甲醇合成精馏过程安全评价Word文件下载.docx
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该项目是某厂实现煤化工的重大战略转变，是一次跨越式发展。
60万吨甲醇目前已完成可研报告编制、项目选址、土地预审、土地统征、水土保持方案批复、取水许可批复和环评报告评审。
项目由某厂独资建设，总占地面积67.5公顷。
60万吨/年甲醇装置包括备煤、煤气化、变换、气体净化、硫回收、甲醇合成与精馏、空分装置。
1.2．2甲醇合成精馏
本项目以H2、CO和CO2为原料，在催化剂存在下合成甲醇的工艺。
它是属于气--固非均相催化合成技术，随着催化剂技术的进展，甲醇合成工艺也经历了高、中、低压法的变化。
无论改进催化剂还是变化合成压力其合成工艺基本没变，仍属气相合成路线。
当前，甲醇生产多趋向于低压法。
由于甲醇合成是强放热反应，如何迅速移走反应热至关重要，因此人们对合成塔结构型式做了大量的工作，出现了不同结构的合成塔。
目前，主要有三种类型合成塔，即绝热型、等温型和绝热与等温混合型合成塔，采用不同类型合成塔形成不同的工艺流程。
根据本项目甲醇生产装置的能力为75t/h，甲醇合成设备拟采用单台设备生产。
在甲醇合成时由于催化剂选择性的限制以及合成反应条件，如：
压力、温度、合成气组成的影响，在生成甲醇的同时，还伴随有一系列的副反应。
粗甲醇中含有易挥发的低沸点组分（如H2、CO、CO2、二甲醚、乙醛和丙酮等）和难挥发的高沸点组分（如乙醇、高级醇和水等），所以需通过精馏的办法制得精甲醇。
为使产品精甲醇的质量满足要求，并从节能的观点出发，本装置拟采用预塔、加压塔和常压塔三塔精馏流程。
预塔主要目的是除去溶解性气体以及低沸点杂质，加压塔及常压塔除去水及高沸点杂质，同时获得精甲醇产品。
精甲醇产品质量满足GB338-2004优级品和美国联邦AA级标准（0-M-232L）。
1.3安全评价内容
本文主要对煤制甲醇（甲醇合成精馏工艺过程）进行危险辨识及安全评价，并提出了部分控制事故的措施。
通过收集、整理和应用有关资料采用DOW（道）化学公司火灾爆炸指数评价法来确定甲醇合成精馏工艺过程中物质、设备及工艺装置等存在的潜在危险性，定量计算火灾爆炸可能导致的危害程度。
1.4安全评价依据
（1）编制依据
（A）土默特右旗萨拉齐镇总体规划
（B）土右旗工农业概况及远景规划
（C）山格架化工能源基地发展纲要
（D）包头市山格架化工园区总体规划
（E）包头市山格架化工园区产业发展规划
（F）煤制甲醇项目可行性研究报告合同书
（G）GE公司提供的水煤浆气化有关资料
（H）CASALE公司提供的甲醇合成工艺资料
（2）编制原则
（A）本项目满足国家有关政策和规定，本着节省投资，确保项目质量，增加经济效益的原则，采用国内外先进、可靠的工艺技术，使产品质量和主要技术经济指标达到国内先进水平，并确保工程长期稳定安全运行。
（B）采用先进的煤气化工艺制取甲醇合成气，最终产品为甲醇，实现煤的清洁生产和开发利用。
今后甲醇产品可用于制甲醇汽油或烯烃（MTO、MTP工艺技术），也可制二甲醚。
（C）为降低项目投资，除核心技术和关键设备引进外，应尽可能提高装备国产化率。
（D）总图布置时，在满足保证安全、有利生产、方便管理的前提下，做到流程顺畅、布局紧凑，按功能进行分区布置，尽量节约土地。
（E）严格控制环境污染、采取措施、落实治理使排放“三废”符合国家和地方环境保护的要求及有关规定。
（F）贯彻节约用水原则，水尽可能循环利用，减少生产废水排放。
（G）贯彻国家和地方的安全生产和工业卫生的各项法规，建设一个生产安全、环境卫生良好的生产企业。
（H）坚持一期与二期规划相协调的原则，合理布局，节约用地的原则。
1.5评价框架
图1：
安全评价框架图
2危险有害因素辨识
2.1辨识方法介绍
危险源辨识（hazard
identification）是识别危险源的存在并确定其性质的过程。
生产过程危险源的辨识可以从以下几方面考虑：
