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液氨储罐的危险性分析及安全对策


液氨储罐的危险性分析及安全对策
摘 要:采用美国 DOW (道)化学公司火灾爆炸指数评价的原理和方 法确定液氨储罐的火灾危险性,并对其可能导致的危害进行了预测, 提出了火灾应急预案和防火安全对策, 完善了液氨储罐防火安全体系。 关键词:液氨储罐、火灾危险性、安全对策、评价 关键词
氨气,是一种有刺激臭味的无色有毒气体,极易溶于水,水溶液呈碱性, 易液化,一般液氨可作致冷剂,接触液氨可引起严重冻伤。液氨一般储存 于钢瓶或储罐中,在储存、运输、使用等环节,应当采取必要的防火措施, 防止发生泄漏爆炸事故。氨气能侵蚀皮肤、粘膜和眼睛,可引起严重咳嗽、 支气管痉挛、急性肺水肿,甚至会造成失明和窒息死亡。氨气爆炸极限为 15.7~27.4%,其火灾危险性属于乙类 2 项物品。 氨气是一种火灾危险性

较大的可燃气体,存储过程中稍有不慎,漏气就会逸散到空气中,达 到爆炸极限, 遇到火源就可能发生火灾爆炸事故, 甚至造成重大伤亡。 因此,必须加强对天然气供应过程中的消防安全管理工作。本文将对 液氨储罐的危险性作出评价,并探讨其安全对策。 1 评价方法 1. 1 方法选择 通常的化工评价方法有两类,一类是以故障发生概率为基础,如故障 类型和影响分析( FMEA) 、事件树( ETA) 、故障树( FTA)等。这些 方法都是用已积累的故障数据,计算其概率,进而算出风险度,得到 以量表示的安全程度。 另一类方法是指数法, 如道化学公司法(DOW) 、 蒙德法(MOND) 、 日本劳动省六阶段法、 单元危险性快速排序法等。 在具体项目实施中, 方法选取是很灵活的, 但从目前的实际应用来看, 分阶段综合使用是一种比较好的方法。 1. 2 方法介绍 道氏火灾爆炸指数评价道化法(DOW )是最早美国道(DOW) 化学公 司 1964 年提出的“火灾爆炸指数”评价法。该评价法是以能代表重要 物质在标准状态下的火灾、爆炸或放出能量的危险性潜在能量的“物 质系数”为基础,同时把引起火灾或爆炸时特殊物质危险性、取决于 装置操作方式的一般工艺过程危险性以及操作条件和化学反应的特 殊过程危险性等作为追加系数加以修正,计算出“火灾爆炸指数”,并 根据指数的大小对石油化工装置的危险性程度进行分组, 再根据不同 的等级提出相应的安全对策措施。道法评价程序,如图 1 所示。

图1

道化(七版)法评价程序图

该评价法主要依据以往的事故统计资料、 物质的潜在能量和现行的安 全措施情况, 对生产过程中或操作过程的固有或潜在的火灾爆炸危险, 以及对这些危险可能造成的后果的严重性进行识别、分析和评估,并 以设定的指数、级别或概率,对所评估的系统数或某项操作的危险性 给以量化处理,确定其发生的概率和危险性程度,以便采取最经济、 合理及有效的安全对策。 1. 3 评价程序及计算公式 (1)根据相关表格确定物质系数 MF。 (2)计算一般工艺危险系数 F1 和特殊工艺危险系数 F2 (分别等于基本 系数 1.00 与各项修正系数之和) 。 (3)单元工艺危险系数 F3 = F1 ×F2。 (4)火灾爆炸指数 F&E I = F3 ×MF。 (5)暴露区域内基本最大可能损失(Base MPPD) : ①暴露区域半径 R = F&E I ×0. 267; ②暴露区域面积 S = 3. 14·R2 ; ③由 F3、MF 值用图表查出单元危害系数; ④暴露区域内财产损失 A A =原投资×0. 82 ×物价系数(万元) ; ⑤基本最大可能财产损失(基本 MPPD) 基本 MPPD =A ×DF。 (6)实际最大可能财产损失(Actual MPPD) : ①安全补偿措施系数 C C =C1 ×C2 ×C3 式中: C1 ———工艺控制措施补偿系数; C2 ———物质隔离措施补偿系数; C3 ———防火措施补偿系数。 ②实际最大可能财产损失 实际 MPPD =基本 MPPD ×C (7)最大可能工作日损失 MPDO。 将最大可能财产损失 MPPD 代入评估方法提供的图表中,就可以得 出最大可能工作日损失 MPDO。 (8)停产损失 B I。 B I = (MPDO /30) ×VPM ×0. 07 (万元) 式中:VM P———每月产值; 0. 07———固定成本和利润系数。 2 储罐的安全评价 2. 1 评价对象简介 气保站有 2 个液氨储罐,1 个 50m3 ,1 个 25m3,罐区内设有 1 个消

