（安全技术及工程专业论文）石油化工企业危险性分析及评价.pdf

东北大学硕士学位论文 r i s k a n a l y s i sa n d a s s e s s m e n ti n p e t r o c h e m i c a le n t e r p r i s e a b s t r a c t b a s e so nt h ea c c i d e n ta n a l y s i so fp e t r o c h e m i c a lc o r p o r a t i o n ，t h et h e s i sd i s s e r t a t e s t h eh a z a r da n dd e l e t e r i o u sf h c t o ro fp e t r o c h e m i c a lc o r p o r a t i o n t h et h e s i sc o n t r a p o s e s t h el i m i t a t i o no fm a j o rh a z a r di d e n t i f i c a t i o n ，b r i n g so u tam e t h o do fd e t e r m i n ew h e t h e r t h es t e a mb o i l e ri sm a j o rh a z a r d u s i n gf m e c at oa n a l y s i sr e a c t i o n - r e g e n e r a t i o ns y s t e m ，c r a c k i n ge q u i p m e n ta n d a s s i m i l a t i o ns t a b i l i z a t i o ns y s t e m a n a l y s i sr e s u l ti n d i c a t e st h er p no i 、l a m p b l a c k m a c h i n ep u m pa n dt ：r i n a r ye d d ya r eg r e a t ，t h em a j o rf a u l to fl a m p b l a c km a c h i n ea r e l i b r a t i o na n dl a s hc a u t e r i z a t i o n ，t h em a j o rf a u l to ft r i n a r ye d d yi se x p o s u r ec a u t e r i z a t i o n t h ec a u t e r i z a t i o no fr e g e n e r a t i o na r ec h e m i s t r yc a u t e r i z a t i o na n ds u l f i l rc a u t e r i z a t i o n t h i sp r o b l e mi st h ek e yo f l o n g p l a y i n gr u no fc a t a l y z e c r a c k i n ge q u i p m e n t s t h et h e s i sf o c u s e so nt h em a j o ra c c i d e n t si nl p gt a n kr e g i o n ，g a s o l i n et a n kr e g i o n c r u d eo i lt a n k r e g i o n s t e a m b o i l e ra n dc a t a l y z e c r a c k i n g e q u i p m e n t s o t l p e t r o c h e m i c a lc o r p o r a t i o n ，t h e ya r el e a k ，f i r ea n de x p l o d e a n a l y s i sr e s u l ti n d i c a t e st h a t w h e nal0 0 0 m 3l p gt a n ko c c u r si n s t a n t a d e o u sl e a kw i t h o u tw i n d c a nj b 丌”a c o l u m n i f o r ma i rm a s sw i t hr a d i u s5 7 6 m ，a f t e r5m i nt h ea i rm a s sd i f f u s e so nal a r g e s c a l e w h e nal p go c c u r sc o n t i n u o u sl e a kw i t h o u tw i n d 1 e a kr a t ei sl4 7 m s 1 e a kt i m e i s3 0 m i n 、c a nf o r maf o g g ya i rm a s sw i t hh e i g h to3 