①生产的常规活动，如正常的生产活动等。
②生产的非常规活动，如临时抢修活动等。
③在紧急时态下的活动，如火灾、停电等。
④所有进入作业场所的人员的活动，包括内部员工和外部访问者的活动。
⑤作业场所内的内部设施，如拥有建筑物、车床、电气设备等。
⑥作业场所内由外部提供给企业的设施，如企业租赁的建筑物，电气设备等。
（一）直观经验分析方法
直观经验分析方法适用于有可供参考先例、有以往经验可以借鉴的项目，不能应用在没有可供参考先例的新开发系统。
1.对照、经验法
对照、经验法是对照有关标准、法规、检查表或依靠分析人员的观察分析能力，借助于经验和判断能力直观对评价对象的危险、有害因素进行分析的方法。
2.类比方法
类比方法是利用相同或相似工程系统或作业条件的经验和劳动安全卫生的统计资料来类推、分析评价对象的危险、有害因素。
（二）系统安全分析方法
系统安全分析方法是应用系统安全工程评价方法的部分方法进行危险、有害因素辨识。
系统安全分析方法常用于复杂、没有事故经验的新开发系统。
常用的系统安全分析方法有事件树、事故树等。
2.2辨识结果及分析
2.2.1火灾爆炸危害
火灾爆炸是甲醇生产中发生较多而且危害甚大的事故类型。
甲醇生产过程中的原料煤，中间产物氢气，一氧化碳，产品甲醇都是易燃、易爆物质。
如果操作不当或者使用不合理时极易引起火灾。
一旦发生爆炸，都可能导致人员伤害和财产损失，甚至导致整个生产装置的破坏。
甲醇生产中操作温度高是引起工艺中可燃物料着火爆炸的一个重要因素，高温的表面易引起与之接触的可燃物着火。
高温也可使可燃气体的爆炸极限扩大，由于爆炸极限的加宽，也使其危险性增加。
甲醇生产中能引起可燃气体着火的火源种类很多，如明火、高温物质、电气火花及静电放电产生的火花等。
2.2.2物理爆炸
甲醇生产装置中预热器、脱硫罐、精馏塔、蒸汽转化炉、甲醇台成塔、工艺空气储罐、仪表空气储罐、氮气储罐、空气缓冲罐、氮气缓冲罐等均为承压设备如果出现超压时，若设计制造有缺陷及安全装置失灵，会发生物理爆炸。
本工程涉及承压设备较多，物料主要是甲类气体，因此，发生物理爆炸的危险也比较大同时还可能引起中毒，高温灼伤，电击等人生伤害。
2.2.3中毒
甲醇生产中产生的一氧化碳、二氧化碳、氢气等中间产物，它们和产品甲醇均具有一定的毒性：
一氧化碳能同血液中的红色素形成化合物，致使呼吸困难，严重中毒时会很快使人失去知觉、痉挛、气短和呼吸困难；
甲醇对神经系统和血管系统影响最大，甲醇蒸汽对呼吸道粘膜和视力都有影响。
在设备密封不好，或因设备管道腐蚀造成泄漏，设备检修，操作失误，发生事故等情况下，有毒、有害物质便迅速外泄并污染作业环境。
如防护不当或处理不及时，则很容易发生中毒，对人体产生不同程度的危害。
2.2.4机械伤害
甲醇生产机械设备主要有联合压缩机、鼓风机、引风机、旋转泵等各类机和电机的动力驱动的传动件及转动部位，如防护设施失效或残缺，或人员违操作就有发生机械伤害的危险。
2.2.5烫伤或高温灼伤
在生产过程中天然气预热至380摄氏度，在僵化剂的作用下进行蒸汽转化反应，转化炉内温度达1100摄氏度，合成塔反应温度255摄氏度，过热蒸汽温度370摄氏度。
这高温设备、管道阀门等，一旦在制造、安装、保温、隔热、维修存在缺陷造成泄或操作人员接触均可造成人员伤害。
2.2.6高处坠落
转化、合成、精馏及部分工艺管线、空冷系统，大部分操作平台在2米以上，在
高处作业时，不系安全带或者扶手，梯子存在缺陷，都可能使操作人员高处坠落，造成人员伤害。
同时上述设备设施上有可能发生物体坠落造成人员打击伤害。
2.2.7触电或电气火灾
甲醇生产车间使用的电气设备的外壳、线路外皮绝缘损坏、线路短路以及接地设施失效或不按照规定设置漏电保护器，都有可能造成电气火灾或触电事故；
另外用电设备在运行过程中因安全防护装置不齐、故障、作业环境不良、维护管理不善等原因可能有发生触电或电气火灾的危险。
2.2.8化学烧伤
脱盐水站酸碱储槽及相应管线因泄漏一旦酸碱接触人体会造成身体皮肤烧伤，发生化学烧伤。
