基于ICI Mond法的溶解乙炔生产安全评价
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作者: 黄 锋
1. 引言
溶解乙炔(Dissolved acetylene C2H2)是一种极易燃烧爆炸的毒性气体,现在被广泛应用于金属焊接和气源切割,同时还可用于医药加工、仪器分析和有机合成等领域。然而,由于其易燃易爆且有毒的特性,使得溶解乙炔生产过程具有很大的危险性。因此,选择合适的安全评价方法对溶解乙炔的生产进行安全评价显得至关重要。本文通过应用英国帝国化学公司蒙特法对“年产10000标准瓶”的洛阳涧西溶解乙炔厂的溶解乙炔生产重点单元进行安全评价,得出其火灾爆炸指数,并具体提出保证安全生产的技术管理措施。
2. 溶解乙炔危险性评估
乙炔极易燃烧爆炸,其引燃温度为305 ℃,氧化反应温度最高达到3500 ℃,与空气混合形成爆炸极限为2.1～80%的混合气体,易引起爆轰,最大爆速可达2200米/秒,最高爆炸压力可达58.8MPa;最小点火能为0.02MJ(空气中);分解反应产物温度可达3100℃;其具有弱麻醉作用;高浓度吸入可引起单纯窒息;会发生急性中毒,具有亚急性和慢性毒性。
3. ICI Mond 火灾爆炸指数评价法分析
英国帝国化学公司蒙特法(ICI Mond)是在美国道化学公司安全评价法的基础上提出的一个更全面、更系统的安全评价法。
美国道化学公司火灾、爆炸危险性指数评价法是以工艺过程中物料的火灾、爆炸潜在危险性为基础,结合工艺条件、物料量等因素求取火灾、爆炸指数,进而可求出经济损失的大小,以经济损失评价生产装置的安全性。评价中定量的一句是以往事故的统计资料、物质的潜在能量和现行安全措施的状况。
蒙特法在肯定道化学法的同时,对其进行了重要的改进和扩充,其中在考虑对系统安全的影响因素方面更加全面,更加注意系统性,而且注意到采取措施、改进工艺以后根据反馈的信息修正危险性指数,突出了该方法的动态特性。
3.1 确定需要评价的单元
本文以“年产10000标准瓶”的洛阳涧西溶解乙炔厂为例,应用ICI Mond法(蒙特法)进行火灾爆炸指数评价,并提出具体可操作的安全技术管理对策措施。
该厂采用电石与水反应生成乙炔气体的生产工艺,计划日产100标准瓶乙炔气体(填充丙酮的标准瓶,在温度为15℃时1体积的丙酮能溶解23体积的标准状态的乙炔气,最适合配合氧气瓶使用的是设计压力为3 MPa,公称容积为40L的乙炔气瓶),除去国家法定节假日以及检修和高温、雨季等不可抗拒因素的生产中断外,年正常工作日按100天计算,日常库存为500标准瓶。
溶解乙炔生产工艺流程主要包括制气、净化、压缩、干燥、充瓶、检验出厂。
根据工艺流程、生产线、车间或工段的具体情况,选危险性较大的压缩干燥和充装工艺子单元进行评价。
3.2 计算道氏综合指数D
…①
式中B ―― 物质系数,也写作MF,一般由物质的燃烧热值计算得出来;M ―― 特殊物质危险值,即SMH;P ―― 一般工艺危险值,即GPH;S ―― 特殊工艺危险值,即SPH;Q ―― 量危险值;L ―― 设备布置危险值;T ―― 毒性危险值。
根据实际经验,查阅相关国家规定、标准以及行业标准、设计规范等相关资料,确定上式中的各项数值。参照《安全系统工程》(林柏泉 中国矿业大学出版社 2005)表5-7列出各项取值表表1 。
将上表中的数值代入公式①计算得出道氏综合指数D=192,被评价单元的危险程度可能是灾难性的。
3.3 计算综合危险性指数
综合危险性指数的计算必须在得出初始危险性指数R的基础上,考虑高效安全的工艺措施的应用引起D、F、U、E、A值的变化,得到改进工艺之后的综合危险性指数R1,最后考虑通过采取安全措施降低事故率和严重程度后安全补偿系数K1、K2、K3、K4、K5、K6的影响,得出最终的综合危险性系数R2 。
3.3.1计算初始综合危险性指数R
…②
式中 R ―― 综合危险性指数;F ―― 火灾载荷系数;U ―― 单元毒性指数;E ―― 爆炸指数;A ―― 空气爆炸指数(易爆物从设备内泄漏到本车间内与空气混合引起爆炸)。
计算综合危险性指数时,各项指数的取值是根据国家相关标准以及实际生产状况并参照《安全系统工程》(林柏泉 中国矿业大学出版社 2005)表5-9、5-10、5-11确定。得出计算初始综合危险性指数的参数分别为:道氏综合指数 D=192;空气爆炸指数A=400;火灾载荷系数F=6000;单元毒性指数U=8;爆炸指数E=5。计算出来的综合危险性指数R=2073,
可知被评价单元的危险性为 高(第一类)。
企业通过采取一系列的工艺改进措施,使得电石法制造溶解乙炔的生产过程更加的高效、安全,降低被评价单元的综合危险性指数。对照国家的相关标准和设计规范等,并结合生产实际,通过公式
…③
式中:D1――改进工艺后的道氏综合指数;F1――改进工艺后的火灾载荷系数;U1――改进工艺后的单元毒性指数;E1――改进工艺后的爆炸指数;A1――改进工艺后的空气爆炸指数;
相应的指数取值为:道氏综合指数D1=112;空气爆炸指数A1=240;火灾载荷系数F1=4200;单元毒性指数U1=5;爆炸指数E1=3。计算得出综合危险性指数R1=547。
3.3.3计算最终的综合危险性指数R2
企业通过采取的安全措施降低事故率和降低严重程度,后者是指一旦发生事故,可以减轻造成的后果和损失,因此对应于各项安全措施分别给出了抵消系数,使综合危险性指数下降。
采取的措施主要有:改进容器设计(K1)、加强工艺过程的控制(K2)、安全态度教育(K3)、防火措施(K4)、隔离危险的装置(K5)、消防(K6)等。
采取了具体的安全措施之后,其补偿系数参照ICI Mond工厂的《火灾爆炸毒性指数技术手册》,结合本厂的安全生产实际,取值如表4所示
将上面得出的各项安全补偿系数代入公式④
R2=R1・K1・K2・K3・K4・K5・K6 …④
式中R2 ―― 抵消后的综合危险性指数; R1 ―― 通过工艺改进,D、F、U、E、A之值发生变化后重新计算的综合危险性指数;K1 ―― 容器抵消系数(改进压力容器和管道设计标准);K2 ―― 工艺控制抵消系数;K3 ―― 安全态度抵消系数(安全法规、安全操作规程的教育等);K4 ―― 防火措施抵消系数;K5 ―― 隔离危险性抵消系数;K6 ―― 消防协作活动抵消系数。
3.3.4 分析结论
计算得出最后的最终的综合危险性指数R2 =36,在危险性分类中为“低”。通过以上过程可知,在改进工艺和采取安全措施之后综,综合危险性指数由R1=2073降为R2=36,危险性也由高(第一类)降为低。
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