ma n da r e al0 0 0 0 m 2 , t h ed e f e n dw a l l c a l lb l o c ko f ft h ed i f f u s e so fa i rm a s s a tl a s ts t u d y i n go nm e r g e n c yr e s p o n s ea n dp r e v e n tm e a s u r eo fl e a k ，f i r e b l a s t a c c j d e n t k e y w o r d s ： r i s ka n a l y s i s ，r i s ka s s e s s m e n t ，h a z a r di d e n t i f i c a t i o n ， a c c i d e n tc o n s e q u e n c e ，e m e r g e n c yr e s p o n s e i 】 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：f 营海 日期：2 d d 了f 2 2 7 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东j b 大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名； 签字日期： 导师签名： 签字日期： 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 序言 第一章绪论 随着国民经济的发展，人们生活水平的提高，安全问题也目趋明显，各类重 大工业事故及火灾爆炸事故不断增加，给人们生命和财产带来巨大损失。2 0 0 0 年 工矿企业共发生职工伤亡事故8 1 7 1 4 0 起，死亡1 0 8 9 9 0 人。2 0 0 1 年全国共发生各 类事故1 0 0 0 6 2 9 起，死亡1 3 0 4 9 1 人。2 0 0 2 年全国共发生事故1 0 7 3 4 3 4 起，死亡 1 3 9 3 9 3 人。2 0 0 3 年全国共发生各类事故9 6 3 9 7 6 起，死亡1 3 7 0 7 0 人，2 0 0 4 年会 国共发生各类事故9 6 6 1 5 9 起，死亡1 3 6 7 5 5 人。 进入新世纪，科学技术不断发展，新能源、新材料不断出现，从而产生了新 的危险。人类在发展现代科学技术，拥有现代科学技术所创造的巨大财富和享受 现代美好生活的同时，也尝到了现代人类文明的苦果。尤其是随着石油化工行业 的发展，石油化工产品在工业和居民日常生活中都占有十分重要的位置，人们的 衣、食、住、行都离不开它。而石油化工企业生产过程中使用大量易燃、易爆、 有毒及强腐蚀性原材料，所以在其生产、使用、储存、运输、经营及废弃处置等 过程中发生的火灾、爆炸、中毒、放射等事故也越来越多，造成危害也越来越大。 1 9 7 4 年英国的弗利克斯保罗工厂发生了环已烷蒸气云爆炸事故，使2 8 人世生， 8 9 人受伤，2 4 5 0 幢房屋损坏，直接经济损失达7 0 0 万美元。1 9 8 5 年，发生在墨西 哥液化石油气爆炸事故“，导致6 5 0 人死亡，2 5 0 0 多人受伤。1 9 8 9 年8 月1 2 日， 发生在我国石油天然气总公司管道局胜利输浊公司黄岛浊库的特大火灾“，造戍 1 9 人死亡，1 0 0 多人受伤，直接经济损失3 5 4 0 万元。1 9 8 4 年1 2 月1 9 日，墨西哥 城一个容量达1 6 0 0 0 m 3 的液化气储存厂由于气罐泄漏引发的火灾及爆炸事故，导致 5 0 0 多人死亡，7 0 0 0 多人受伤，大量的工业和生活设旋毁坏“”。西安市煤气公司 液化石油气管理所是西安市煤气公司液化石油气的储存罐区，地处古城西南郊。 南边为铁路专用线，西边是农田。该所占地2 3 3 3 4 5 叮，西墙内侧南北相距1 5 m ， 立有2 个容积均为1 0 0 0 m 3 储存液化石油气3 7 0 t 的球型储罐：往东2 0 m ，是2 个南 北并立、间距不足l o m 、容积为4 0 0 m 的球型储罐各储存液化石油气1 1 7 t ；小球 罐东侧l o m 处，由西往东依次排开，是l o 个高出地面2 m 、容积1 0 0 m 3 的卧式储罐。 整个罐区大小1 6 个储罐共储存液亿石油气1 1 7 0 t 。1 9 9 8 年3 月5 日晚，储罐区内， 相继发生了4 次爆炸，出事现场一片火海，有6 个储罐被焚毁，3 0 人受伤，1 2 人 死亡，其中煤气公司职工5 人、消防干警7 人，幸未殃及附近屠民，直接经济损 东北大学硕士学位论文第一章绪论 失4 7 0 余万元。2 0 0 5 年1 1 月1 3 日，中石油吉林石化公司双苯厂苯胺装置发生的 爆炸着火事故，导致5 人当场死亡，更为严重的是l o o t 左右苯类污染物流入松花 江，使松花江发生重大水污染事故。 自建国以来，据不完全统计“，我国发生重大典型泄漏事故共5 0 余起，其中 由泄漏导致的中毒、火灾、爆炸事故4 0 余起，而由爆炸等原因导致的泄漏中毒事 故1 0 余起。马斯洛的需要层次理论认为。