制氮裝置分餾塔爆炸風險評價與分析

朱偉 孫永紅（蘭州石化動力廠空分車間，甘肅 蘭州730060）

0 引言

制氮裝置分餾過程是裝置整個生產過程中為最重要的環節，其中涉及的危險因素也較多，如出現異常情況，會影響裝置的正常生產，嚴重時會發生氮氣窒息、分餾塔爆炸等風險，造成人員傷亡，所以對空分單元進行危險性評價是非常有必要的。

1 空分單元主要風險因素

1.1 碳氫化合物

在空分裝置生產流程中，碳氫化合物在分子篩純化器中被吸附，但如果純化器工作狀態不正常就可能會造成乙炔等碳氫化合物積聚，形成固體顆粒。乙炔碳氫化合物在液空中濃縮到一定程度，固體顆粒與主冷塔壁摩擦、撞擊產生靜電，可以引燃固體乙炔等碳氫化合物，就有發生爆炸的可能。

1.2 氮氣、液氮

氮氣和液氮作為產品在空分裝置分餾塔中產生，一旦介質發生泄漏，會造成人員窒息的嚴重后果，同時會造成人體凍傷。

1.3 噪聲

制氮裝置噪聲主要分為氣體動力噪聲和機械噪聲，空分單元噪聲較大的位置主要是膨脹機和分餾塔集合排空等處，噪聲監測值在93～101dB（A）之間，對于操作人員聽力損傷較大。

2 風險因素辨識

由于氮氣泄漏引發的窒息風險在室內環境中，危害較大。制氮裝置分餾塔、液氮罐、送出閥門等氮氣（液氮）易發生泄漏的部位大部分在室外，且裝置為操作人員配備了正壓式空氣呼吸器、防凍手套等防護裝備，因此氮氣窒息和液氮凍傷危險性較低。

在噪聲控制方面，設備主要排放口均使用消音器，采取了降噪措施，廠房的進口處均懸掛“必須佩戴耳塞”提示標志，每名員工配戴耳塞并建立管理制度，因此噪聲防護方面受控。

對碳氫化合物積聚導致分餾塔爆炸進行風險評價，選用常見的一些評價方法，如LEC法，評價過程略顯簡單，并且容易受到評價人員的主觀意志的影響。因此本文應用“道化學火災爆炸指數評價法”對分餾塔爆炸進行分析。

3 空分單元火災爆炸危險性評價

3.1 確定物質系數

制氮裝置空分單元存在分餾塔爆炸風險的碳氫化合物主要是乙炔，按美國消防協會（MFPA）規定，選取該物質的燃燒性Nf為4，化學活潑型Nr為3，再由物質系數取值表，可以確定乙炔的物質系數為29。

3.2 確定工藝單元危險系數

工藝單元危險系數F3是由一般工藝系數F1與特殊工藝系數F2相乘得出。

（1）一般工藝系數確定由6 個部分組成，其基本系數為1。“放熱反應”，裝置采用深冷法，空氣通過換熱、冷卻、液化，可視為放熱現象，輕微放熱反應的危險系數為0.3；“密閉單元或室內單元”，乙炔沸點為-84℃，精餾過程中乙炔在液空中濃縮到一定程度就有發生爆炸的可能，符合在封閉區域內，在沸點以上處理任何可燃氣體時，系數取0.6。其余項目和裝置空分單元實際工藝情況不相符，系數取值為0。計算出一般工藝危險系數F1=1.0+F1a+F1b+……F1f，參見表1。

表1 一般工藝危險基本系數（F1）

（2）特殊工藝危險指數確定由12 部分組成，其基本系數為1。“低溫”，工藝裝置操作溫度等于或低于介質轉變溫度時，系數取0.3。其余項目和裝置空分單元實際工藝情況不相符，系數取值為0。計算出特殊工藝危險系數F2=1.0+F2a+F2b+……F2l，參見表2。

表2 特殊工藝危險基本系數（F2）

根據工藝單元危險系數F3＝（F1×F2）的計算原則，得出理論的工藝單元危險系數F3為2.47，

一般情況下火災、爆炸危險指數（F&E1）由物質系數和工藝單元危險指數相乘得出。故制氮裝置空分單元分餾塔爆炸的危險指數（F&E1）為：F&E1＝F3×MF＝2.47×29＝71.63

制氮裝置空分單元分餾塔爆炸的危險等級為較輕級。

3.3 確定安全補償系數

道化學指數評價法中設置了能對危險指數進行補償的安全措施C，安全措施補償系數C是由工藝控制補償系數C1、危險物質隔離補償系數C2和消防措施補償系數C3三部分構成，每部分各有若干項內容。

在實際生產中，制氮裝置空分單元分餾塔爆炸風險采用諸多安全措施，更有效降低了該單元發生爆炸的危險性，如：連續進行排液，設置連續監測在線儀表，在DCS上設置報警，每年進行裝置加溫吹除等。

（1）工藝控制補償系數的確定有9 項內容。“緊急停車裝置”：工藝單元出現異常時只能報警，系數為0.99，若能停車，系數取0.96；“計算機控制”：設置了在線計算機以幫助操作者，但不直接控制關鍵設備時，系數為0.97；“操作規程”：正確操作指南、完整的操作規程保證正常生產，系數為0.98；“其他工藝過程危險分析”：就是選用其他的一些危險分析工具進行評價，分餾塔爆炸采用故障類型和影響分析（FMEA）,得到的補償系數為0.94。其余幾方面和裝置空分單元實際工藝情況不相符，補償系數取值為1.0。計算工藝控制補償系數C1=C1a×C1b×C1c……C1i，參見表3。

表3 工藝控制補償系數（C1）

（2）危險數值隔離補償系數的確定有4 項內容。“排放系統”：設置排放設施，能夠通過排放處理危險介質，系數為0.91。“遠距離控制閥”、“備用卸料裝置”、“連鎖裝置”這三方面和裝置空分單元實際工藝情況不相符，補償系數取值為1.0。計算工藝控制補償系數C2=C2a×C2b×C2c×C2d，參見表4。

表4 危險物質隔離補償系數（C2）

（3）防火設施補償系數的確定有9項內容。“消防水供應系統”：消防水壓力為690KPa（表壓）或更高時，補償系數為0.94；“手提式滅火器/水槍”：配備了相適應的手提式滅火器，補償系數為0.98。其余內容和實際情況不相符，補償系數取值均為1.0。計算工藝控制補償系數C3=C3a×C3b×C3c……C3i。

4 結語

通過對制氮裝置空分單元分析可知，制氮裝置空分單元危險指數為66.12，其危險程度較輕。在經過安全措施補償后，其危險等級下降為最輕級別，可以認定是安全可控的，風險發生幾率極低，說明目前裝置的安全性是可靠的，能夠保證安全正常運行。