广州乙烯工程安全评价案例续三

ceshi

三、系统危险辨识
3.1  系统危险辨识方法及危险分级标准
3.1.1  危险辨识方法选择
由于危险辨识在安全管理和安全评价中的重要地位，近几年来，国际上已开发出许多用于系统危险辨识的危险分析方法，而每一种方法一般适用于不同危险特征的分析对象。因此，在具体开展危险辨识时，必须根据分析对象的特点、需重点发掘的问题，有针对性地选择系统危险分析方法。
根据前述本工程潜在危险危害因素状况，系统危险辨识应重点把握以下几方面内容：
＊全面分析主要灾害事故被触发的原因；
＊系统了解各危险源危险状况信息，如事故模式、缺陷状况、本质安全化水平等；
＊分析辅助系统危险状况：
＊分析重要危险装置经触发造成事故的波及范围及其影响。
为达到上述目的，采用了表3.1所列分析方法开展系统危险辨识工作。
表3.1  危险辨识方法及主要目的




分析方法

分析对象

主要目的


故障模式及严重度影响分析（FMECA）

主体生产系统各危险源

辨识危险模式，发掘固有危险信息，为安全评价提供依据


故障树分析（FTA）

全系统

重点发掘几种主要事故模式影响因素及其组合关系，为危险辨识及控制提供信息


故障模式影响分析（FMEA）

辅助系统

分析供电、供水、供气、消防等号系统可能的故障模式及其对主体生产系统的影响


池火灾后果评价模型

芳烃抽提

分析苯液泄漏造成池火灾的后果影响


Dow火灾爆炸指数法6版

储罐区等

火灾爆炸危险性


水汽化超压爆炸模型

锅炉等

分析积水汽化引起超压爆炸后果


气云爆炸模型

裂解装置

分析氢气泄漏的气云爆炸后果

3.1.2  危险严重程度与危险概率分级标准
分级标准如表3.2、表3.3所示。
表3.2  危险严重程度分级表




级别

损伤程度


0

造成社会灾难或特大伤亡事故


I

重大伤亡事故或主要系统毁灭


II

个别人死亡、重伤或主要系统损坏


III

个别人轻伤或主要系统轻度损坏


IV

人员微伤或装置部件受损

表3.3  危险发生概率分级标准




级别

发生频度特征

概率值


A

可能经常发生（每天可能发生）

10-1


B

很容易发生（每周可能发生）

10-2


C

容易发生（每月可能发生）

10-3


D

很可能发生（每年可能发生）

10-4


E

寿命期内可能发生（每十年可能发生）

10-5


F

寿命期内几乎不发生（每百年可能发生）

10-6
3.2  危险辨识主要工作内容
3.2.1  主体生产系统危险源划分
危险源划分工作是在系统熟悉乙烯工程有关初步设计资料，并对乙烯工程进行必要的现场调查基础上进行。
危险源划分主要遵循以下原则：
1. 从安全系统分析与危险控制角度，以主要设备、设施或岗位为中心，将主要危险设备、工艺状况及操作条件、作业范围等方面存在明显差异的辨识对象划分为不同的危险源。
2. 满足日常生产操作管理的要求。
根据上述原则，将整个生产系统划分成34个危险源。
3.2.2  危险源辨识一
危险源辨识在整个安全评价工作中占有重要地位，是安全评价工作的基础，其工作量占整个评价工作的一半以上。
按照危险源辨识工作程序，对每个危险源所涉及各种作业中的潜在危险因素、触发条件、事故后果、事故类别、控制措施，以及固有危险状况，包括本质安全化状况、设备、设施、工艺缺陷、危险暴露程度等信息进行系统发掘。
危险源辨识的现场调查工作在对乙烯厂的各有关部门和车间进行广泛和深入的调查的基础上，参阅大量石油化工企业的事故案例，运用系统危险分析方法，依照有关规程、标准，对所调查信息进行大量的加工、整理，并制定了专门表格对34个危险源有关化思进行了登记，形成危险源辨识结构文件。
3.2.3  故障树分析（FTA）
针对乙烯工程石油化工生产系统的危险特征，分别对装置内化学爆炸、工艺介质外泄燃烧爆炸、加热炉爆炸、锅炉爆炸等《种事故类型，进行了故障树分析。
FTA的故障树生成，最小割集以及危险概率计算运用了Faultrease Version1.2软件。
3.2.4  辅助系统危险性调查分析
为保证对系统危险性分析的完整性，采用FMEA方法对消防、供配电、防雷电静电等十四个辅助系统存在的危险因素及其对主体生成系统的影响进行了分析。
3.2.5  重要危险设施危险严重度估计
鉴于石脑油储罐存在易燃易爆危险特性，运用Dow化学公司火灾爆炸指数法第六版，对油库的火灾爆炸危险进行了估计。
对于芳烃抽提装置，一旦发生泄漏，首先将形成液池，遇火会造成火灾，后果严重。运用国外风险评价的火灾后果评价模型——池火灾模型及计算机软件（ARCHIE OF EPA，the pool fire pool explosion），对苯塔泄漏的火灾后果严重度进行了估计。
运用密闭容器水被汽化膨胀造成超压爆炸模型，对蒸汽锅炉可能造成的超压爆炸，估计了其爆炸冲击能量。
针对易燃易爆气体泄漏后，形成气云遇明火引起气云爆炸的后果，运用气云爆炸模型及计算机软件（DEGADIS OF EPA，VCE OF JET RELEASE），对氢气泄漏的气云爆炸后果，进行了估计。
3.3  系统危险辨识结果综合分析
3.3.1  主体生产系统危险源辨识登记结果分析
经过对所划分的34个危险源进行系统危险辨识，全厂主体生产共发掘有关事故模式684条，设备、设施缺陷30项，环境缺陷26项，表3.4乙烯厂危险源辨识结果汇总。
表3.4  乙烯厂危险源辨识结果汇总表