1 ，在人类为维持生命、延续种族而产生 的最原始、最基本的需要得到满足之后，会产生安全需要。安全是人类最重要的 生存条件之一，同时也是社会发展的基本条件。 这些事故的共同特点是，事故造成的人员伤亡、物质损失、环境污染非常严 重，其影响范围往往超出工厂的围墙，威胁公众安全，甚至威胁邻国居民安全。 一个国家的安全生产水平是其社会文明程度的标志之一，也是一个国家的经济实 力、科技发展水平和职工素质的具体体现。 石油化工企业是一个危险程度高、容易发生事故的行业，所以对该类企业的 危险性进行分析就显得非常重要。 1 2 石油化工企业特点及事故统计 1 2 1 石油化工企业特点 石油化工过程是以原油、油田伴生气或天然气为基本原料，通过一系列特定 工艺( 或过程) ，例如常减压蒸馏，催化裂化，催化重整，炼厂气加工及产品精制 等，把原材料加工成各种石油产品，如各种牌号的汽油，煤油、柴油，润滑油， 溶剂油、重油、蜡油、沥青和石油焦，以及其它各种石油化工产品的生产过程。 由于自身的工艺特点所限，石化工业是一个危险性较高的行业，总体来说， 它主要具有如下特征： ( 1 ) 生产材料的多危险性 从原料到产品，包括各种半成品、中间体、溶剂、添加剂、催化剂等，绝大 多数属于易燃易爆、有毒有害和强腐蚀性的物质，具有发生各类火灾、爆炸，泄 漏、损伤、毒害事故的可能。 ( 2 ) 生产工艺的连续性和长周期性 生产工艺多、过程复杂，各工厂、车间、工序之间原料、产品互相利用、互 相制约，必须按比例严密配合、连续长周期作业。 ( 3 ) 加工过程的封闭性 一切加工过程都在封闭在管、泵、罐中，其内部状况难以直接观察。整个生 2 东北大学硕士学位论文第一章绪论 产情况都要根据由传感器、变送器输送到控制中心的仪器仪表上的各种压力、流 量、温度信号来反映。 ( 4 ) 物耗、能耗的集中化和扩大化 近年来，石化生产一次加工能力不断提高，年加工能力在数百万t 的装置依 次投产，生产中的能耗、物耗在不断集中化和扩大化。 1 2 2 石油化工企业事故统计 原石化总公司自1 9 8 6 年到1 9 9 7 年所发生的重大事故列于表1 1 ，图1 1 揭示 了原石化总公司1 2 年间的事故变化趋势。 表1 1 原石化总公司1 9 8 6 1 9 9 7 年事故情况 年份 8 68 78 88 99 09 19 29 3 9 49 59 69 7 图1 i 原石化总公司1 9 8 6 1 9 9 7 年事故变化趋势 f i g 1 i t h ea c c i d e n t s st r e n do f f o r m e f l yp e t r o e h e r a i c a lc o r p o r a t i o nf r o m1 9 8 6t o1 9 9 7 从此数据统计来看，石化企业的事故具有如下几个特点： ( 1 ) 随着石化系统生产规模的扩大，无论是事故的宜接经济损失还是单位事故 损失都呈上升趋势。重大事故次数与死亡人数基本无大的变化，重伤人数略有下 一3 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 降，总体来说，事故的发生概率在逐渐降低，但事故居果的严重度在增加。 ( 2 ) 无论个石化企业来说，决定事故后果严重程度的是那些蕴涵能量的装嚣本 身或者本身具有危险性的物质，即第一类危险源是事故发生的前提，它决定事故 后果的严重程度；而决定事故发生可能性大小的主要因素是导致能量或危险物质 的约束或限制措施破坏或失效的各种不安全因素，即第二类危险源是事故发生的 必要条件，并决定事故发生的可能性大小。因为第一类危险源的危险性是固有的， 所以提高系统安全性的措施的重点应放在对第二类危险源的控制上。 ( 3 ) 事故总损失主要取决于上报的事故数和非计划停工数，即要加强生产装置 的安全管理工作，尤其是对没有造成人员伤亡的停车类事故的管理，这类事故虽 然没有造成人员的伤亡，但会带来经济损失，因此必须加强对该类事故的控制。 1 2 。3 石化企业事故分类 石化企业发生的事故主要分为以下几种： ( 1 ) 火灾( 爆炸) 事故。 ( 2 ) 毒气泄漏事故。 ( 3 ) 紧急停车事故。 具体是指在石化企业的生产过程中，发生了必须紧急停车才能防止或减弱各 类人员损伤事故的情况，这类事故中虽然一般不会有人员的伤亡，但是由于停车 而影响了生产的连续性，所以必然会造成生产机会的丧失、进而造成经济上的损 失。 ( 4 ) 生产条件事故。 指石化企业生产运转过程中由于某一环节的物料供应发生中断或波动所引起 的停车事故。 从统计数据来看，火灾( 爆炸) 事故的发生次数最少，其次为紧急停车事故， 但火灾( 爆炸) 事故持续时间最长，其次为毒气泄漏，从事故所造成的影响及后 果来看，火灾( 爆炸) 与毒气泄漏这两类事故是石油化工过程中安全防范的重点。 1 3 危险性评价概述 1 3 1 危险性评价的定义 危险性评价( r i s ka s s e m e n t ) 也叫安全评价( s a f e t ya s s e s s m e n t ) ，它是以实现 系统安全为目的，按照科学的程序和方法，对系统中的危险因素、发煞：事故的可 一4 东北大学硕士学位论文 第一幸绪论 能性及损失与伤害程度进行调查研究与分析论证，从而为评估系统总体的安全性 以及为制定基本预防和防护措施提供科学的依据“1 。 