防栓及 6 台卧罐喷雾,自动喷淋装置等消防设施。从历年来的防火检 查以及下发的责令改正通知书可以明确看出储罐存在如下火灾隐患: ①安全距离问题。 《城镇燃气设计规范》GB50028—93、5. 4. 7 明确规 定与民用建筑的防火间距为 25m, 而厂区与其邻近的一所新落成小学 最大距离仅为 10m。②器材维护问题。 《消防法》第二章第十三条(五) 明确规定,机关、团体、企业、事业单位应当按照国家有关规定配置 消防设施和器材、设置安全标志,并定期组织检验、维修,确保消防 设施和器材完好、有效。但该厂连续两年被责令对其已有消防器材进 行维护。③区内管理问题。 《易燃易爆化学品监督管理办法》第三章 第十四条规定经营易燃易爆化学物品的单位和个人, 必须有消防安全 管理制度。 该厂管理却存在诸如机动车进入库区排气管未安装阻火器、 静电导除(管线上每 20m 及 90 度弯头处设置倒除静电设施, 液化气输 送管线法兰连接处按每相邻两法兰之间均设置倒除静电设施)等漏洞。 因此有必要对此储罐进行安全评价,采用相应的防火措施,以保障储 罐的安全性。 2. 2 火灾爆炸指数的计算 2. 2. 1 一般工艺危险系数( F1 )的计算(见表 1) 2. 2. 2 特殊工艺危险系数( F2 )的计算(见表 2) 表 1 一般工艺危险系数( F1 )的计算 一般工艺危险 危险系数 采 用 危 选取原因 险系数 1. 00 1. 00 基本系数 物料处理与运 0. 2 ~ 1. 0. 85 05 输 通道 0. 2 ~ 0. 0. 20 35 排放和泄漏控 0. 2 ~ 0. 0. 50 50 制 对 NF = 3 或 NF = 4 的易燃气 体,系数为 0. 85 库区面积小于 2312m2 通道不 符合要求, 影响消防活动, 系数 取 0. 20 设有堤防已防止泄露液流到其 他区域, 但堤防内所有设备露天 放置 时,系数为 0. 50

2. 55 一般工艺危险 系数( F1 ) F1 = 1. 00 + 0. 85 + 0. 20 + 0. 50 = 2. 55 表 2 特殊工艺危险系数( F2 )的计算 特殊工艺危 危险系数 采 用 危 选取原因 险 险系数

基本系数 毒性物质

1. 00

1. 00 毒性物质的危险系数为 0. 2NH 计算的总能量为 2. 0 ×109Btu, 查 表“储存中的液体和气体”得到系 数 腐蚀速率小于 0. 127mm / a 时取 0. 10 压缩密封处可能出现轻微泄露 时,系数为 0. 10