序号

危险源名称

危险模式数

设备、设施、工艺缺陷数

作业环境缺陷数

危险频度指数

危险严重度

管理级别


1

裂解炉作业区

26

3

3

444.4

I

B


2

初馏及稀释蒸汽发生区域

29

2

2

130.7

II

D


3

水急冷及锅炉水脱氧作业区

16

3

1

69.55

II

D


4

裂解气压缩及碱洗作业区

30

5

1

346.5

0

A


5

乙烯、丙烯制冷作业区

17

2

1

145.5

0

A


6

冷分离区域

50

3

2

326.4

I

B


7

热分离区域

26

3

1

159.4

I

C


8

石脑油脱砷、废碱处理及排放作业区

27

2

1

66.53

II

D


9

A罐区

19

4

0

100.8

0

A


10

汽油加氢作业区

69

2

1

263.3

I

B


11

丁二烯抽提作业区

18

2

2

152.5

0

A


12

芳烃抽提区域

17

2

2

78.41

I

C


13

芳烃精馏作业区

22

2

2

122.0

I

C


14

乙苯作业区

12

7

2

235.2

I

B


15

苯乙烯作业区

14

6

2

226.5

I

B


16

中间贮罐区

19

3

1

197.1

II

D


17

催化剂区

8

2

1

58.21

II

D


18

聚合反应区

22

7

4

281.9

I

B


19

水洗造粒作业区

13



3

106.3

II

D


20

成品包装作业区

7





170.5

III

D


21

催化剂框架

19

2

1

58.21

II

D


22

聚合框架

54

3

3

214.2

I

B


23

造粒厂房

13



3

106.3

II

D


24

导热油区及罐区

19

2

2

29.22

I

C


25

制胶作业区

10

1

1

53.25

II

D


26

聚合生产区

19

5

1

253.6

II

C


27

造粒厂房

7

3

4

157.9

III

D


28

原料贮罐区

14

4

2

570.2

0

A


29

成品贮罐区

14

4

1

375.0

I

B


30

C4球罐区

14

3

1

359.4

0

A


31

汽车装卸作业区

9

2

1

848.2

I

B


32

酸碱站

11

1

1

92.61

III

D


33

空分空压厂

5

1

1

304.3

II

C


34

辅助锅炉

15

5

4

275.6

I

B




合计

684

30

26







1. 事故模式分析
经统计，事故模式较多的10危险源分布如表3.5所示。
表3.5  事故模式分布状况





危险源名称

裂解炉作业区

初馏及稀释蒸汽发生区域

裂解气压缩及碱洗作业区

冷分离区域

热分离区域

石脑油脱砷、废碱处理及排放作业区

汽油加氢作业区

芳烃精馏作业区

聚合反应区

聚合框架


事故模式数

26

29

30

50

26

27

69

22

22

54

从表3.5可以看出，上述10个危险源的事故模式较多，合计占全部总数的51.9%，工程投产后，应重点增强上述危险源所在岗位作业人员的安全意识、安全技能、安全知识教育，通过危险预知活动等手段，提高职工安全素质。
2. 从发生故障的可能性看，发生事故概率较大的几个危险源依次为：汽车装卸作业区、原料贮罐区、裂解炉、成品贮罐区、C4球罐区、裂解气压缩、冷分离作业区、空分空压、辅助锅炉、汽油加氢作业区、聚合生产区：
3. 从发生事故的后果看，可能发生O级事故的危险源有6个，占总数的17.6%，I级事故的危险源有14个，占总数的41.2％：
4. 从危险源管理级别看，A级危险源6个，分别为裂解气压缩及碱洗作业区、乙烯、丙烯制冷作业区、A罐区、丁二烯抽提作业区、原料贮罐区、C4球罐区；B级危险源10个；C级危险源6个；D级12个。
3.3.2  后果严重度估计分析
1. 针对石脑油贮罐、聚丙烯反应器的火灾爆炸危险特征，运用火灾爆炸指数法计算右脑油贮罐、聚丙烯反应器的火灾爆炸危险指数分别128、141.12，其火灾爆炸破坏影响如下：
＊石脑油贮罐火灾爆炸破坏半径为32.77m，破坏半径范围内65％的设备、设施可能遭受火灾破坏；但由于安全措施较完善，修正后的火灾爆炸危险指数降为70.9，属于较轻危险等级。
＊聚丙烯反应器火灾爆炸破坏半径为34.4m破坏半径范围内80％的设备、设施可能遭受火灾破坏；但由于安全措施较完善，修正后的火灾爆炸危险指数降为80.7，属于较轻危险等级。
2. 针对苯塔及其辅助设施可能发生泄漏引起火灾的危险，运用池火灾模型对其后果进行了评估。结果如下：
表3.6  苯塔管道泄漏引起火灾影响状况