危险性评价是以实现系统安全为目的，应用系统安全工程原理和方法，对系 统中存在的危险因素、有害因素进行辨识与分析，判断系统发生事故和职业危害 的可能性及其严重程度，从而为制定防范措施和管理决策提供科学依据。 危险性评价通过对系统中存在的危险性识别及危险度评价，客观地描述系统 的危险程度，从而指导人们预先采取相应措旖，以降低系统的危险性。 危险性评价包括识别危险性和评价危险程度两个方面。前者在于辨识危险源， 确定来自危险源的危险性；后者在于控制危险性，评价采取控制措施后仍然存在 的危险性是否可以被接受。 1 3 2 危险性评价的发展史 最初的危险性评价发源于2 0 世纪3 0 年代的保险业。企业危险性评价则从化 工行业开始，始于2 0 世纪6 0 年代。1 9 6 4 年，美国道化学公司最先推出适用于化 工企业的火灾爆炸危险性评价方法，即著名的道氏火灾爆炸指数法，它的基本思 想是：以物质系数为基础，再考虑工艺过程中的其它因素，如操作方式、工艺条 件、设备等的影响，来计算每个单元的危险度数值，然后按数值大小划分危险度 级别。1 9 7 4 年，英国帝国化学公司( i c i ) 蒙德( m o n d ) 分部在道氏火灾爆炸指数法的 基础上，扩充了毒性指标，并对所采取的安全措施引进了补偿系数的概念，从而 把指数法向前推进了一大步。1 9 9 4 年，道化学公司在几经修订的基础上，推出了 道氏火灾爆炸指数法的第7 版。 作为一种经济而洁净的能源，电能在全世界得到了广泛的应用，其中的核电 站更是因为它的高效性而受到了各国政府的青睐，但人们对它的安全性亦十分关 心。为了准确评价核电站的安全性，2 0 世纪6 0 年代末、7 0 年代初，人们开发了 概率安全评价方法，即定量风险评价方法。1 9 6 7 年，f a r m e r 最先提出概率安全评 价思想。1 9 7 4 年，美国的r a s m u s s e n 教授领导的研究小组发表了“商用核电站轻 水反应堆的风险评价”报告，即著名的w a s h 1 4 0 0 报告。它第一次成功地运用事 件树分析( e t a ) 和故障树分析( f t a ) 方法，对核电站风险进行了定量分析和计算， 并和已经存在的社会风险进行了比较。这在安全分析史上是一个重要的里程碑， 在世界各国产生了广泛而深入的影响。在过去的2 0 多年里，概率风险评价方法在 核电和宇航等行业得到了较快的推广。 2 0 世纪7 0 年代以来，随着科学技术的进一步发展，石油化工和运输等行业由 于其自身的工艺特性而一次性处理易燃、易爆、有毒危险品的数量越来越大，重 5 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 大火灾、爆炸、毒气泄漏事故的发生频率增加，后果更加严重。但这些行业的生 产条件比起核电站和宇航业的生产条件来更为复杂。为了积累在这些行业进行概 率风险评价的经验，英、荷、美、德等国进行了大量的研究工作。在经历了一些 惨痛的事故之后，世界各国都成立了专门的机构以加强对危险源的评价和控制工 作，英国卫生与安全委员会( h s c ) 设立了重大危险咨询委员会( a c 删) ，负责研究重 大危险源辨识、评价技术，提出重大危险源的控制措施。1 9 7 6 年，应英国环境与 就业大臣的要求，英国卫生与安全委员会对c a n v e y 岛的工业设施危险性进行了评 价。该项研究的目的是了解现有工业设施及建成炼油厂后对岛上居民造成的危险 性。1 9 7 9 年，应荷兰居民安全委员会的要求，英国的c r e m e r w a m e r 公司和德国的 b a t t e l e 公司对r i j n m o n d 地区的六个工业设施进行了风险评价。此项研究的一个 重要目的是探索对石油、化工设施进行风险分析的可行性，为实际应用积累经验。 特别是最近十几年，国外对石化、交通运输行业定量安全评价的可行性、程序和 需注意的问题进行了充分研究，开发了相应的定量风险评价软件，文献量迅速增 加。专家们预言，在石油、化工和交通运输等行业开展定量风险评价是今后的 个必然趋势。 我国的危险评价工作起步于2 0 世纪8 0 年代初期。1 9 8 8 年，机械电子部制订 了机械工厂安全性评价标准。1 9 9 2 年，化工部劳保所制订了化工厂危险程度分 级方法。目前，石油、化工、军工、航空等行业都制订了各自的安全评价标准。 需要特别指出的是，为了加强对我国重大危险源的管理和控制，有效防止重大工 业事故的发生，1 9 9 2 年国家科委将“重大危险源的评价与宏观控制技术研究”列 为国家“八五”科技攻关计划的内容。通过研究，提出了易燃、易爆和有毒重大 危险源危险性评价方法。按照这个方法，为了评价火灾、爆炸、有毒重大危险源 的现实危险性，或者为了划分火灾、爆炸、有毒重大危险源的危险级别，都必须 计算火灾、爆炸、毒物泄漏事故的严重度。而且，事故严重度的计算要求从物理 规律出发，采取完全定量的方法，而不能采用打分的简单方法这是本评价方法的 一个重要特色，也是它的一个主要优点，道氏火灾爆炸指数法则没有与此相关的 考虑。