道(DOW)化学公司火灾、爆炸危险指数评价法(第7版)：应用实例
1 评价项目概述
本书选取某化学工业公司年产12万t聚苯乙烯项目作为评价对象，该公司的12万t聚苯乙烯项目由三套聚苯乙烯生产装置组成。聚苯乙烯生产工艺流程包括配料、预聚合、聚合、脱挥、造粒等工序和循环真空、导热油等辅助系统。
聚苯乙烯工艺流程示意图如图11所示。
图11 聚苯乙烯工艺流程简图
2 选择评价单元
该公司主要分为生产区和贮罐区两大部分。现有的12万t聚苯乙烯项目共有3条生产线，每条生产线均由多个工艺系统组成，包括配料、聚合、脱挥、循环回收、真空、造粒和粉末脱除等部分。依据对聚苯乙烯生产工艺过程的分析，可初步确定苯乙烯聚合阶段是整个生产过程中最具危险性的阶段，因此，生产主装置区应选取预聚合车间为代表性工艺单元。此外，苯乙烯罐区和日用罐区也是该公司内主要的火灾、爆炸危险场所，应以此为危险单元进行事故后果评价。各评价单元基本情况如下：
(1) 聚苯乙烯生产装置区：由于3条生产线的布置相对独立，可选取其中一条生产线为代表性评价单元，本书选取3号生产线进行评价。评价时考虑苯乙烯(SM)进入预聚釜进行聚合时的情况。
(2) 贮罐区：该公司球罐区有两组贮罐，其中一组包含2个6 000m3的液化石油气球罐、1
个600m3的柴油贮罐和1个864m3的矿物油贮罐；另一组为2个1 000m3的乙二醇贮罐，两组贮罐用防火堤隔开。罐区的火灾爆炸危险主要来自苯乙烯，故选取苯乙烯罐组为单元进行评价，考虑罐内填充系数为0〃85时的情况。
(3) 日用罐区：罐区内的主要危险物质是苯乙烯，一般存放量约为150t。
3 各单元火灾、爆炸事故经济损失评价
3〃1 物质系数的确定
以生产装置区为例，单元内存在的物质有苯乙烯、矿物油、聚丁二烯橡胶和抗氧剂等。根据评价指南的规定，应选取火灾危险性较大或储运量较大的物质作为代表性物质，故代表物选定为苯乙烯，其物质系数为24。考虑苯乙烯进入预聚合釜聚合时的温度为90～200℃，远超过其闪点(32℃)温度，应进行温度修正，所得物质系数仍为24。
3〃2 确定一般工艺危险系数F1
基本危险系数：给定值为1〃00。
放热反应：危险系数范围为0〃3～1〃25，本单元中所发生的聚合反应为中等程度的放热反应，对照指南，危险系数为0〃5。
物料处理与输送：危险系数范围为0〃25～1〃05，指南中规定“对于NF＝3或NF＝4的易燃液体或气体，储存在库房或露天存放时，包括罐装、桶装等，危险系数为0〃85”，苯乙烯NF＝3，故危险系数选定为0〃85。
封闭单元或室内单元：危险系数范围为0〃25～0〃9，根据指南中规定“单元周围为一可排放泄漏液体的帄坦地面，一旦失火，会引起火灾，危险系数为0〃5”。本单元的情况与此相符，故选定危险系数为0〃5。
一般工艺危险系数F1为基本危险系数与所有选取危险系数之和，各单元的F1值如表13所示。
表13 各单元火灾、爆炸指数 项 目 聚苯乙烯生产装置苯乙烯贮罐区 日用罐区 区 选取代表性物质 1〃物质系数MF 2〃一般工艺危险系数F1 (1) 基本系数 (2) 放热化学反应(0〃3～1〃2s) (3) 吸热反应(0〃20～0〃40) (4) 物料处理与输送(0〃25～1〃05) (5) 密闭式或室内工艺单元(0〃25～0〃90) (6) 通道(0〃20～0〃35) (7) 排放和泄漏控制(0〃25～0〃50) 确定一般工艺危险系数F1 3〃特殊工艺危险系数F2 (1) 基本系数 (2) 毒性物质(0〃20～0〃80) (3) 负压(<500mmHg，66〃6611kPa)(0〃50) (4) 易燃范围及接近易燃范围的操作 苯乙烯 24 1〃00 0〃3 