石化裝置危險有害因素淺析

宋淑云，王 薇，奚海軍

(1．中國石油安全環(huán)保技術(shù)研究院，北京 102206；2．中國石油吉林石化公司 銷售公司，吉林 吉林 132002)

石油化工指以石油和天然氣為原料，生產(chǎn)石油產(chǎn)品和石油化工產(chǎn)品的工業(yè)。生產(chǎn)石油化工產(chǎn)品首先是對原料油和氣(如汽油、柴油、丙烷等)進(jìn)行裂解，生成以乙烯、丙烯、苯、甲苯為代表的基本化工原料；再使用基本化工原料生產(chǎn)多種有機(jī)化工原料及合成材料(塑料、合成橡膠、合成纖維)。石油化工生產(chǎn)裝置一般具有大型化、輔助系統(tǒng)比較龐大、工藝過程復(fù)雜、自動化程度高、生產(chǎn)過程高度連續(xù)、生產(chǎn)過程危險性大的特點(diǎn)，所涉及的原料、輔料、中間體、產(chǎn)品等多為有毒有害、易燃易爆物質(zhì)，生產(chǎn)過程多涉及高溫、高壓、易燃、易爆、有毒有害、腐蝕性因素，裝置不同程度存在高溫、毒性、腐蝕性、噪聲等危害。一旦操作條件變化，工藝過程受到干擾產(chǎn)生異常或人為因素造成誤操作，潛在的危險容易發(fā)展成為災(zāi)害性事故。對于具體工藝應(yīng)具體分析，現(xiàn)僅對其共性的危險有害因素進(jìn)行簡要分析[1]。

1 工藝過程危險特性分析

對石化裝置的主要工藝區(qū)域進(jìn)行分析，分析與系統(tǒng)有關(guān)的主要危險；識別產(chǎn)生危險的原因；估計(jì)事故對人員、系統(tǒng)、環(huán)境等產(chǎn)生的影響；判定危險性等級，以便采取適宜的消除或控制危險的技術(shù)和管理措施[2]。

石化裝置使用物料大部分為烴類物質(zhì)，這決定了火災(zāi)、爆炸為該裝置的主要危險特性。

對于放熱反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量是通過反應(yīng)產(chǎn)物等帶出反應(yīng)器，一旦反應(yīng)物料泵等發(fā)生故障，熱量不能及時帶出，反應(yīng)器內(nèi)熱量積聚可能產(chǎn)生超溫，輕者損壞反應(yīng)器，重者引發(fā)反應(yīng)器“飛溫”，造成重大生產(chǎn)事故。

若反應(yīng)產(chǎn)生的熱量用于生產(chǎn)低壓蒸汽[(0.45～0.65)MPa]，產(chǎn)生的蒸汽并入低壓蒸汽管網(wǎng)，蒸汽余熱鍋爐爆炸可引發(fā)嚴(yán)重燙傷事故。

氧化反應(yīng)是石油化工生產(chǎn)過程中的常見反應(yīng)，氧化反應(yīng)為劇烈的放熱反應(yīng)。因此氧化反應(yīng)器中同時存在可燃物、助燃物，一旦反應(yīng)超溫可能導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸事故。大多數(shù)生產(chǎn)廠家都要求把氧化反應(yīng)器單獨(dú)隔離并放在防爆墻內(nèi)，以降低氧化反應(yīng)器一旦發(fā)生爆炸造成的損失。

負(fù)壓操作也普遍存在于石化單元中，對于負(fù)壓操作的塔器等，存在著空氣泄漏進(jìn)塔等容器內(nèi)形成爆炸性混合物的危險。

2 物料、操作危險性分析

石油化工生產(chǎn)過程中使用的原料、輔助材料、成品等大都是易燃易爆物質(zhì)，在管理不當(dāng)，操作失誤、使用不合理時極易引發(fā)火災(zāi)、爆炸。天然氣、煉廠氣、原料煤氣、烴類及油蒸氣等，其燃點(diǎn)低、爆炸下限低，點(diǎn)燃能量低，若操作不當(dāng)或因設(shè)備問題發(fā)生外泄，或者空氣〈或氧氣〉混入系統(tǒng)中，極易發(fā)生燃燒爆炸。工藝氣體著火時火勢兇猛而且不易撲滅，危險性極大。