分析化验室的浓硫酸、高锰酸钾等化学药剂在使用过程中，可能发生飞溅接触人体会造成身体化学烧伤。
2.2.9危险等级划分
危险类别
危险级别
危险程度
可能导致的后果
火灾爆炸危害
Ⅳ
灾难性
造成人员重大伤亡及系统严重破坏的灾难性事故，必须果断排除并进行重点防范
物理爆炸
Ⅱ
临界
处于事故的边缘状态，暂时不会造成人员伤亡、系统损坏或降低系统性能，但应予以排除或采取控制措施
中毒
Ⅲ
危险
会造成人员伤亡和系统损坏，要立即采取防范措施
机械伤害
烫伤或高温灼伤
高处坠落
触电或电气伤害
化学烧伤
从以上可以知道火灾爆炸危害危险程度最大，会造成人员重大伤亡及系统严重破坏的灾难性事故，必须果断排除并进行重点防范。
3评价单元划分及评价方法选择
3.1评价方法介绍
目前国内外主要采用的安全评价方法有：
①安全检查表法（SCL），此方法简单、易行，可对系统进行定性的评价；
②预先危险分析法（PHA），系统设计之初对系统进行初步定性评价；
③故障类型及影响分析法（FMEA），根据各子系统的故障类型来定性的对系统评价；
④危险可操作性研究（HAZOP）；
⑤事件树分析法（ETA），利用事件树来定性定量评价；
⑥故障树分析法（FTA），利用故障树来定性定量的评价；
⑦危险指数评价方法（F&
EI），利用每个子系统的危险指数值，来计算系统的危险指数的评价方法，此方法计算比较精确，但计算很困难；
⑧人的可靠性分析方法（HRA），利用人的可靠性的概率来计算系统的可靠性的评价方法；
⑨概率危险评价方（PBHA），通过分析子系统的可靠性来计算整个系统的可靠性的概率大小的评价方法。
根据甲醇合成精馏工艺的生产特点及危险有害因素类型，这里选择道化学法为主要评价方法。
1964年，美国道（DOW）化学公司根据化工生产特点，开发出“火灾、爆炸危险指数评价法”（简称“道化学法”），用于对化工生产装置进行安全评价。
该评价法经不断补充、修改、完善，现已比较成熟、可靠，其方法独特、有效、易于掌握。
该评价法以工艺单元重要危险物质在标准状态下的火灾、爆炸或释放出危险性潜在能量大小为基础，同时考虑工艺过程的危险性，计算工艺单元火灾爆炸指数（F&
EI），确定危险等级，并确定安全对策措施，使危险降低到人们可以接受的程度，是国内外石油化工企业主要评价方法之一。
3.2甲醇合成精馏流程及评价单元划分
甲醇合成器是设备的心脏设备，一般有冷激式、冷管式、水管式、管壳式合成塔等。
根据生产装置和实际需求进行选择。
本工艺中采用冷管塔与管壳塔串联组合结构。
原料气预热达到反应温度后进入合成塔，在塔内CO、CO2与H2反应生成甲醇和水。
经甲醇分离器分离后得到粗甲醇。
粗甲醇经过预精馏塔、加压精馏塔和常压精馏塔后得到甲醇。
本工序主要设备如下：
（1）循环压缩机处理未反应的气体以便循环利用；
（2）甲醇合成塔、与反应制备甲醇；
（3）预精馏塔被分离了溶解气的甲醇进入预精馏塔，预精馏的目的是除去低沸点副产物；
（4）精馏塔加压和常压在精馏塔顶部出来的精甲醇经空冷、终冷、回流后一部分返回塔内,另一部分作为产品精甲醇输出。
评价单元就是对工艺有严重影响的单元，是装置的相对独立的组成部分，具有布置上的相对独立性或工艺上的不同性，一般情况下，一个单元即一种工艺。
划分评价的目的，是为了方便评价工作的进行，提高评价工作的准确性和全面性。
按照煤制甲醇合成精馏工艺流程，可划分评价单元为甲醇合成精馏单元。
4危险性评价
4.1评价过程
4.1.1道化学法的基本程序
图3：
道化学法的基本程序图
4.1.2确定物质系数MF
物质系数MF表述物质在由燃烧或其他反应引起的火灾、爆炸中释放能量大小的内在特性，是最基础的数值。
由物质的燃烧性（NF）和化学活性（NR）决定。
物质系数MF的选取，原则上取混合单元内最大的物质系数作为该混合物的系数。
由于反应器中甲醇的物质最大，查道化学公司火灾、爆炸危险指数评价方法第七版的附录A，甲醇的MF为16，一氧化碳的MF为4，二氧化碳的MF为6，氢气的MF为8，并且反应器中甲醇的体积最大，所以我们选取该反应装置的MF=16。