不过，从整体上看，它只是一个半定量的方法，因为评价指数中的许多部 分还是用打分的方法计算出来的。1 9 9 8 年2 月5 日，劳动部颁发了“建设项目( 工 程) 劳动安全卫生预评价单位资格认可与管理规则和“建设项目( 工程) 劳动安全 卫生预评价管理办法”两部法规。根据这两部法规，今后所有国家大中型建设项 目，在工程可行性研究阶段，都必须进行建设项目劳动安全卫生预评价。但目前 有关安全评价，尤其是定量危险性评价的中文资料在国内十分缺乏。 6 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 1 3 3 危险性评价方法 ( 1 ) 道化学公司火灾、爆炸危险指数评价法【l 】 1 9 6 4 年，美国道化学公司( d o w sc h e m i c a lc o ) 提出了以物质系数为基础的评 价方法。1 9 6 6 年，进一步提出了火灾、爆炸指数的概念，表示火灾、爆炸的危险 程度。1 9 7 2 年，提出了以物质的闪点( 或沸点) 为基础，代表物质潜在能量的物质 系数，结合物质的特定危险性、工艺过程及特殊工艺的危险值，计算出系统的火 灾、爆炸指数，以评价系统火灾、爆炸危险程度的方法( 即第三版) 。道化学公司 在改进了确定物质系数的方法、提出了估算火灾、爆炸最大可能损失( m p p d ) 的 方法后，于1 9 7 6 年发表了第四版评价法。1 9 8 0 年，提出最大可能停工日数 ( m p d o ) 、计算经营损失( b i ) ，发表第五版。1 9 8 7 年，开始考虑物质毒性，增加 了毒性补偿内容，简化了附加系数和补偿系数的计算方法后，发表了第六版。1 9 9 3 年，在对第六版进行了修改并给出了美国消防协会( n f p a ) 的最新物质系数后，推 出最新的第七版。 道化学公司火灾、爆炸危险指数评价法以物质系数为基础，历经2 9 年，不断 进行了补充、修改、完善，是一种比较成熟、可靠的方法，并且由于其方法独特 有效、容易掌握，受到了世界各国的重视。指数法的采用使结构复杂的系统和用 概率难以表述其危险性的单元进行评价有了可行的方法。这类方法操作简单，是 目前应用较多的评价方法之一，在石油、化工等领域应用较多。指数的采用避免 了事故概率及其后果难以确定的困难，评价指数值同时含有事故频率和事故后果 二个方面的因素。 ( 2 ) 故障类型、影响及危害度分析方法( f m e c a ) 故障类型、影响及危害度分析( f m e c a ) 【6 】【1 3 j 是可靠性工程中的重要分析方法 之一，它以具有明确实效判据( 或主要故障类型) 的部件级或分装置级为基础，充分 利用已有的设计，提高产品和设备固有可靠性或过程可靠性。f m e c a 分析的目的 在于通过对系统的全面分析，找到危害度较大的关键零部件，为设计人员提供指 导，达到完善产品实际，提高产品固有可靠性的目的。目前，在国内外被公认为 最行之有效的可靠性和风险性分析方法之一。 f m e c a 是f m e a 的扩展，f m e a 最早是美国格拉曼公司系统采用了这种方 法，并使此方法具有固体的形式，用于可靠性分析，f m e a 本质上是。种定性的 分析方法，为了能将它使用于定量分析，又增加了危害度分析( c a ) 发展成为 f m e c a 。目前，在与字航有关的部门中，要求必须使用f m e a ；在与安全有关的 交通系统中，采用f m e a 的也日益增加。 f m e c a 分析过程的基本出发点，不是从故障已发生开始考虑，而是分析现有 7 一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 设计方案，在役设备会有哪种故障发生。进行f i v i e c a 分析时，在设计、：e 艺计 划( 设计) 的构思阶段，要反复组织如图1 2 的工作，做到消除设计上的缺陷，达到 提高可靠性的目的。 图1 2f m e c a 分析的基本过程 f 远i 2 t h e b a s i c p r o c e s s o f f m e c a 故障类型的预测：对现有的工艺流程，预测会发生什么故障，列出认为可能 发生的全部故障模式。 故障类型的分级和评价：对故障类型相对地排出优先顺序，定出重点，选定 重要的故障模式。 故障类型的改正措施：由专业技术人员对不希望发生的重要故障类裂研究其 改正措施，提出改正建议。 ( 3 ) 生产作业条件危险性评价法。3 格雷厄姆( k e n e t h j g r a h a m ) 和金尼( g i i b e r tf k i n n e y ) 提出的用生产作业 条件危险性分数评价生产作业条件危险性的方法，是一种相对的评价方法，以被 评价的生产作业条件与某些作为参考基准的生产作业条件相比较为基础，将评价 项目确认为一定分数，最后按总的危险分数来评价其危险性。 格雷厄姆和金尼认为，影响生产作业条件危险性的因素为发生事故的可能性、 人员暴露于危险环境的情况和事故后果的严重度。因此，蚍这三个因素为评价项 目，并以它们分数的乘积来计算生产作业条件危险分数。 ( 4 ) 概率危险性评价 概率危险性评价( p r o b a b i l i s t i cr i s ka s s e s s m e n t ，p r a ) 起源于核电站安 全性的研究，这方面的研究以拉氏姆逊的工作最为著名。