合成氨装置安全评价中道化学法的应用
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摘 要：化工工艺装置的安全评价，是根据化工生产过程中使用的原材料以及生产产品的危险性，结合化工生产的操作条件等，对化工生产过程中的设备可能发生的火灾、爆炸等潜在的危险性进行评价。在本文中我们根据道化学法在合成氨装置安全评价中的应用进行研究分析，探讨道化学的化工装置安全评价方法，并对合成氨装置采取符合实际情况的可行性安全措施，将合成氨装置存在的风险程度降低。
关键词：合成氨装置 道化学法 安全评价
化工装置的安全性关系到整个生产的安全，甚至关系到整个化工厂的安全，对化工装置进行安全评价，是在国家相关防火设计规范和标准的基础上进行的，根据相关资料对化工装置进行安全评价，化工装置的安全评价有很多种方法，在本文中我们研究道化学法在化工装置安全评价中的应用，以合成氨装置为例。
一、化工工艺装置安全评价的重要性
我国自70年代建立石油化工装置以后，石油化工装置的发展越来越大型化，石油化工装置的发展促进了化工生产过程中自控技术的发展，将石油化工生产的经济效益提升，但是在经济效益提升和各项生产技术发展的同时，化工装置中存在着发生火灾、爆炸等潜在危险。所以需要在化工装置的设计、生产、管理、操作使用等方面，保证化工装置的安全和稳定可靠。
近几年我国化工生产中发生的火灾、爆炸等事故时有发生，综合分析这些事故的产生，大多是由易燃易爆等危险物质的物理性质和化学性质引起的。化工生产过程中，使用的原料以及生产的产品、中间产物等都是一些易燃的气体、液体，以及可燃性危险固体。想要完全的掌握和认识化工生产中涉及到的化学物品的危险性是一个非常困难的事情，但是现在在资源数据等条件下，可以对物质的危险性进行有效的安全评价，所以可以对化工生产装置、生产单元、设备等的安全性进行评价[1]。
在化工厂等化工场所发生火灾、爆炸等事故的外在因素和生产装置管理、化工生产、技术操作等方面相关，一些较大型的化工装置，一旦发生火灾、爆炸等事件后，就会造成巨大的经济损失和生命财产损失，为了将化工生产中的危险性、损失降低，就需要对这一类化工装置、生产条件、管理人员、设备等进行综合性的安全管理，防止危险性事故的发生。
二、道化学法安全评价的方法
今年来我国化工生产中时常有火灾、爆炸等事故的发生，严重的危及到人们的生命财产安全，为了减少化工生产中的各种损失，降低危险性事故发生的几率，需要对化工装置、生产条件等进行安全评价，安全评价的方法目前较为常用的有道化学法。
道化学法就是道化学公司火灾爆炸危险指数评价法，提供这种方法将化工生产工艺单元潜在的火灾、爆炸等相对值的综合指数给出。道化学法的安全评价目的主要有三点：（1）将化工生产中潜在的火灾、爆炸以及其他危险性事故的预期损失进行真实的量化分析。（2）对化工生产中可能发生火灾、爆炸等危险性事故的装置进行确定。（3）向管理部门反映某项化工生产中潜在的火灾、爆炸等事故发生的危险性。
道化学法对化工装置的安全评价方法，是根据化工装置的设计方案将其划分为若干个评价单元，对每一个单元中的物质系数、一般工艺危险系数、特殊工艺危险系数、火灾爆炸指数、安全措施补偿系数、危害系数、单元危险系数、危险等级等进行确定或计算[2]。
1.合成氨装置的工艺流程以及工艺单元
我们根据某化工厂引进的德士古水煤浆加压气化技术、脱硫脱碳技术以及丹麦托普索氨合成塔技术为主对合成氨的制备装置进行研究，其中合成氨装置的工艺流程包括煤气化、CO转换、脱硫脱碳、深度净化、压缩、氨合成等诸多工序和一些辅助系统，例如硫回收、氢回收等。
在氨合成过程中生成的产品、副产品等都是易燃易爆的产物，而且均带有毒性，如果没有很好的进行处理，就会带来很大的安全隐患。合成氨的工艺流程大致可以分成六个单元，有煤气化、CO转换、脱硫脱碳、甲烷化、压缩、氨合成，根据每个单元的危险程度，我们对其中危险性较高的三个单元（煤气化、CO转换、脱硫脱碳）进行工艺单元危险性安全评价。
2.工艺单元危险系数的确定
合成氨装置工艺单元危险系数的确定由六个部分组成：物质系数、选取一般工艺危险系数、选取特殊工艺危险系数、单元危险系数以及火灾爆炸指数、确定评价单元安全措施补偿系数、单元危险分析评价结果的确定。
物质系数是一个最基础的数值，是物质燃烧，或者发生化学反应引起的火灾、爆炸中释放能量大小的特性。物质系数的确定，就是对合成氨的气化、转换、脱硫等环节中氢的物质系数进行确定，在这三个主要工艺单元中最为活跃的就是氢，在道化学法物质系数、特性表中得出在三个工艺单元中的物质系数均为21。
确定事故造成的损失大小的主要因素是一般工艺危险系数，一般工艺危险系数有六个取值，分别是放热、吸热、物流输送、封闭单元、排放、泄露控制。计算基本系数和所选取的一般工艺危险系数之和就构成了一般工艺危险系数。例如一般工艺危险系数中气化单元的各项爆炸指数为：放热反应0.4，物料输送0.65，密闭单元0.7，通道0.25，一般工艺危险系数为3.0。转换单元中放热反应、物料输送、密闭单元的爆炸指数相同，但是其通道爆炸指数为2，一般工艺危险系数为2.95，脱硫脱碳单元吸热反应火灾爆炸指数0.4，物料输送0.5，密闭单元0.7，通道0.25，排放、泄露0.5，一般工艺危险系数为3.35.