甲醇是一种无色、透明、易燃、易挥发的有毒液体，略有酒精气味。
分子量32.04，相对密度0.792（204℃），熔点-97.8℃，沸点64.5℃，闪点12.22℃，自燃点463.89℃，蒸气密度1.11，蒸气压13.33KPa（100mmHg21.2℃），蒸气与空气混合物爆炸极限为6.0%-36.5%（体积）。
4.1.3确定一般工艺危险系数F1
一般工艺危险系数是确定事故损害大小的主要因素，F1是基本系数1.00和评价单元有关内容所选取系数的代数和。
由于该反应为中等放热反应，在系数0.3-1．25中，应该选取O．5；
由于该反应器四面封闭，处理量大于4．5t，所以在危险系数O．3-0．9中，其系数应该选择为0．45；
该反应单元操作区域大于925m2，在危险系数0．2-0．35
中，应该选择为0．2；
排放和泄漏属于一般情况，应该选取系数为0．5，所以Fl=1.00+0.5+0.45+0.2+0.5=2.65。
4.1.4确定特殊工艺危险系数F2
特殊工艺危险系数是影响事故发生概率的主要因素。
F2是基本系数1.00和评价单元有关内容所取系数的代数和。
反应器内甲醇的健康危害指数NH是3，系数取为0．2×
3=0．6；
甲醇在爆炸极限内，且在闪点以上，系数为0．50；
该单元已经采取防腐蚀措施，单元系数取为0.1；
根据反应器内甲醇的数量，计算得该项系数为0．5；
接头处和填料处泄漏，得该项系数为0．3；
转动设备单元系数取为O．5，所以F2=1.00+0.6+0.5+0.1+0.5+0.3+0.5=3.5。
4.1.5确定各工艺单元危险系数F3
F3=Fl×
F2=2.65×
3.5=9.525
由于该评价方法中工艺单元危险系数F3的范围是1-8，所以，在计算火灾、爆炸危险指数时应选取最大值8；
所以F3=8。
4.1.6确定单元火灾、爆炸危险指数F&
MF
F&
EI=MF×
F3=16×
8=128
火灾爆炸指数被用来估计生产过程中的事故可能造成的破坏，F&
EI与危险程度的关系如下表所示:
1-60
61-96
97-127
128-158
>
159
危险等级
Ⅰ
Ⅴ
最轻
较轻
中等
较大
非常大
由此得出甲醇合成精馏反应器的等级为Ⅳ级，危险程度为较大。
4.1.7确定安全措施补偿系数C
（1）工艺控制补偿系数C1
应急电源：
本单元有事故应急电源，补偿系数为0.98；
抑爆装置：
本单元采用防爆膜泄压，补偿系数为0.98；
计算机控制：
本单元采用DCS控制系统，补偿系数为0．93；
惰性气体保护：
本单元有惰性气体保护，补偿系数为0.94；
操作规程：
本单元具有开、停车等操作规程，补偿系数为0.91；
活性化学物质：
要求对一氧化碳氧化反应状况进行监控，补偿系数为0.95；
以上各值相乘得：
C1=0.726。
（2）物质隔离补偿系数C2
远距离控制阀：
本单元具有遥控切断阀，补偿系数为0.98；
排放系统：
本单元排放设施完善，补偿系数为O.91；
连锁系统：
本单元装有连锁系统，补偿系数为0.98；
C2=O.874。
（3）防火措施补偿系数C3
钢制结构：
本单元钢结构防火涂层高度大于10m，补偿系数为0．95；
消防水供应系统：
本单元消防水可供应4小时，补偿系数为0.94；
手提式灭火器材：
本单元配备了适量手提式灭火器，补偿系数为0.95；
电缆保护：
本单元电缆用16号钢板金属罩加以保护，补偿系数为0.98；
以上各取值系数相乘得：
C3=0.831。
所以安全措施补偿系数C=C1×
C2×
C3=0.53
4.1.8实际危险程度
EI×
C=128×
0.53=67.84
经过安全措施补偿后，甲醇合成精馏装置的危险等级由Ⅳ级降为Ⅱ级，实际危险程度为“较轻”。
4.2评价结果汇总及分析
4.2.1评价结果汇总
按照上述评价程序进行评价，甲醇合成精馏单元火灾爆炸危险性见下表所示。
项目
甲醇合成精馏单元
物质系数MF
16
火灾、爆炸指数F&
EI
