石化装置危险有害因素浅析

2014-06-09宋淑云奚海军

化工科技 2014年3期

宋淑云，王薇，奚海军

(1．中国石油安全环保技术研究院，北京 102206；2．中国石油吉林石化公司销售公司，吉林吉林 132002)

石油化工指以石油和天然气为原料，生产石油产品和石油化工产品的工业。生产石油化工产品首先是对原料油和气(如汽油、柴油、丙烷等)进行裂解，生成以乙烯、丙烯、苯、甲苯为代表的基本化工原料；再使用基本化工原料生产多种有机化工原料及合成材料(塑料、合成橡胶、合成纤维)。石油化工生产装置一般具有大型化、辅助系统比较庞大、工艺过程复杂、自动化程度高、生产过程高度连续、生产过程危险性大的特点，所涉及的原料、辅料、中间体、产品等多为有毒有害、易燃易爆物质，生产过程多涉及高温、高压、易燃、易爆、有毒有害、腐蚀性因素，装置不同程度存在高温、毒性、腐蚀性、噪声等危害。一旦操作条件变化，工艺过程受到干扰产生异常或人为因素造成误操作，潜在的危险容易发展成为灾害性事故。对于具体工艺应具体分析，现仅对其共性的危险有害因素进行简要分析[1]。

1 工艺过程危险特性分析

对石化装置的主要工艺区域进行分析，分析与系统有关的主要危险；识别产生危险的原因；估计事故对人员、系统、环境等产生的影响；判定危险性等级，以便采取适宜的消除或控制危险的技术和管理措施[2]。

石化装置使用物料大部分为烃类物质，这决定了火灾、爆炸为该装置的主要危险特性。

对于放热反应，反应产生的热量是通过反应产物等带出反应器，一旦反应物料泵等发生故障，热量不能及时带出，反应器内热量积聚可能产生超温，轻者损坏反应器，重者引发反应器“飞温”，造成重大生产事故。

若反应产生的热量用于生产低压蒸汽[(0.45～0.65)MPa]，产生的蒸汽并入低压蒸汽管网，蒸汽余热锅炉爆炸可引发严重烫伤事故。

氧化反应是石油化工生产过程中的常见反应，氧化反应为剧烈的放热反应。因此氧化反应器中同时存在可燃物、助燃物，一旦反应超温可能导致火灾、爆炸事故。大多数生产厂家都要求把氧化反应器单独隔离并放在防爆墙内，以降低氧化反应器一旦发生爆炸造成的损失。

负压操作也普遍存在于石化单元中，对于负压操作的塔器等，存在着空气泄漏进塔等容器内形成爆炸性混合物的危险。

2 物料、操作危险性分析

石油化工生产过程中使用的原料、辅助材料、成品等大都是易燃易爆物质，在管理不当，操作失误、使用不合理时极易引发火灾、爆炸。天然气、炼厂气、原料煤气、烃类及油蒸气等，其燃点低、爆炸下限低，点燃能量低，若操作不当或因设备问题发生外泄，或者空气〈或氧气〉混入系统中，极易发生燃烧爆炸。工艺气体着火时火势凶猛而且不易扑灭，危险性极大。

对原料、中间物料、介质、产品，应分析其易燃、易爆性质；根据具体装置的主要危险物料性绘制主要危险物料性质表和危险性汇总表。列出物料名称、爆炸极限、闪点、引燃温度、火灾危险类别等。重点物料还需注明危险特性、燃爆特性与消防措施、理化性质、储存注意事项、泄漏处理、健康危害、防护措施、急救措施等[2-4]。

2．1 物料的危险性

含烃物料属易燃、易爆物质，而氢气是石油化工的重要原料之一，氢气爆炸浓度范围较宽，与空气混合物的爆炸极限为4.1%～74.1%(体积分数，以下同)，引燃能量相对较低，最小引燃能量仅为0.02 mJ，分子量小、渗透泄漏性强，且无色无味，更加剧了火灾爆炸的危险。根据《石油化工企业设计防火规范》(GB 50160—2008)的规定，这些物料的火灾危险性分类属于甲类。

含烃气体和氢气火灾、爆炸特性数据见表1。

表1 物料火灾、爆炸特性数据

2．2 操作条件的危险性

识别生产装置中具有高温、高压、易燃、易爆、有毒、腐蚀、泄漏因素的关键、重点设备，分析可能发生的火灾爆炸危险性。

石化装置的反应器、压缩机、分离器、换热器、余热锅炉等设备不少在正压条件下操作，属中压和低压范畴，存在着物理开裂的危险；处在高温状态的物料，如发生物料泄漏，遇点火源将发生火灾甚至爆炸事故。

石油化工从原料到产品，使用或产生的物质大多数属于甲类和甲B类物质，生产过程中较高的操作压力和操作温度，更增加了装置的危险程度。按《石油化工企业设计防火规范》(GB 50160—2008)规定，火灾、爆炸是其主要危险特性。