0. 20 ~ 0. 0. 20 80 0. 50 储存中的液 体及气体

腐蚀与磨蚀 0. 10 ~ 0. 0. 10 75 泄漏 0. 10 ~ 1. 0. 10 50 1. 90 特殊工艺危 险系数( F2 ) F2 = 0. 20 + 0. 50 + 0. 10 + 0. 10 = 0. 90 2. 2. 3 工艺单元危险系数( F3 )的计算 F3 = F1 ×F2 = 2. 55 ×0. 90 = 4. 845 2. 3 物质系数(MF)的计算 物质系数是计算火灾爆炸指数的一个基本数据,表示物质在火灾 爆炸事故中所释放能量大小的特征。按物质系数 MF 查表得 MF = 21 2. 4 火灾爆炸指数 F&E I 的计算 F&EI = F3 ×MF = 4. 845 ×21 = 101. 745 F&EI 值与危险程度的关系,见表 3。 表 3 F&E I 值与危险程度的关系 F&EI 值 危险等级 1—60 最轻 61—96 较轻 97—127 中等 128—158 很大 〉159 非常大 储罐的 F&E I 值达到 101. 745 ,火灾爆炸危险等级属于中等。 2. 5 最大可能财产损失计算 2. 5. 1 影响区域半径 R 的计算 影响区域是指区域内的设备将会暴露在火灾爆炸环境中,在火灾 爆炸事故中可能受到破坏暴露区域半径: R = 101. 745 ×0. 267 = 27. 17 (m) 。 2. 5. 2 暴露区域面积 S 的计算 S = 3. 14 ×27. 172 = 2318 (m2 ) 暴露区域内设备、 建筑等原投资为 500 万元, 物价系数取值为 1A = 500 ×0. 82 ×1 = 410 万元

2. 5. 3 单元危险系数 DF 的计算 危险系数达标火灾爆炸事故的综合效应,根据 DF 与 F3 和 MF 的关系曲线,查得 DF = 0. 72 2. 5. 4 安全措施补偿系数 C ①工艺控制安全补偿系数(C1 ) ,见表 4。 表 4 工艺控制安全补偿系数(C1 ) 项目 补 偿 系 数 采 用 选取原因 范围 补 偿 系数 0. 98 应急电源 0. 98 配备了应急电源,系数取 0. 98 0. 97 - 0. 0. 97 冷却 有备用设备, 冷却能力为正常需要的 99 1. 5 倍,且至少维持 10min,系数为 0. 97 操作规范/ 0. 91 - 0. 0. 91 具备列举操作规程,系数取 0. 91 99 程序 化 学 活 泼 0. 91 - 0. 0. 98 需要时进行检查,系数取 0. 98 性 物 质 检 98 查 其 他 工 艺 0. 91 - 0. 0. 94 进行危险和可操作性研究,系数取 98 0. 94 危险分析 C1 = 0. 98 ×0. 97 ×0. 91 ×0. 98 ×0. 94 = 0. 80 ②物质隔离安全补偿系数(C2 ) ,见表 5。 表 5 物质隔离安全补偿系数(C2 ) 项目 补偿系数范围 采用补偿 选取原因 系数 0. 96 远 距 0. 96 - 0. 98 有远距离控制阀,系数取 0. 98 离 控 制阀 0. 95 排 放 0. 91 - 0. 97 排放装置能处理中等数量的 系统 物料时,系数取 0. 95 C2 = 0. 97 ×0. 95 = 0. 931 ③防火设施安全补偿系数(C3 ) ,见表 6。 表 6 防火设施安全补偿系数(C3 ) 项目 补偿系数 采 用 选取原因 范围 补 偿 系数 泄 漏 检 测 装 0. 94 - 0. 0. 98 安装了可燃气体检测, 但只能报警