事故发生概率的主要影响因素是特殊工艺危险系数，其中火灾、爆炸等危险事故的发生主导因素的特定的工艺条件，特殊工艺危险系数可以有12个取值，部分火灾爆炸指数为，三个环节火灾爆炸指数相同的有毒性物质、粉尘、燃烧范围或附近操作、低温、依然以及不稳定物质数量、磨损以及腐蚀明火设备，不同的有压力、泄露—连接头和填料处、转动、热油交换，合成氨中气化、转换、脱硫脱碳三个环节的特殊工艺危险系数分别为2.4，2.5，4。
合成氨工艺单元危险系数是一般工艺危险系数和特殊工艺危险系数的乘积，火灾爆炸危险指数是对化工生产过程中事故可以造成的危害进行估计，合成氨工艺单元危险系数气化单元7.2，转换单元7.38，脱硫脱碳环节8。这三个环节的火灾爆炸指数为151.2，154.9，168。
评价各单元安全措施具有一定的防护水平，合成氨工艺流程单元的单元安全措施补偿系数是由工艺控制系数、物质隔离系数以及合成氨装置防火设备安全系数三项的乘积得到的。
单元危险分析评价结果，是对可能造成的财产的损失程度、危险等级等显示[3]根据以上分析的合成氨装置各单元火灾、爆炸指数、以及各项系数，使用评价软件对合成氨装置安全补偿措实施前后装置的危险暴露面积、危害系数等进行确定，部分合成氨装置工艺单元安全评价结果为气化单元危险等级很大，危险系数0.76。转换单元危险等级很大，危险系数0.7，脱硫脱碳单元危险等级非常大，危险系数0.85。
3.合成氨装置安全整改措施
根据以上合成氨中的气化、CO转换、脱硫脱碳三个环节的安全评价部分结果我们可以知道，合成氨装置需要进行整改，例如在合成氨生产过程中要严格的按照操作要求进行，选择合适的煤原料。根据以上的合成氨装置工艺单元安全评价危险分析结果显示，转换、脱硫脱碳工艺单元的火灾、爆炸指数以及危险等级、危险系数均比气化单元的明显的高，这就需要将转换工艺单元中的H2S的量减少，尤其是脱硫脱碳工艺单元，不能出现脱硫、脱碳塔出口减压阀失灵等现象，同时也要防止阀门的开启过大和过快，严格的控制合成氨工艺流程中各单元出现的危害物质的含量，要严格的按照装置使用要求进行工艺操作使用。对合成氨生产装置要严格的保护，在装置设计、制造等环节要采用好的材料。定期对装置进行安全检测，防止出现安全部件失灵等现象。
在本次研究中的合成氨工艺装置三个子单元中脱硫脱碳单元的火灾爆炸指数最大，高达168，所以需要对这个单元的安全保护加大力度，这个工艺单元的产物、副产物等都是易燃易爆、有毒的液体、气体，所以要控制好进出口的阀门，不管是温度阀还是压力阀，都要严格的按照操作要求进行操作。
四、小结
合成氨装置安全评价中道化学法的应用，将其工艺单元的危险程度降低，减少了经济损失，准确的将装置中存在的风险、危险系数大小进行确定，减少事故发生的可能性等，有利于帮助对装置进行整改，为合成氨装置的安全，提供了更加可靠的保证。
参考文献
[1]方兴龙，周梁.基于道化学法的大型合成氨装置安全评价[J].工业安全与环保.2007（02）：88-89
[2]王宏.一种合成氨装置的风险评价方案[J].山东化工.2011（06）：55-56
[3]毛桂英.道化学火灾爆炸危险指数评价法的应用[J].中国新技术新产品. 2009（06）：44-45