概率危险性评价是以某 种伤亡事故或财产损失事故的发生概率为基础进行的系统危险性评价，它主要采 用故障树和事件树分析方法。这种方法早已应用于化工系统的危险性评价。在实 际应用中，该法在美国和大多数的欧洲国家获得了显著的效果。例如，欧共体要 r 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 求对正在运行的1 8 0 0 个危险装置进行概率危险性评价。目前在国外仍然是广泛应 用的方法之一。 由于概率危险性评价耗费人力、物力和时阃，它最适合以下几种系统的危险 性评价： 一次事故也不允许发生的系统，如洲际导弹、核电站等； 其安全性受到世人瞩目的系统，如宇宙航行、海洋开发工程等； 一旦发生事故会造成多人伤亡或严重环境污染的系统，如民航飞机、矿山、 海洋石油平台、石油化工和化工装置等。 ( 5 ) 重大事故后果评估“1 重大事故是指重大危险源在运行中突然发生重大泄漏、火灾或爆炸，其中涉 及一种或多种有害物质，并给现场人员、公众或环境造成即刻的或延迟的严重危 害的事件。重大事故后果分析是重大危险源评价和管理的一个重要方面，其目的 是定最描述一个可能发生的事故将造成的人员伤亡、财产损失和环境污染情况。 根据分析结果决策者可以采取适当措施，如设置报警系统、压力释放系统、防火 系统以及编制应急响应程序等，以减少事故发生的可能性或降低事故的危害程度。 重大事故后果分析主要包括以下步骤。 划分独立功能单元 对于一个辨识为重大危险源的工厂或储罐区，通常是由相对独立的单元组成。 可以按生产流程划分，也可以按相对独立的平面布置划分。作为后果分析的单元， 应使划分的每个单元包含有超过i 晦界量的有害物质，而且该单元泄漏时与其他单 元是隔离的。隔离设备应是紧急切断阀或在容器内压力或液面下降时能自动关闭 的控制阀。人工控制阀不能作为隔断设备，除非阀门是由清晰明确的信号遥控操 作的。 同一堤坝内的储罐应作为一个单元考虑，因为一个储罐的事故很容易蔓延到 其他储罐。 计算单元中有害物质存量 根据工艺流程和设备参数计算单元中有害物质的存量，并记录物质的种类、 压力、体积或质量。 找出设备的典型故障 分析可能存在的典型故障，每种设备只考虑少数几种情况。 计算泄漏量 分析故障可能造成瞬时的或连续的泄漏，计算泄漏量或泄漏流量。 计算后果 分析泄漏后可能造成的火灾、爆炸等后果，选择合适的模型计算事故对生产 9 东北大学硕士学位论文第一章绪论 现场内或现场外的影响。 整理结果 将计算结果整理成表格，并在单元平而图上划出影响范围 ( 6 ) 其它评价方法 除了以上所介绍的评价方法以外，另外还有神经网络评价法、层次分析法、 改进的层次分析法、故障树分析法、模糊故障树分析法、灰色评价法及改进的灰 色评价法、事故致因突变模型评价法等等。虽然这些将新的理论、新的数学方法 引入危险性评价所形成的新的评价方法尚不够完善，但却为赶险性评价的研究开 辟了新的领域。 1 4 本文的研究内容及研究方法 本文在对石油化工企业事故进行统计分析的基础上，论述了石油化工企业的 危险和有害因素。针对重大危险源辨识( g b1 8 2 1 8 2 0 0 0 ) 所存在的不足，提 出了判定蒸汽锅炉是否为重大危险源的理论与方法。 运用道化学法和l e c 法分析各个生产装置和设施的危险性；运用f m e c a 法， 定量的找到危害度较大的关键零部件；通过现场考查，发现沈阳石蜡化工有限公 司存在的隐患。 运用重大后果评估方法，研究了石油化工企业的液化石油气罐区、汽油罐区、 原油罐区、锅炉以及催化裂化装置发生的泄漏( 包括泄漏后的气体扩散) 、火灾 和爆炸等典型重大事故后果情况，针对具体情况选用适合的计算模型，对各计算 模型的适用范围和参数的选取进行探讨，计算出各种伤害效应对人员伤害和建筑 物破坏情况。 初步研究了沈阳石蜡化工有限公司液化石油气罐区防护墙在液化石油气发生 泄漏时对气体扩散所起到的作用。 根据重大事故后果评估的结论，对沈阳石蜡化工有限公司的应急预案进行了 完善补充，增加了对各种事故救灾等方面的问题，并分析了制定政府应急救援预 案相关的问题。 1 0 东北大学硕士学位论文第二章石油化工企业危险性分析 第二章石油化工企业危险性分析 2 1 沈阳石蜡化工有限公司简介 沈阳石蜡化工有限公司是一个新型的石油化工企业，公司位于沈阳经济技术 开发区内，占地面积1 0 0 万扛1 2 ，建筑面积8 万m 2 。公司目前有员工1 2 0 0 余人。 公司现有六套生产装置：有年加工原油能力7 0 万t 的常压蒸馏装置，5 0 万t 催化 裂解装置，3 3 万t 产品精制装置、1 7 万t 气体分馏装置、8 万t 尿素脱蜡装置、7 万t 非l f 笛氢直流汽油改质装置。公司还建有1 0 2 k m 的铁路专用线和3 4 k m 的原油 输油管线，现有3 台7 5 t h 、s 3 m p a 的锅炉，配套lx 6 0 0 0 k w 发电机组，一外有 三线双路6 6 k v 的供电线路。2 0 0 2 年公司一次性顺利通过了i s 0 9 0 0 1 国际质量体 系认证，标志着公司的安全管理向标准化、科学化、现代化方向迈进。