置 消防水供应 系统 洒水灭火系 统 泡沫灭火装 置 手提式灭火 器材/喷水枪 电缆防护

98 和确定危险范围,系数取 0. 98 0. 94 - 0. 0. 94 消防水压力大于 690kPa,系数取 97 0. 94 0. 74 - 0. 0. 97 洒水灭火系统补偿系数为 0. 97 97 0. 92 - 0. 0. 97 手动泡沫灭火装置,系数取 0. 97 97 0. 93 - 0. 0. 98 配备了与火灾危险相应的手提式 98 灭火器,系数取 0. 98 0. 94 - 0. 0. 98 采用金属罩,罩上涂漆,系数取 0. 98 98 C3 = 0. 98 ×0. 94 ×0. 97 ×0. 97 ×0. 98 ×0. 98 = 0. 83 安全补偿措施系数: C =C1 ×C2 ×C3 = 0. 80 ×0. 931 ×0. 83 = 0. 62 F&EI = 101. 745 ×0. 57 = 63 经过安全措施补偿后,危险等级降为较轻。 2. 6 基本 MPPD 和实际 MPPD 的计算,见表 7 基本最大可能财产损失表示没有任何一种安全措施而造成的损失, 实 际可能财产损失表示在采取适当的安全措施后事故造成的财产损失。 基本 MPPD = 410 ×0. 72 = 295 (万元) 实际 MPPD = 295 ×0. 62 = 183 (万元) 表 7 基本 MPPD 和实际 MPPD 的计算 项目 评价对象 21 物质系数 27. 17 暴露区域半径 2318 暴露区域面积 410 暴露区域内财产价值(万元) 0. 72 危害系数 295 基本最大可能财产损失(万元) 0. 62 安全措施补偿系数 183 实际最大可能财产损失(万元)

3 评价结果与安全对策 3. 1 评价结果 以上计算结果可以看出,一旦压缩储罐发生危险,其后果及造成的损 失都是巨大的。评价储罐的原有火灾危险等级评定为“中等”,在经过 安全措施补偿的工艺控制安全补偿、防火设施安全补偿、物质隔离安 全补偿修正后,减低为“较轻”,充分说明了安全补偿系统,在防火安

全中起到的至关重要的作用,只有尽可能全面的设置,才能完善其防 火体系,发挥其最大效用。 3. 2 储罐的应急预案 针对以上问题, 对于该厂储罐区一旦发生事故笔者认为应采取以下措 施。 ①立即关闭与之相连的其他储罐气液相阀门,并采用堵漏胶、专用夹 具冰冻法进行临时堵漏, 减少泄露, 在泄露扩散范围仅限于罐区内时, 采用 Y 型泵倒灌, 必要时连接排污管倒灌, 若泄露扩散之生活区域, 全厂断电、 倒灌采用自流方式至备用空罐, 并立即通知供电系统断电, 扩大警戒范围,罐区喷淋系统阀门全部开启待命。②根据泄露扩散范 围和指挥部命令,迅速实施全面警戒范围,组织人员进行汽槽、钢瓶 的转移疏散,禁止各类进场人员携带火种,禁止处消防车外的车辆入 内。③厂内义务消防队持灭火器材密切监视现场情况,随时准备扑灭 可能产生的爆燃,消防水枪按指挥部调度,对泄露部位,泄漏天然气 进行喷射,降低浓度。 3. 3 安全对策 除掌握了天然气、煤气的火险特性、火灾原因、防火措施等以外,还 应从技术上和行政上加强管理和监督,及时发现和整改隐患,同时还 要加强执法力度,市政规划、公用事业、公安消防、劳动安全、市政 监察等各有关职能部门必须通力协作, 共同参与预防和处置天然气事 故,力争将这类事故隐患消灭在萌芽状态,严防各类违章建筑和燃气 管道违章施工而留下隐患。除了严格按照相应得法规、规范的规定设 计和管理之外,还有以下几点值得探讨。 3. 3. 1 加强区内管理 ①建立天然气泄漏情况的人工监测系统和定期巡回检查制度。 根据工 作任务岗位特点和要求选择合适的人员, 推行标准化作业通过教育 训练提高人员的消防知识技能水平做到持证上岗作业审批。 ②合理地 安排工作任务调节好工作休息时间防止发生疲劳和使人员心理紧张。 ③增大行为风险加大违章违纪处罚力度。④加强宣传,提高全社会的 安全防范意识。⑤配备企业专职消防队。 3. 3. 2 引入计算机控制 有步骤的研究由计算机控制城市天然气管道泄漏监测、 远距离集中显 示和遥控锁定系统, 逐步实现中央控制室控制监测管网重点部位的泄 漏情况,发现泄漏时能及时关闭泄漏部位上游的阀门。虽这天然气的 逐步普及,城市里的天然气站点会越来越多,讲它们记录在案,统筹 管理, 在繁多的安全管理工作中通过借用计算机为管理辅助手段对安 全信息进行管理可以有效提高工作效率在安全管理活动中需要使用 和管理大量的数据及信息而直接由人工操作处理的话其工作量极大

