化工园区中环氧乙烷的危险性分析及防范措施

2021-09-10李满熙

化工管理 2021年24期

关键词：多米诺储罐园区

李满熙

（上海度标检测技术有限公司，上海 201100）

0 引言

环氧乙烷（EO）别名“氧化乙烯”，易燃（闪点＜18℃）、易爆（爆炸极限3.0～100%）、易挥发（沸点10.7℃），常温状态为无色刺激性气体。易自聚；属强氧化剂；有毒，属一类致癌物。该物质为重要的石化产品，广泛用于洗涤、制药、印染等领域。

EO因其自身特点，不易长途运输，具有很强的地域性，故多数EO企业集中在化工园区，下游的精细化工企业与上游的EO生产企业构成产业链，共同形成上下游结合、产业互补、利益共享的产业格局。

1 化工园区EO在各环节中的危险性

1.1 物质危险性

（1）易燃、易爆。EO的最小引燃能量小（0.065 mJ），并且闪点低，遇各种点火源均可燃烧，即使在水溶液中也可燃烧。其蒸汽密度比空气重，可于低处扩散至远方，遇火源会回燃。其化学性质活泼，与多数的酸、碱、碱金属、铁的化合物等物质接触，均可猛烈反应、大量放热。无空气环境下，其蒸汽温度＞560℃可爆炸分解。EO的爆炸范围广阔，爆炸极限3～100%（V/V%），1 kg环氧乙烷＝2.7～5.0 kgTNT当量[1]，爆炸威力大。（2）易挥发。EO沸点低，易挥发，温度高于沸点时呈气态。长江流域及以南地区的极端最低气温高于-10 ℃[2]，春夏秋季各地的气温一般高于EO的沸点（10.7℃），EO需冷量以保持液态。一旦冷量不足，液态EO将迅速气化，体积膨胀，致使容器内压力大增，导致容器爆裂或爆炸，使EO发生泄漏。（3）自聚。EO储存温度一般-5℃，低温时其自聚速度缓慢，其聚合物可堵塞管道等设施；高温条件下（＞100℃）EO可迅速自聚，同时产生大量的热，导致容器破裂或爆炸。此外，酸、碱、碱金属、金属氧化物（如铁锈）、高活性催化剂（如铁、锡的无水氯化物）及一些有机物（如醛）等许多物质，也可诱发EO的自聚，大量放热，最终引起爆炸。（4）毒性。EO可抑制人的中枢神经、嗅觉等系统，低浓度低时人员不易觉察。其对眼、呼吸道、肺等强烈刺激，接触可致皮肤迅速红肿、灼伤眼角膜，严重急性中毒可至昏迷。EO为致癌物，对人致癌（G1），时间加权平均容许浓度（PC-TWA）=2 mg/m3[3]。（5）其他。EO在管道输送、车辆运输时易产生静电。EO与水会发生化学反应，温度低于10℃反应很慢，遇高温水会迅速反应，产物为乙二醇。液态EO泄漏时会气化并吸热，造成周围急剧降温，人员接触将导致冻伤。

1.2 平面布局危险性

若园区规划时设计不合理，对EO设施的危害影响缺乏充分认识，一旦EO设施发生BLEVE等灾害模式，事故影响半径超出本企业，产生多米诺效应，将对周边企业及厂外道路上的行人、车辆造成影响。若企业内部布局不合理，EO装置、储罐、管道等设备设施与内部办公楼、值班室、车间等其他建筑设施的防火间距不足，一旦发生事故，将对周边的人员及设施构成威胁。

1.3 生产、使用中的危险性

以EO为原料进行生产的企业，涉及各类化学反应。EO化学性质活泼，可与多种物质反应，且反应需要的触发条件少，若原料的投料次序或投料量控制失误，EO参与的反应失控，易引发事故。若反应温度失控过高，使EO发生自聚，则易导致反应釜或破裂，引发泄漏、火灾等。机泵密封性能不良，轴承损坏使泵体振动过大，机泵运行波动产生静电等，均易引发物料泄漏、火灾爆炸等事故[4]。

