基于风险分析的环氧乙烷装置安全设计

高 耸

(中国石化工程建设有限公司，北京 100101)

基于风险分析的环氧乙烷装置安全设计

高 耸

(中国石化工程建设有限公司，北京100101)

阐述了风险分析对于石化装置安全设计的重要性，通过对环氧乙烷装置和罐区的风险分析，指出设计中存在的潜在风险，根据分析结果对设计进行了优化，并对消防设置提出了定量化的指导建议，有效地提升了装置的安全性。

风险分析 环氧乙烷 消防预案

1 石化行业安全形势

2015年以来，石化行业安全生产形势严峻，发生了多起火灾和爆炸事件。4月6日，福建漳州古雷腾龙PX工厂发生爆炸；4月21日，南京扬子石化环氧乙烷装置T-430环氧乙烷精制塔发生爆炸；7月16日，山东日照石大科技石化有限公司液化烃球罐发生火灾爆炸；8月12日，位于天津滨海新区塘沽开发区的天津东疆保税港区瑞海国际物流有限公司所属危险品仓库发生爆炸。连续的火灾和爆炸，凸显了石化装置在设计施工和生产运行中存在各种安全隐患，亟需予以重视和解决。本文以扬子石化环氧乙烷装置爆炸事故为例，阐述风险分析在提升装置安全性方面的关键作用。

2 事故分析

2.1 事故介绍

4月21日，扬子石化环氧乙烷装置T-430环氧乙烷精制塔发生爆炸，大火在1小时内扑灭。事故造成1人受伤，多台设备损毁，整个装置停产。环氧乙烷(简称EO)是一种用途广泛的石化产品。其本身性质活泼，易于反应，危险性很高。常见理化性质和安全风险如表1。EO常压下沸点较低，易于气化形成爆炸性蒸气云，导致蒸气云爆炸(Vapor Cloud Explosion，VCE)。而且在发生自分解时会大量放热，所以除了VCE之外，还很可能发生二次爆炸，即沸腾液体扩展蒸气爆炸(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion，BLEVE)。

2.2 EO精制塔系统介绍

EO精制塔系统如图1所示。该塔主要通过回流罐上的压力表和相应的仪表系统控制塔釜再沸器的蒸汽流量，从而进行操作调节和安全保护。事故发生后，经调查，主要原因是该装置设计中，联锁系统没有使用独立的压力仪表接口，而是和控制系统共用一个仪表接口。由于该压力仪表引压口被堵塞，导致压力指示失真，控制系统和联锁系统同时失效，整个系统在控制失效的同时也失去了安全保护。而且操作人员判断失误，停车后加热蒸汽没有完全切断，最终导致了事故的发生。

图1 EO精制塔系统(原设计)

事故让我们看到，该系统虽然设计了安全保护系统，但是并不足以应对环氧乙烷精制这种高危险化工单元。需要通过进行风险分析，提升安全等级。

3 风险分析

为吸取事故教训，在某环氧乙烷装置的设计中进行充分的风险分析，力求将风险降至最低。

3.1 使用HAZOP+LOPA+SIL的方法，针对EO精制塔系统进行风险分析

HAZOP、LOPA和SIL验证联合使用可以实现对于目标系统的定量风险分析及风险矩阵分析。分析得到主要的风险点见表2。

分析结果表明原设计无法满足装置的安全性要求，可能导致装置操作单元爆炸的严重后果。于是，在优化的工程设计中有针对性地增设了安全措施，如表3及图2所示。

此外，针对泄漏风险较大的区域，专门设置了可燃/有毒气体检测器和火灾检测器，并与水喷淋系统联动，力争第一时间控制事故，避免恶化。

3.2 EO罐区的专项风险分析

EO罐区是危化品的集中区域，由于EO的特性，在发生火灾时，火焰会不断加热球罐中的EO，在一定时间后会使EO达到分解爆炸的温度，进而BLEVE，二次爆炸可能造成更为严重的后果。所以在EO罐区发生第一次爆炸/火灾后，给予消防人员的灭火时间并不是没有限制的，需要通过充分的风险分析，建立精确而科学的消防预案，明确最大安全时间、最小安全距离和疏散信号等关键信息，避免消防人员的损伤。以下就EO罐区进行风险分析。

表2 EO精制塔系统风险分析

表3 EO精制塔系统安全设置

图2 EO精制塔系统(增设安全设置后)

采用事件树分析法(Event Tree Analysis，ETA)进行定量风险分析，见图3，并使用Baker-Strehlow方法和多重能量法进行爆炸后果的计算，发现存在如下潜在的风险，见表4。

根据分析结果，需要对原设计进行优化，以保证安全。采取的安全设施见表5。

原设计经过优化后，提升了安全性，降低了二次爆炸发生的风险，同时，为业主制定紧急事故应对流程做出了定量化的指导建议。这些结论可以应用到类似天津港危化品码头类似的高风险场所，以明确在各种工况下的安全时间、安全距离和疏散信号等信息，供相关消防人员制定精确的紧急预案，在事态难以控制时安全撤离，避免无谓的人员伤亡。

表4 EO罐区风险

图3 事件树分析法分析EO罐区风险

原设计内容优化后设计效果风险程度喷淋系统需要手动启动改为达到SIL-1等级的全自动喷淋降低了误操作的风险,提升了喷淋系统的可靠性可接受雨淋阀为故障关闭型(FC)雨淋阀改为故障打开型(FO),确保第一时间打开喷淋能够有效抑制二次爆炸的产生可接受消防预案中没有明确的消防安全时间/安全距离等信息根据保温数据,得出最大安全时间为30min;通过爆炸模型计算,得到1000m的安全距离;同时指出球罐安全阀起跳是立即进行疏散的信号明确消防人员放弃救火立即撤离的时间和疏散距离,为制定合理的消防规程奠定基础,有效避免消防人员的伤亡可接受

4 结论

a)安全和消防设计应严格满足风险分析的要求，避免用“传统做法”、“行业惯例”等取代安全要求的情况。如控制系统和联锁系统共用仪表接口、传统的手动启动消防喷淋以及雨淋阀设置为FC而不是FO。这些设计，在此次分析中均被指出有严重问题，存在潜在风险，需要整改。

b)风险分析能够提供定量的安全建议，为构建具有可执行性的安全规程提供坚实的基础。如本次分析明确指出的30 min安全时间、1 000 m安全距离和安全阀起跳的疏散信号，能够帮助操作人员建立科学的紧急处理流程，避免盲目指挥导致的伤亡和损失。

SafetyDesignofEthyleneOxidePlantBasedonRiskAssessment

Gao Song

(SINOPEC Engineering Incorporation，Beijing, 100101)

This paper describes the importance of risk analysis for petrochemical plant safety design, by means of ethylene oxide and tank risk analysis, points out the potential risks existing in the design, based on the analysis of the design has been optimized, and the fire setting forth quantitative recommendations for guidance, effectively enhance the safety of the device.

risk assessment；ethylene oxide；firefighting emergency plan

2015-12-30

高耸，教授级高级工程师，硕士，毕业于北京化工大学化学工程专业，长期从事石油化工装置的设计管理工作。