2．2．1 高温操作带来的危险性

高温是导致石油化工生产中物料爆炸的一个重要因素。主要有以下几方面。

(1) 高温设备和管道表面易引起与之接触的可燃物质着火；

(2) 处于高温状态的可燃气体混合物，一旦空气抽入系统与之混合并达到爆炸极限时，极易在设备和管道内爆炸；

(3) 温度达到或超过自燃点的可燃气体，一旦泄漏即能引起燃烧爆炸；

(4) 高温可加速运转机械中的润滑油的挥发和分解，使油气在管道中积炭、结焦，导致积炭、燃烧和爆炸；

(5) 高温可使金属材料发生蠕变，改变金相组织，增强腐蚀性介质的腐蚀性，高温还能增强氧气对金属的氢蚀作用，这均可降低设备的机械强度，导致泄漏，甚至造成火灾爆炸；

(6) 高温使可燃气体的爆炸极限扩大，如氨在常温下爆炸极限为15．5%～27%，而在100 ℃时则变为14．5%～29．5%，爆炸范围变宽造成其危险性增大。

2．2．2 高压运行带来的危险性

高压使可燃气体爆炸极限加宽，如常压下，甲烷的爆炸上限为15%，而在12．5 MPa时，则扩大到45．7%，使爆炸危险性增加。并且处于高压下的可燃气体一旦发生泄漏，高压气体体积将迅速膨胀，与空气形成可爆性混合气，在气体与设备摩擦产生静电火花的情况下将导致着火爆炸。

此外，高压操作对设备选材、制造都带来一定难度，给平时的设备维护也增加了困难；同时，易使设备发生疲劳腐蚀，造成设备或管道泄漏。高压能加剧氢气、氮气对钢材的氢蚀作用及渗氮作用，使设备的机械强度减弱，易导致物理爆炸。

2．3 其它因素

由于生产过程中的物料多系易燃易爆物质，当操作不当或设备密封不严时，空气或氧气窜入生产装置，或投料顺序有误，或投料比例不符合要求导致氧含量超过规定而造成爆炸。有自聚物生成的生产装置，由于控制不当，管理不严亦会引起自聚物的爆炸。

3 毒性危害因素分析

由于石油化工生产中使用的原料、辅料、产品等大多具有毒性，工人接触、使用化学有毒有害物质的机会较多，如一氧化碳、硫化氢、氨、氮氧化物、苯、苯胺等。其多为主要原料或中间产物，以气态或尘雾状态存在，在设备密封不严或因设备管道腐蚀、设备检修、操作失误、发生事故等情况下，有毒有害物质泄漏并污染环境，如防护不当或处理不及时，很容易发生中毒，对人体造成不同程度的危害。有些气态物质无色无臭泄漏后不易察觉，往往会造成更大的危害[4-5]。

由于涉及物料种类繁多，仅以原油和天然气(油田气)为例对其毒害性进行分析。

3．1 原油

相关作业人员，都可能接触到原油及其挥发物。原油对人体的毒性作用多因其组成中的烷烃和环烷烃引起。

3．1．1 烷烃

原油中的烃类物质主要是中碳烷烃和高碳烷烃。烷烃的毒性属低毒和微毒。烷烃毒性随碳原子数增多而增大。但高碳烷烃由于沸点、熔点均高，挥发性和溶解性较低，在实际生产中引起职业中毒的可能性反而减少。

烷烃主要通过呼吸道吸入(液态烷烃可通过皮肤进行微量吸收)。烷烃吸收后，主要分布在脂肪含量高的组织和器官，几乎不转化，无蓄积作用，以原来的形式迅速从呼吸道排出。

人体长期接触烷烃，其危害主要表现为神经系统功能紊乱，尤其是植物神经功能紊乱。长期接触中碳烷烃，可以出现多发性神经炎，胃肠道疾病发生率增高，机体抵抗力下降。中碳烷烃和高碳烷烃对皮肤和粘膜有轻度刺激作用，长期反复接触可引起皮炎、毛囊炎、痤疮、黑皮病及皮肤局限性角质增生等。

3．1．2 环烷烃

环烷烃是环状的饱和烃。原油中的环烷烃主要是环戊烷、环已烷及其烃基衍生物。环烷烃有麻醉作用，在体内无蓄积，一般不发生慢性中毒。对皮肤有刺激作用，长期反复接触可引起皮肤脱水、脱脂及皮炎。高浓度蒸气可刺激粘膜。直接吸入液态环烷烃可引起肺炎、肺水肿及肺出血。

3．2 天然气(伴生气)

伴生气的基本组成是低分子烷烃,为低等毒性物质。当空气中含烃类气体10%以上时，含氧量相对下降，身体会感到虚弱眩晕而中毒。接触高浓度天然气时，早期常有头昏、头痛、恶心、呕吐、无力、注意力不集中、呼吸和心率加速、不能做精细动作等症状。严重时可出现缺氧窒息、昏迷、呼吸困难，以至脑水肿、肺水肿等，昏迷过久者，醒后可有运动性失语及偏瘫。长期接触一定浓度天然气，可有头昏、头痛、失眠、记忆力减退、恶心、食欲不振、疲劳无力等神经衰弱症候群。