0〃85 0〃45 0〃50 3〃10 1〃00 0〃40 0〃50 苯乙烯 24 1〃00 0〃85 0〃50 2〃35 1〃00 0〃40 苯乙烯 24 1〃00 0〃85 0〃50 2〃35 1〃00 0〃40 情性化——未惰性化—— 1) 罐装易燃液体(0〃50) 2) 过程失常或吹扫故障(0〃30) 3) 一直在燃烧范围内(0〃80) (5) 粉尘爆炸(0〃25～2〃00) (6) 压力 (7) 低温(0〃20～0〃30) (8) 易燃及不稳定物质的质量物质质量——kg 物质燃烧热Hc——J／kg 1) 工艺中的液体及气体 2) 贮存中的液体及气体 3) 贮存中的可燃固体及工艺中的粉尘 (9) 腐蚀及磨蚀(0〃10～0〃75) (10) 泄漏——接头和填料(0〃10～I〃50) (11) 使用明火设备 (12) 热油热交换系统(0〃15～1〃15) (13) 转动设备(0〃50) 确定特殊工艺危险系数F2 工艺单元危险系数(F3＝F1F2) 5〃火灾、爆炸指散(F＆EI＝F3MF) 0〃30 0〃30 1〃66 1〃00 0〃10 0〃10 0〃50 0〃50 5〃76 17〃86 428〃64 1〃00 0〃10 0〃10 2〃90 6〃82 163〃68 0〃7 0〃10 0〃10 2〃60 6〃11 146〃64 注：无危险时危险系效用0〃00。
3〃3 确定特殊工艺危险性系数F2 基本危险系数：1〃00。
毒性物质：毒性物质的危险系数为0〃2NH，混合物中取最大的NH值，NH是美国消防协会在NFPA704中定义的物质毒性系数。苯乙烯的NH＝2，故该项危险系数为0〃4。
负压：该项危险系数用于绝对压力小于500mmHg(66〃661kPa)的情况，本单元所发生的聚合反应在真空条件下进行，故选取危险系数为0〃50。 工艺中的液体及气体：在生产过程中，3号生产线上每批投入预聚合釜的苯乙烯的数量为35t，
33
其总能量：35×10×17〃4×10／0〃454=1〃341×109Btu，对照指南中相应的曲线，得出危险系数为1〃66。
贮存中的液体和气体：在生产区内有一组配料罐，配料罐组内的最危险物质是苯乙烯，按每批配料约1 000t计，其总能量=1 000×103×17〃4×103／0〃454=38〃33×109Btu。对照指南中的曲线查图，得出危险系数为1〃00。
腐蚀：危险系数范围为0〃10～0〃75。本工程尽管在设计中已考虑了腐蚀余量，但因腐蚀引起的事故仍有可能发生。依据指南中“腐蚀速率(包括点腐蚀和局部腐蚀)小于0〃5mm／年时危险系数为0〃10”，该单元应选取危险系数为0〃10。
泄漏——连接头和填料处：危险系数范围为0〃10～1〃50。指南中规定“泵和压盖密封处可能产生轻微泄漏时，危险系数为0〃10”，本单元符合这一情形，危险系数选取为0〃10。
热油交换系统：在本单元中，热油交换系统内为柴油，其闪点约为43℃，而热油使用温度在90～200℃范围内，超过柴油的闪点温度，对照指南应选取危险系数。本单元内热油总量约为40／0〃8＝50m3，应选取危险系数为0〃50。
转动设备：本单元中使用了多台压缩机和多种类型的泵，这些转动设备有的使用功率超过了
指南中规定，应选取危险系数为0〃50。
特殊工艺危险系数F2等于基本危险系数与各项选取危险系数之和，各单元的F2值如表13所示。
3〃4 计算单元工艺危险系数F3
单元工艺危险系数F3是一般工艺危险系数F1和特殊工艺危险系数F2的乘积，即F3＝F1F2，各单元的F3值如表13所示。
3〃5 计算火灾、爆炸指数F&EI