128
安全措施补偿系数C
0.53
火灾、爆炸危险等级
补偿后的火灾、爆炸指数F&
67.86
补偿后的火灾、爆炸危险等级
4.2.2评价结果分析
在煤制甲醇生产中，甲醇合成精馏单元火灾爆炸指数F&
EI为：
128，火灾、爆炸危险等级为：
“较大”。
而在经过安全补偿系数修正之后的单元火灾爆炸指数为：
67.86火灾、爆炸危险等级为：
“较轻”。
评价结果显示在没有考虑安全措施补偿之前，甲醇合成精馏单元工艺流程的危险性为较大，经过安全措施补偿后，其危险性降低了成为安全级，说明采取必要的安全措施，单元的潜在危险性得到了有效控制，可以有效地减轻事故后果。
5结论及建议
5.1结论
通过阐述美国道（DOW）化学公司的火灾、爆炸危险指数评价法的原理，并以某60万吨/年煤制甲醇装置为应用实例，对甲醇合成精馏装置工艺单元进行危险性分析和火灾爆炸指数法定量评价，得到如下结论。
（1）该煤制甲醇装置甲醇合成精馏工艺单元的火灾、爆炸危险性较大。
在通过安全措施补偿后，火灾、爆炸危险性都降低到了安全级。
（2）评价过程中，由于所评价单元危险因素比较复杂，而且评价过程只选取正常作业这一状态，加上评价过程只从硬件方面危险程度进行校正。
因此存在一定局限性，还应通过其它方法来进行重点和个性方面的评价。
5.2安全对策措施及建议
5.2.1生产设备安全管理
（1）加强设备的控制与管理
对关键设备实行“机、电、仪、管、操”五位一体的特护，设备工况保持良好，减少泄漏，降低火灾爆炸及中毒危险。
定期对压力容器、安全附件和各种测量仪表进行检验和校验。
（2）本质安全化
本质安全是指设备本身所具备的安全基础指数，是安全生产的基础。
本质安全必须从设备的设计抓起，要通过不断改进，杜绝因设备本身故障可能导致的事故，以保护人员不受伤害。
本质安全化，是人的行为本质安全、物的状态本质安全、系统管理本质安全的有机统一，因此对煤制甲醇装置区内人、物和环境的系统控制是保证本质安全化的必要条件。
5.2.2生产工艺安全管理
（1）工艺流程与控制
加强工艺管理，严格控制指标，进一步完善并严格执行操作规程。
加强巡检，及时发现问题，正确判断、及时处理，排除各种可能的导致火灾爆炸的不安全因素。
各项工艺指标控制在正常范围，减少操作波动。
（2）火灾、爆炸危险因素修正和补偿措施
危险因素修正项是装置日常安全管理和监督工作的重点，装置采取的各项安全补偿措施是降低危险性的重要保证，重视安全补偿措施，保证装备的完好和投用情况。
从安全评价结果可以看出，如果失去这些安全补偿，煤制甲醇装置的风险将会加大。
5.2.4防火安全管理
（1）增加安全技术装备的投入
①安装工业电视，对装置的关键重点部位进行监控，提高操作人员对现场的监控能力，发现事故苗头及时处理。
②针对泵端封容易泄漏问题，可在泵附近安装可燃气体报警仪与火焰探测器。
③安装自动消防泡沫喷射系统与泵区灭火蒸气系统和火焰探测装置配套使用，一旦出现泄漏着火，立即启动自动消防泡沫喷射系统或泵区灭火蒸气系统，扑灭火灾。
（2）防雷
工艺设备要有良好的接地设施，每年雷雨季节之前要对避雷器、引出线接地系统进行全面检查，防止发生雷击，引起火灾爆炸事故。
（3）防电器火灾隐患
严格控制临时电源的拉接使用，防止因临时电源不符合防爆规定产生火花，导致生产装置区发生着火、爆炸事故。
5.2.5其他方面
牢固树立“安全第一，预防为主”的安全生产意识建立企业第一责任人、技术主管部门负责人和工程技术人员的企业安全文化教育体系。
建立企业管理人员、生产工人的职业安全文化教育体系。
利用安全讨论会，专门培训等多种形式开展安全教育，提高企业全体员工的安全防范意识。
参考文献
[1]国家安全生产监督管理总局．安全评价（上册）[M]．北京：
煤炭工业出版社，2005．
[2]刘铁民，张兴凯，刘功智．安全评价方法应用指南[M]．北京：
化学工业出版社，2005．
[3]王文和
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