1.4 储存危险性

EO的储存方式一般以储罐为主，卧式罐、球形罐居多。主要风险有：

（1）设备缺陷。若焊接缺陷、焊缝质量不佳，设备材质缺陷，阀门、法兰、垫片、液位计等部件损坏，压力表、安全阀等安全附件失效，则易造成物料泄漏，遇点火源引起火灾、爆炸。（2）腐蚀。沿海等潮湿、富含氯离子环境下，防腐蚀措施不到位，储罐的腐蚀会加速。受腐蚀的部位不足以承受容器的压力时，容器将破裂，使EO泄漏。（3）基础缺陷。若储罐地基缺陷，基础发生不均匀沉降，同时EO管道未使用柔性连接，则管道因应力集中易被拉裂；造成EO泄漏。不均匀沉降可使储罐罐体发生倾斜，严重者可导致罐体倾覆。（4）输送泵。EO输送泵的密闭性要求极高，若泵体叶轮擦壁、空转造成气蚀，则会导致泵内局部升温，达到临界值后使EO分解、爆炸[5]。（5）点火源。储罐的防雷设施缺陷、未及时检测，防静电措施不足，爆炸危险区域使用非防爆电气设备，动火作业不规范等，导致存在雷电、静电、电气火花、明火等点火源，均可引起火灾、爆炸。（6）管理缺陷。储罐充装系数过高导致罐内EO升温、体积膨胀[6]，作业人员培训不到位、违章操作，特殊作业未实行作业票、监护不到位，设备维护保养不到位，均可增大发生EO泄漏、火灾等事故的风险。

1.5 车辆运输危险性

道路行驶中的EO槽罐车可视为流动的危险源，车况、路况、驾驶员状态不佳，以及行人、其他车辆违章等因素，易引发道路交通事故，导致运输物料泄漏。一旦发生事故，将对道路周边的园区企业造成不同程度影响，甚至产生多米诺效应，造成连锁事故。人的因素对发生事故的影响程度最大[7]，槽罐车未按规定路线行驶，或擅自停在园区道路两侧，也会产生重大安全风险。

1.6 管道输送危险性

EO管道输送可以降低槽罐车运输作为流动危险源的风险，但同时增加了EO管道这一新的危险源。EO管道输送需经深冷器进一步冷却，以保证回流温度不会引起EO气化，对温度、压力等工艺要求苛刻，输送成本很高。若制冷设备故障，回流冷量损失过大，易引起EO气化，造成管道超压，使EO管道破裂泄漏，导致大范围事故。

作为园区公共辅助设施，化工园区管廊的管道往往同时存在压缩空气、氮气、氢气、水蒸汽等其他管道。若管道维护管理不力、管道腐蚀、壁厚下降等因素造成EO管道破裂泄漏，则易对管廊内其他管道造成威胁。公用管线相对较长，管理和维护难度较大，发生事故不易及时发现，易延误第一时间的应急处置。

1.7 装卸危险性

槽车装卸时，若操作不当或设备不符合要求、维修保养不到位等，易造成快速接头脱落、槽罐车溜车，使卸料管破损甚至拉断；槽罐车顶部的管道接口未接牢，车辆未安装过流保护装置等，可导致槽车内的EO发生泄漏，若遇点火源易引发火灾、爆炸。

2 事故模拟

2.1 参数设置

用CASST-QRA软件对50 m3、120 m3、200 m3、400 m3等不同型号的EO卧罐或球罐的事故后果及影响进行模拟。限于篇幅，现将50 m3卧罐的模拟情况做论述，其参数设置如表1所示。

表1 50 m3储罐数据信息表

2.2 模拟计算

典型事故模拟计算结果如表2所示，典型事故后果及图例如图1-图3所示。

表2 50 m3储罐典型灾害及事故后果汇总表

图1 管道小孔泄漏池火后果图

图2 容器中孔泄漏池火后果图

图3 容器整体破裂BLEVE后果图

2.3 分析小结

EO储罐可产生池火、闪火、云爆、物理爆炸、BLEVE等灾害模式。闪火的后果最为严重，若在静风或轻微风时出现闪火，事故的死亡半径可达百米以上。若容器整体破裂发生BLEVE，爆炸造成的超压和碎片将产生多米诺效应，对企业内部乃至厂外的人员、设施造成严重伤害，严重死亡半径及多米诺半径近百米；若为100 m3储罐，其多米诺半径可超百米。随着储罐容积的增大，各类灾害模式的伤害半径同时增加。

池火的伤害半径与围堰面积正相关。围堰面积100 m2时，容器中孔、大孔泄漏发生池火的死亡、重伤、轻伤半径分别为：20 m、25 m、39 m；围堰面积为200 m2时，发生池火的死亡、重伤、轻伤半径分别是：29 m、37 m、55 m。

根据事故模拟结果，针对BLEVE模式，需保证冷量抑制EO在装置或储罐内的气化沸腾；针对闪火害模式，需加强EO防闪火措施杜绝各种点火源；针对云爆害模式，需做好低温、防泄漏、防点火源的安全措施；针对池火害模式，除防点火源外，需注意围堤的面积及地基基础，防止池火蔓延；针对物理爆炸害模式，需安装泄压附件，且泄压装置要与释放压力相匹配。