公司的主 要产品为：液蜡、液化石油气、丙烯、石脑油、汽油、柴油等。 沈阳石蜡化工有限公司设有液化石油气罐区、汽油罐区、原油罐区、柴油罐 区等，兵体存储量见表2 1 。 表2 1 沈阳石蜡化工有限公司储罐存储量 t a b l e 2 1t h es t o r a g eo f l a n k o f s h e n y a n g p a r a f f i n c h e m i c a l i n d u s t r y l t d 东北大学硕士学位论文第二章石油化工企业危险性分析 2 2 石油化工危险及有害因素分析 2 2 1 火灾爆炸危险性 ( 1 ) 物料的火灾爆炸危险性 根据涉及的物料的理化性质，可以判定其中干气、氢气、硫化氢、原油、液 化石油气、汽油、甲苯和苯为甲类火灾危险性物质，煤气( 一氧化碳) 、氨为乙类 火灾危险性物质，常压渣油、液蜡为丙类火灾危险性物质。有些物质的闪点较低， 易挥发，其蒸汽易形成爆炸性混合气体，一旦遇到引火源，必然发生火灾爆炸事 故，同时涉及的甲、乙类物质的量很大，事故将造成巨大的破坏和损失。 ( 2 ) 锅炉及压力容器火灾、爆炸危险性 厂内使用大量压力容器，有空压机、余热锅炉、高压蒸汽管道、高压油管道 等，这些设备因承压有发生物理爆炸的危险。 锅炉具有高度爆炸危险性，锅炉房是重点防爆部位。它主要体现在锅炉炉膛 爆炸和锅炉爆炸。 2 2 2 物质的毒害性 涉及的有毒有害物质主要有石油气、硫化氢、二氧化硫、一氧化碳、氨、氯 气、二硫化碳、苯、甲苯、甲醇等。 这些有毒有害物质种类很多，涵盖了刺激性气体、窒息性气体、有机化合物 等多个种类，并有多种致癌物质。主要经呼吸道和皮肤进入体内，亦可经消化道 进入。对人体的危害主要为中毒，可引起呼吸系统、神经系统、血液系统、消化 系统、循环系统、泌尿系统等的损伤，也可引起眼、皮肤、化学灼伤、职业性肿 瘤等损害。 2 2 3 其他危险有害因素 ( 1 ) 使用的机械设备较多，特别是转动设备，即电机及其传动系统，有发生机 械伤害的可能性。 ( 2 ) 需设置电动葫芦单轨起重机，有发生超重伤害的可能性。 ( 3 ) 涉及很多高层平台、高层设备，从高处有可能会掉下有关物件或零部件等， 一1 2 东北大学硕士学位论文 第二章石油化工企业危险性分析 可造成物体打击。高处于台上的物体有可能掉落而使下部人员受至伤害。厂房内 的灯具掉落、高处工具掉落等等都有可能造成物体打击伤害。 ( 4 ) 电气设备较多，作业人员有触电的可能。接触电气设备的人员也很多。变 压器室、配电室的裸导体较多。所以潜在着许多触电危险。供配电系统绝缘不良、 设备接地或接零不良以及个体防护无效也有可能造成触电伤害。 ( 5 ) 由于换热器、反应器、高压蒸汽管道、高温液体管道、锅炉等表面温度都 较高，作业人员有受到灼烫伤害的危险，尤其是发生蒸汽管道爆管、锅炉爆炸时。 ( 6 ) 涉及大量室内外有登高梯台、室外各种储罐、多层工艺设备、塔器，作业 过程中如果稍有不慎，可造成高处坠落伤害事故。 ( 7 ) 噪声主要来自压缩机、离心机、各种泵、风机、锅炉房等。锅炉房风帆产 生的噪声达9 0 一1 l o d b ( a ) 。其他的生产设备也产生噪声，其噪声大小因设备而异。 各种泵、通风机等均产生噪声。蒸汽管线内的蒸汽泄漏会产生漏气噪声。作业人 员有可能受到噪声的危害。 ( 8 ) 产生高温的设备主要是锅炉、热介质管道、换热器等，温度较高。如果这 些设备所在场所通风不畅或防护不当，当气温较高时，人员有中暑的可能。 ( 9 ) 原材料及产品运输采用火车和汽车。作业人员有受到车辆伤害的危险。 ( 1 0 ) 电气设备、配电系统未按规定装设漏电保护器、过电压保护等装置或失 效，线路绝缘损坏、短路，以及防爆场所电气设备、线路、照明不符合防爆要求 等均会发生电气火灾。 ( 1 1 ) 建筑物防雷设计不合理、施工不规范、接地电阻值不符合规范要求，当 雷击建筑物、电力设备、线路等时，会产生雷电过电压，在雷电波及的范围内会 导致严重损坏建筑物、设备并可能危及人身安全。雷电火花还可能引发易燃易爆 物质的火灾、爆炸，造成严重的生命、财产损失。 ( 1 2 ) 火灾、爆炸危险环境内设备、管路防静电设计或施工不规范，在使用、 输送、贮存易燃易爆物质时所产生的静电电荷，不能及时消除，随着时间延续， 静电荷将越聚越多，静电电压逐渐升高，当达到一定程度时，发生放电火花；或 使用有火花工具、穿用不防静电的鞋、服装丙产生静电火花等，均可能引燃易燃 易爆物质，造成火灾、爆炸。 ( 1 3 ) 液化气沸点范围较低，且蒸发潜热较高，气化时需吸收大量热量。平时 都是带压以液体形式储存于密闭容器中，一旦设备、管线、容器发生泄漏，液体 喷出，因急剧变为气体就要从周围环境所遇到的物体上吸收热量造成低温结霜， 如果喷溅到人体上，因急剧吸热，很容易造成人体冻伤。 一1 3 东北大学硕士学位论文 第；章石油化i 企业危险性分析 2 3 重大危险源辨识 重大危险源是指长期或临时地生产、加工、搬运、使用或贮存危险物质，日 危险物质的数量等于或超过临界量的单元“1 。 危险物质( h a z a r d o u ss u b 8 t a n c e ) 是指一种物质或若干种物质的混合物，由于 它的化学、物理或毒性特性，使其具有易导致火灾、爆炸或中毒的危险。 