Song

(SINOPEC Engineering Incorporation，Beijing, 100101)

This paper describes the importance of risk analysis for petrochemical plant safety design, by means of ethylene oxide and tank risk analysis, points out the potential risks existing in the design, based on the analysis of the design has been optimized, and the fire setting forth quantitative recommendations for guidance, effectively enhance the safety of the device.

risk assessment；ethylene oxide；firefighting emergency plan

2015-12-30

高聳，教授級高級工程師，碩士，畢業(yè)于北京化工大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)，長期從事石油化工裝置的設(shè)計管理工作。