3 防范措施

3.1 产业布局

EO企业布局需合理规划，同时考虑地形、地质、水文、风向等自然因素。项目设计时预先进行事故模拟测试，考虑项目危险性对周边单位的影响，与高敏感、重要、一般防护目标保持足够距离，尽量避免BLEVE灾害和多米诺效应对周边设施及外部单位的影响。EO企业集中分布，下游EO使用企业尽量布置在上游生产企业附近，减少车辆运输和管道输送的距离。储罐的布置应满足GB50 160的要求，储罐外壁与相邻企业（围墙或用地边界线）保持至少120 m的防火间距，与高速公路（路边）保持至少35 m，与其他公路（路边）保持至少25 m，降低次生事故发生风险。

3.2 生产、使用

为降低EO发生自聚等反应的风险，需严格把控原料质量，减少酸、碱、碱金属、铁的化合物等各类杂质的混入。严格控制生产过程中的温度、压力、液位、投料速度等各项工艺参数，实现设备远程控制与安全联锁，合理设定各项工艺参数的上下限值，一旦数据超限，系统立即报警或启动紧急措施。DCS控制系统与SIS安全联锁系统必须可靠，可设置UPS不间断电源或两路电源以保障供电。

3.3 储存

(1)设备材质、防爆。与EO储罐、管道等设备优先选用不锈钢材质，严禁用铜、银等材质。接触EO的设备和管道做好密封，严防泄漏。EO区域属爆炸危险区域，电气设备应采用防爆等级不低于IIBT2的防爆电气。

(2)设施基础。EO储罐的四周应设置防火堤。储罐附近应设置事故水池，事故池容积一般为最大储量的24倍[8]。EO储罐建设时做好地基防护措施，并定期进行地基沉降监测。

(3)控制、监测。安装温度、压力、液位的显示仪表、变送器，实现对各项重要参数的近端显示和远端控制。现场设置具备声光报警功能的可燃气体和有毒气体检测报警仪，同时信号接至值班室。储罐设氮气保护系统，将EO与环境空气隔离。设冷冻水系统，使EO保持低温。储罐管道设可远程控制的紧急切断阀，异常情况下迅速切断物料供应。

(4)消除点火源。EO设备的外壳应设置防静电接地措施，防静电接地电阻值≤100 Ω[9]。罐区出入口处设置人体静电释放器，法兰连接处进行防静电跨接线。人员作业时穿防静电工作服。现场作业使用不发火花工具。

(5)减少或消除事故影响。安装各类安全附件，如安全阀、压力表等。罐体设置消防水喷淋系统，保障充足的消防水供应，除灭火功能外，EO泄漏时可进行降温，并将泄漏物反应吸收掉。

3.4 车辆运输、装卸

加强园区综合管理，对EO运输车辆进行登记，限时、限量运输，合理规划车辆行驶路线[10]。做好运输车辆的检测维护。出车前做好车辆限速、制动、轮胎、安全附件等各装置或部位的安全检查[11]。车辆安装视频监控、GPS等定位监测设备。车辆纳入第三方监测系统监管，随时监控车辆的运行轨迹及状态。车辆行驶路线沿途完善危险化学品各类交通警示标志，事故多发路段设置防撞护栏等保护设施。对驾驶员、装卸员、押运员进行安全培训教育，提高相关人员的专业技能和安全意识，避免超载、超速、疲劳驾驶等违规情况发生。装卸区配备可燃气体探测器、火灾报警、静电消除器。装卸作业前将运输车辆固定牢靠，防止溜车，并使用专用静电接地夹保障车辆的有效接地。使用万向管道进行EO装卸，严禁用金属软管装卸。

3.5 管道输送

EO管道一般采用不锈钢材质，以阻燃的泡沫玻璃作为保冷材料，管道连接采用焊接或法兰连接，禁止用丝扣。垫片可采用聚四氟乙烯或金属缠绕材质，禁止用天然橡胶或石棉材料。管道敷设形式宜采用架空敷设，管道布置时考虑停车时EO靠重力能从管道中自行排出，避免出现气袋、液袋。

为防止流体撞击管壁导致静电积聚，EO的流速控制在1 m/s左右。为保障EO不易发生聚合，EO输送过程中管道温度控制在-5℃以内。为及时检测和发现物料泄漏，管道首末两端可设高精度流量计，现场安装可燃气体探测器。为保证管道压力的释放，防止管道停输时管内液体升温，管道末端可设安全阀。管线检维修作业前，先使用氮气进行吹扫，防止空气或EO存留。为防止事故扩大，可在管道主线与支线分别设隔离切断阀，紧急情况下迅速切断隔离[12]。