泄漏时间（分钟）

油池直径 (m)

火焰高度 (m)


5

2.2

4.73


10

3.12

6.02


15

3.82

6.93


20

4.41

7.66


25

4.93

8.28


30

5.4

8.82

从表3.6可以看出，泄漏时间愈长，造成火灾后火焰高度愈高，若泄漏时间达到30分钟，火焰高度将达8.82m，受风力影响，将严重威胁友邻设施的安全。
3.鉴于水在常压下温度升高到100℃时，水吸收汽化潜热变为水蒸汽，当水完全蒸发后，分子间的距离增大10"11.447倍，具体积增大约1500倍。若此膨胀过程在极短时间内发生，就会发生爆炸。最大可能释放能量可近似按工程热力学绝热过程计算。蒸汽锅炉存在上还超压爆炸危险。计算结果如下：
表3.7  锅炉蒸汽超压爆炸影响范围估计




一吨TNT爆炸离爆心距离(m)

1535.48公斤TNT爆炸离爆心距离

爆炸后果


201

231

90%玻璃振碎，受伤概率很小


166

191

受压窗户玻璃损坏


109

125

窗框破损，受伤概率10%


75

86

房屋出现裂缝


56

64

房屋结构破坏，房屋内人员受致命伤害的概率为20%


44

51

房屋被炸坏，室内人员受致命伤的概率为50%，室外人员受致命伤害的概率为15%


28

32

房屋倒塌，室内外人员受致命伤害的概率为100%

4. 在化工生产、储运过程中，原材料、燃料、半成品、成品等常常处于受压状态，生产、储存设备也多为压力容器，由于工艺操作失误、设备缺陷等诸多因素，常常引起压力容器、连接管线、附属部件的破裂，导致化学物质的泄漏。泄漏出的物质如果蒸发与空气混合，则会形成大块易燃易爆气团或蒸汽云，遇到激发能源时，将产生火灾爆炸。对甲烷化反应器氢气泄漏发生火灾后的影响范围估计如下：

表3.8  甲烷化反应器氢气泄漏爆炸影响分析




一吨TNT爆炸离爆心距离(m)

99.6公斤TNT爆炸离爆心距离(m)

爆炸后果


201

93

90%玻璃振碎，受伤概率很小


166

77

受压窗户玻璃损坏


109

51

窗框破损，受伤概率10%


75

35

房屋出现裂缝


56

26

房屋结构破坏，房屋内人员受致命伤害的概率为20%


44

20

房屋被炸坏，室内人员受致命伤害的概率为50%，室外人员受致命伤害的概率为15%


28

13

房屋倒塌，室内外人员受致命伤害的概率为10%

3.3.3  重大缺陷及其影响一览表

表3.9  重大缺陷及其影响一览表




序号

缺陷状况

可能造成的后果


1

厂区周边居民距危险设施距离近

一旦厂内危险设施发生爆炸，可能危及居民安全


2

罐区布置在全厂较高处

一旦发生意久，易燃物可能向低洼处流淌，使灾害扩大


3

空分装置布置在全厂地势较低处，且距火距、聚乙烯装置等较近

吸风口宜吸入碳氢化合物造成空分爆炸


4

操作室及车间办公楼布置在装置全年最小频率的上风侧（南边）

一旦装置发生泄漏，易燃物可能随风飘入操作室，发生爆炸


5

管线外包保温层不合格，含酸性，腐蚀严重

可能造成泄漏


6

裂解装置电动阀融点经常不到位

发生意久无法及时切断物料来源


7

裂解装置蒸汽、供电容量小，易波动

突然停电或停蒸汽影响生产及安全


8

裂解装置TK1330、TK3104水幕操作不方便

发生火灾易造成应争不当，酿成灾难


9

裂解装置的部分换热器或设备制造质量差，漏点多（如E1699、E1555、E1403、S3101）

造成窜压或易燃物进入蒸汽管道或水管爆炸


10

A罐区氢气球罐及7个1000立方米球罐设置直接放空管

易燃气体或能聚积爆炸


11

苯乙烯装置TT—101无压力高报警，MR—101无压力高联锁，HS—101无燃油含水量检测装置

发生异常状况无法及时发现处理


12

苯乙烯装置塔再沸器未设排净孔和放空孔

易燃物排放不尽检修时可能发生爆炸


13

罐区排放污水管路上无排水阻油器

油随水一起排出


14

污水油池油气污染空气

易燃物积聚产生爆炸


15

聚丙烯装置TK—cat容器尾气密封液采用煤油

可能产生燃烧爆炸


16

聚乙烯装置废油池2台电机不防爆

可能产生火花引爆