单元( u n i t ) 是指一个( 套) 生产装鼍、设施或场所，或同属一个工厂的且边缘 距离小于5 0 0 m 的几个( 套) 生产装置、设施或场所。 临界量( z h r e s h o l dq u a n t i t y ) 是指对于某种或某类危险物质规定的数量，若 单元中的物质数量等于或超过该数量，则该单元定为重大危险源。 单元内存在的危险物质为多品种时，则按2 1 计算，若满足下面公式，则定 为重大危险源： 曼l + 旦l + + 旦k 1( 2 ，1 ) q 】q 2q 式中：q 。，q 。q ，一每种危险物质实际存在量，t ； o 。q ：q ，i 一与各危险物质相对应的生产场所或贮存区的易燃物质临 界量，t 。 依照重大危险源辨识( g b l 8 2 1 8 2 0 0 0 ) ，沈阳石蜡化工有限公司涉及的易 燃、有毒物质储存量进行了辨识，辨识结果详见表2 2 。 表2 2 易燃、有毒物质的重大危险源辨识表 t a b l e2 2t h em a j mh a z a r do f s h e a y a n gp a r a f f i nc h e m i c a li n d u s t r yl t d 物质 实际储存量t临界量t 通过上表可知液化石油气罐区、原油罐区和汽油罐区属于重大危险源。催化 裂化装置中生产出石油气，通过现场了解得到最大量为1 2 5 0 0 k g ，重大危险源辨 识( g b l 8 2 1 82 0 0 0 ) 中规定生产场所超过1 t 为重大危险源，所以催化裂化装置也 为重大危险源。 为重大危险源。 1 4 东北大学硕士学位论文第二章石油化工企业危险性分析 2 3 1 蒸汽锅炉重大危险源辨识的理论和方法 沈阳石蜡化工有限公司设有7 5 t h 、5 3 m p a 的蒸汽锅炉3 台，锅炉有发生爆 炸的可能性，重大危险源辨识( g b l 8 2 1 8 - 2 0 0 0 ) 中对蒸汽锅炉没有进行说明，关 于开展重大危险源监督管理工作的指导意见( 安监管协调字 2 0 0 5 5 6 号文) 中认 为额定蒸汽压力大于2 5 m p a ，且额定蒸发量大于等于l o t h 的蒸汽锅炉属于重大 危险源，但是很多专家学者认为此说明依据不充分，目前基本上已经不执行此说 明。为了判定锅炉是否属于重大危险源，本节进行了实际计算。 锅炉筒体爆炸主要是物理性爆炸。物理爆炸就是物质状态参数( 温度、压力、 体积) 迅速发生变化，在瞬间放出大量能量并对外做功的现象。锅炉爆炸具有臣大 的破坏力，是由于锅炉内高温高压水汽介质具有巨大能量，在锅炉爆炸中瞬时释 放形成的。锅炉简体中同时容纳有饱和水及饱和蒸汽，因而当锅筒破裂时，几乎 同时发生下述两个过程：饱和蒸汽膨胀降压；饱和水因压力下降而使其中一部分 突然汽化的过程。锅炉的总爆炸能量为饱和水爆炸能量及饱和蒸汽爆炸能量之和。 下面以一台锅炉为例计算锅炉爆炸的能量，判断是否属于重大危险源。 ( 1 ) 蒸汽锅炉爆炸能量 本锅炉的饱和蒸汽压力为5 3 m p a ，锅炉中饱和水容积约1 2 0 m 3 ，饱和蒸汽约 2 5 0 m 3 。 饱和蒸汽能量计算如下： 饱和蒸汽的能量 r盟 e 。：旦1 1 一! ：! ! ! 12 。1 0 ， ( 2 2 ) 8 k - l p j 式中：e 。一气体的爆破能量，k j p 一容器内绝对压力，m p a 卜容器的容积，m 3 七一气体的绝热指数，即气体的定压比热与定容比热之比。( 饱和蒸汽 的k = 1 1 3 5 0 ) r ! 二型 e ，：幽| i - 塑) 旦兰i 。1 0 3 = 9 8 x1 0 s k j 8 l 1 3 5 _ 1 l p j 饱和水的能量 1 5 东北大学硕士学位论文 第二章石油化工企业危险性分析 e w = c w x v ( 2 3 ) 式中：幽，一饱和水容器的爆破能量，k j c w 一饱和水爆破能量系数，k j m 3 卜容器内饱和水占的容积，种 查不同压力下单位体积饱和水及饱和蒸汽爆炸能量得5 3 m p a 下的饱和水 熟c w 为4 5 x 1 0 4 k j 晡。 e w = 4 5 1 0 4 1 2 0 = 5 4 1 0 8 k j 总能量 2 互g + e w = 9 8 1 0 6 + 5 4 1 0 6 = 1 5 2 1 0 7 k j 折算成t n t 当量： g = ，e x q( 2 4 ) 9 5 菇 。2 4 式中：口一当量系数，取甜= o 6 ： r t n t 的爆热，取r = 4 5 2 0 k j k g 。 g = 1 5 2 x 1 07 0 6 4 5 2 0 = 2 0 1 7 7 k g ( 2 ) 判定方法 通过与达到重大危险源临界值的汽油t n t 当量进行比较来判定此蒸汽锅炉是 否属于重大危险源。 汽油临界量为2 t ，汽油发生爆炸t n t 当量为8 0 0 k g ，而此蒸汽锅炉的t n t 当 量为2 0 1 7 7 k g ，远远大于达到重大危险源临界值的汽油t n t 当量。 所以判定此锅炉应该属于重大危险源，应该在以后标准的制定修改时对蒸汽 锅炉进行说明。 2 4 火灾爆炸危险性