化學(xué)反應風(fēng)險評估工藝危險度分級
反應工藝危險度指的是工藝反應本身的危險程度,危險度越大的反應,反應失控后造成事故的嚴重程度就越大。本文將介紹反應工藝危險度的分級,以及相應的評估結論和工藝優(yōu)化建議措施。《精細化工反應安全風(fēng)險評估規范》GB/T 42300-2022中,根據工藝操作溫度、合成反應的最高溫度、TD24為24h的溫度、技術(shù)原因的最高溫度,這4個(gè)溫度參數之間的大小關(guān)系,把工藝反應危險度從高到低分為5個(gè)等級,企業(yè)應根據反應工藝危險度等級,有針對性地采取控制措施,對于反應工藝危險度較高的反應,需要對工藝進(jìn)行優(yōu)化或者采取有效的控制措施,降低危險度等級。
圖1 根據Tp、MTSR、MTT和TD244個(gè)溫度水平對危險度分級
需要說(shuō)明的是,根據圖1對合成工藝進(jìn)行的熱風(fēng)險分級體系主要基于4個(gè)特征溫度參數,沒(méi)有考慮到壓力效應、溶劑蒸發(fā)速率、反應物料液位上漲等更加復雜的因素,因而是一種初步的熱風(fēng)險分級體系。
工藝危險度等級對選擇和制定風(fēng)險降低措施有重要作用,不同危險度等級,采取的應對方式和風(fēng)控措施不同,具體情形如下:
1級危險度情形
反應危險性較低。MTSR小于MTT和TD24,體系不會(huì )引發(fā)物料的二次分解反應,也不會(huì )導致反應物劇烈沸騰而沖料。但是,仍需避免反應物料長(cháng)時(shí)間受熱,以免達到MTT。
對于反應工藝危險度為1級的工藝過(guò)程,應配置常規的自動(dòng)控制系統,對主要反應參數進(jìn)行集中監控及自動(dòng)調節(分布式控制系統DCS或可編程邏輯控制器PLC)。
2級危險度情形
潛在分解風(fēng)險。MTSR小于MTT和TD24,體系不會(huì )引發(fā)物料的二次分解反應,也不會(huì )導致反應物劇烈沸騰而沖料。但是由于MTT高于TD24,如果反應體系持續停留在失控狀態(tài),有可能引發(fā)二次分解反應的發(fā)生,二次分解反應繼續放熱,最終使反應體系達到MTT,有可能引起沖料等危險事故。
對于反應工藝危險度為2級的工藝過(guò)程,在配置常規自動(dòng)控制系統,對主要反應參數進(jìn)行集中監控及自動(dòng)調節的基礎上,應設置偏離正常值的報警和聯(lián)鎖控制;宜根據設計要求及規范設置但不限于爆破片和安全閥;應根據安全完整性等級(SIL)評估要求,設置相應的安全儀表系統。
3級危險度情形
存在沖料和分解風(fēng)險。MTSR大于MTT,容易引起反應物料沸騰導致沖料危險的發(fā)生,甚至導致體系瞬間壓力的升高,但是,MTSR小于TD24,引發(fā)二次分解反應發(fā)生的可能性不大,體系物料的蒸發(fā)冷卻也可以作為熱交換的措施,成為系統的安全屏障。3級危險度時(shí),反應體系在MTT時(shí)的反應放熱速率快慢對體系安全性影響很大,應充分考慮但不限于緊急減壓、緊急冷卻風(fēng)險控制措施,避免沖料和引發(fā)二次分解反應,導致爆炸事故。
對于反應工藝危險度為3級的工藝過(guò)程,在配置常規自動(dòng)控制系統,對主要反應參數進(jìn)行集中監控及自動(dòng)調節的基礎上,應設置偏離正常值的報警和聯(lián)鎖控制;宜根據設計要求及規范設置但不限于爆破片、安全閥,設置但不限于緊急終止反應、緊急冷卻降溫等控制設施;應根據SIL評估要求,設置相應的安全儀表系統。
4級危險度情形
沖料和分解風(fēng)險較高,潛在爆炸風(fēng)險。MTSR大于MTT和TD24,體系的溫度可能超過(guò)MTT,引起反應物料沸騰導致沖料危險的發(fā)生,并引發(fā)二次分解反應的發(fā)生。在這種情況下,反應體系在MTT時(shí)的各種反應的放熱速率對整個(gè)工藝的安全性影響很大。體系物料的蒸發(fā)冷卻、緊急減壓、緊急冷卻措施有一定的安全保障作用;但是,不能完全避免二次分解反應的發(fā)生。對于4級危險度而言,應建立一個(gè)可靠、有效的技術(shù)和工程設計措施。
對于反應工藝危險度為4級的工藝過(guò)程,尤其是風(fēng)險高但必須實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的項目,應優(yōu)先開(kāi)展工藝優(yōu)化或改變工藝的方法降低風(fēng)險;應配置常規自動(dòng)控制系統,對主要反應參數進(jìn)行集中監控及自動(dòng)調節;應設置偏離正常值的報警和聯(lián)鎖控制;宜根據設計要求及規范設置但不限于爆破片,安全閥,設置但不限于緊急終止反應、緊急冷卻等控制設施;應根據SIL評估要求,設置獨立的安全儀表系統。
5級危險度情形
爆炸風(fēng)險較高。MTSR大于TD24,失控體系很容易引發(fā)二次分解反應,二次分解反應不斷放熱,體系溫度很可能超過(guò)MTT,導致反應體系處于更加危險的狀態(tài)。這種情況下,單純依靠蒸發(fā)冷卻和降低反應系統壓力措施已經(jīng)不能滿(mǎn)足體系安全保障的需要。因此,5級危險度是一種非常危險的情形,普通的技術(shù)措施不能解決5級危險度的情形,應選擇工藝優(yōu)化、區域隔離措施。
對于反應工藝危險度達到5級并必須實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的項目,它的設計與4級危險度情形一樣;在此基礎上,還應設置在防爆墻隔離的獨立空間中,并設置完善的超壓泄爆設施,實(shí)現全面自控,除裝置安全技術(shù)規程和崗位操作規程中對于進(jìn)入隔離區有明確規定的,反應過(guò)程中操作人員不應進(jìn)入所限制的空間內。
化工工藝危險度分級可以幫助企業(yè)了解反應工藝的危險程度,并根據工藝危險等級,采取相應的安全措施和完善風(fēng)險管理,以保證生產(chǎn)過(guò)程的安全,最大程度上降低事故風(fēng)險,提高化工企業(yè)安全生產(chǎn)水平,確?;て髽I(yè)的穩定和可持續發(fā)展。