并且处理难度也大。 根据目前安全管理的实际情况以及结合各单位的 情况建立计算机系统安全管理网络通过网络可以实现资源共享提高 信息传输速度和可利用率提高经济效益通过网络领导者可以随时查 阅资料为生产经营服务实现安全管理水平随着社会发展企业利用计 算机进行安全管理是管理的必然趋势。 3. 3. 3 与后期城市规划相协调 政府各有关职能部门必须通力协作, 协调后期城市规划和原有天然气 站间的矛盾。由于储配站起调峰功能决定其不能远离城市,一般设置 与城市边缘。但随着城市发展、城市规模扩大,储配站将会被城市包 围,其危险性日益明显。以本次的评价对象为例,根据厂方关于防火 间距不足做出的答复可知, 与该厂防火间距不足的小学兴建于该厂之 后,有关部门在未经仔细审核的情况下,草率地批准了小学的建设, 不仅严重影响了原有天然气站的安全问题, 也为该地区的防火工作留 下了严重隐患。 因此严格遵守建设部、 劳动部、 公安部联合颁布的 《城 市燃气安全管理规定》(1991 年 5 月 1 日起施行) 、 《城镇燃气设计规 范》等规程、法规,都是有关燃气安全的技术性规程和行政法规也就 显得尤为重要。 消防部门对于各自管区内的天然气站位置以及其周围 基本情况应该做到心中有数,一旦发现新的建筑规划与之相矛盾,应 主动与相关部门取得联系尽早解决。 3. 3. 4 保证消防安全设施的效能 罐区设计中采用了较多的安全装置和防火设施进行补偿, 使评价单元 实际的火灾危险程度下降了 1~2 个级别, 大大降低了其火灾危险性。 可见,消防安全设施是十分重要的,在生产实践中必须重视消防安全 设施的完好率和投用率。否则,罐区的危险等级仍会回升。 4 结束语 DOW (道)化学公司火灾爆炸指数评价方法有很强的可操作性,依据 天然气储罐区的固有火灾危险性、 监控预警系统和各种消防安全措施 等分析结果,可发现现实中所存在安全问题,并提出一定的措施和建 议,为罐区的科学化、正规化管理和指导安全操作提供可靠的依据。 但这种方法只是从宏观上分析评价火灾爆炸危险性的程度, 筛选重要 的危险源,而无法从微观上具体找出产生事故的原因,在运用 DOW 评价法时,可以借助事故树法等评价方法来进行具体分析。 参考文献: [ 1 ] 顾祥柏. 石油化工安全分析方法及应用. 北京. 化学工业出版 社, 2001. 982140. [ 2 ] 道化学公司火灾、 爆炸危险指数评价方法[M ]. (第 7 版). 北京: 中国化工安全卫生技术协会, 1997. [ 3 ] 李一铷. 火灾、爆炸危险评价方法选择及介绍[ J ]. 劳动保护

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