火灾、爆炸指数用来估计生产过程中事故可能造成的破坏程度，该指数是单元工艺危险系数F3和物质系数MF的乘积，即F&EI＝F3MF。表13中给出了各单元的火灾、爆炸指数。
3〃6 确定单元危害系数DF
单元危害系数的确定是由物质系数MF和单元工艺危害系数F3决定的，它代表了单元中燃料泄漏或反应能量释放所引起的火灾、爆炸事故的综合效应，即危害系数。由F3值和物质系数查图9求取。
各单元的危害系数值列于单元危害分析、汇总表中〃如表14所示。
表14 各工艺单元危险分析汇总表
3〃7 确定暴露半径
暴露半径在一定程度上表明了影响区域的大小，在这个区域内的设施、设备会在火灾、爆炸中遭受破坏。火灾、爆炸事故视为全方位扩散的立体圆柱形破坏。根据F&EI查图7得暴露半径。暴露半径从评价单元的中心位置算起，各单元的暴露半径如表14所示。
3〃8 计算暴露区域的财产价值
暴露区域内的财产价值可由区域内含有的财产(包括在线物料)的更换价值来确定，但事故发生时有些成本不会遭受损失或无需更换，如场地帄整、道路、地下管线和地基、工程费等。 A 3号聚苯乙烯生产装置区
更换价值：聚苯乙烯生产区的固定资产为1 000万美元，其更换价值计算如下： 更换价值＝1 000×0〃82＝820(万美元)
折合人民币6 808万元(按1美元兑换8〃3元人民币计算)。上式中的系数0〃82是考虑到事故发生时有些成本不会遭受损失或无需更换，如场地帄整、道路、地下管线和地基、工程费等。 在线物料价值：在3号生产线上，每批间歇生产投料35tSM，按SM的市场价为4 980元／t计算。其价值为17〃43万元。
以上两项合计为6 823〃43万元。 B 苯乙烯罐区
更换价值：整个罐区的财产价值约为321万美元，其中苯乙烯储罐区内主要有2个6 000m3的苯乙烯储罐，1个600m3的柴油罐和1个964m3的矿物油罐，约价值250万美元，折合人民币2 077〃5万元。
储存物料价值：苯乙烯、柴油和矿物油的市场价格分别为4980元／t、2200元／t和6600元／t，按填充系数为0〃85计算，其价值为：
SM：2×6 000m3×0〃85×0〃905 9t／m3×4 980元／t＝6×103万元 柴油：600m3×0〃85×0〃8t／m3×2 200元／t＝89〃8万元
矿物油：864m3×0〃85×0〃8t／m3×6 600元／t＝3〃65×102万元 合计5 054万元。
两项合计7 131〃5万元，将上述各单元影响区域内财产价值估算结果填入表14中。
3〃9 计算基本最大可能财产损失(基本MPPD)
各单元最大可能财产损失为影响区域财产价值数与该单元危害系数DF的乘积，即： 基本MPPD＝暴露区域内财产损失×DF 按照上述计算，将结果写入表14中。
3〃10 确定安全措施补偿系数
建立任何一个化工装置(或化工厂)时，应该考虑一些基本设计要点，符合各种规范，除此以外，有效的安全措施，不仅能预防严重事故的发生，也能降低事故的发生概率和危害。安全措施可以分为以下3类： C1：工艺控制 C2：物质隔离 C3：防火措施
安全措施补偿系数按下列程序进行计算并汇总于安全措施补偿系数表中(见表15)： (1) 直接把合适的安全措施补偿系数填入该安全措施的右边； (2) 没有采取的安全措施，补偿系数记为1；
(3) 每一类安全措施的补偿系数是该类别中所有补偿系数的乘积； (4) 计算C1、C2、C3乘积，便得到总补偿系数；
(5) 将补偿系数填入单元危险分析汇总表——表14中。
现以聚苯乙烯生产装置区为例，对安全措施补偿系数的确定过程做简要介绍。 A 工艺控制补偿系数C1 工艺控制包括8项内容，表15中给出了与聚苯乙烯生产装置区有关的各项内容所对应的补偿系数。
表15 各单元安全补偿系数表