對原料、中間物料、介質(zhì)、產(chǎn)品，應(yīng)分析其易燃、易爆性質(zhì)；根據(jù)具體裝置的主要危險物料性繪制主要危險物料性質(zhì)表和危險性匯總表。列出物料名稱、爆炸極限、閃點(diǎn)、引燃溫度、火災(zāi)危險類別等。重點(diǎn)物料還需注明危險特性、燃爆特性與消防措施、理化性質(zhì)、儲存注意事項(xiàng)、泄漏處理、健康危害、防護(hù)措施、急救措施等[2-4]。

2．1 物料的危險性

含烴物料屬易燃、易爆物質(zhì)，而氫氣是石油化工的重要原料之一，氫氣爆炸濃度范圍較寬，與空氣混合物的爆炸極限為4.1%～74.1%(體積分?jǐn)?shù)，以下同)，引燃能量相對較低，最小引燃能量僅為0.02 mJ，分子量小、滲透泄漏性強(qiáng)，且無色無味，更加劇了火災(zāi)爆炸的危險。根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50160—2008)的規(guī)定，這些物料的火災(zāi)危險性分類屬于甲類。

含烴氣體和氫氣火災(zāi)、爆炸特性數(shù)據(jù)見表1。

表1 物料火災(zāi)、爆炸特性數(shù)據(jù)

2．2 操作條件的危險性

識別生產(chǎn)裝置中具有高溫、高壓、易燃、易爆、有毒、腐蝕、泄漏因素的關(guān)鍵、重點(diǎn)設(shè)備，分析可能發(fā)生的火災(zāi)爆炸危險性。

石化裝置的反應(yīng)器、壓縮機(jī)、分離器、換熱器、余熱鍋爐等設(shè)備不少在正壓條件下操作，屬中壓和低壓范疇，存在著物理開裂的危險；處在高溫狀態(tài)的物料，如發(fā)生物料泄漏，遇點(diǎn)火源將發(fā)生火災(zāi)甚至爆炸事故。

石油化工從原料到產(chǎn)品，使用或產(chǎn)生的物質(zhì)大多數(shù)屬于甲類和甲B類物質(zhì)，生產(chǎn)過程中較高的操作壓力和操作溫度，更增加了裝置的危險程度。按《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50160—2008)規(guī)定，火災(zāi)、爆炸是其主要危險特性。

2．2．1 高溫操作帶來的危險性

高溫是導(dǎo)致石油化工生產(chǎn)中物料爆炸的一個重要因素。主要有以下幾方面。

(1) 高溫設(shè)備和管道表面易引起與之接觸的可燃物質(zhì)著火；

(2) 處于高溫狀態(tài)的可燃?xì)怏w混合物，一旦空氣抽入系統(tǒng)與之混合并達(dá)到爆炸極限時，極易在設(shè)備和管道內(nèi)爆炸；

(3) 溫度達(dá)到或超過自燃點(diǎn)的可燃?xì)怏w，一旦泄漏即能引起燃燒爆炸；

(4) 高溫可加速運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械中的潤滑油的揮發(fā)和分解，使油氣在管道中積炭、結(jié)焦，導(dǎo)致積炭、燃燒和爆炸；

(5) 高溫可使金屬材料發(fā)生蠕變，改變金相組織，增強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的腐蝕性，高溫還能增強(qiáng)氧氣對金屬的氫蝕作用，這均可降低設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度，導(dǎo)致泄漏，甚至造成火災(zāi)爆炸；

(6) 高溫使可燃?xì)怏w的爆炸極限擴(kuò)大，如氨在常溫下爆炸極限為15．5%～27%，而在100 ℃時則變?yōu)?4．5%～29．5%，爆炸范圍變寬造成其危險性增大。

2．2．2 高壓運(yùn)行帶來的危險性

高壓使可燃?xì)怏w爆炸極限加寬，如常壓下，甲烷的爆炸上限為15%，而在12．5 MPa時，則擴(kuò)大到45．7%，使爆炸危險性增加。并且處于高壓下的可燃?xì)怏w一旦發(fā)生泄漏，高壓氣體體積將迅速膨脹，與空氣形成可爆性混合氣，在氣體與設(shè)備摩擦產(chǎn)生靜電火花的情況下將導(dǎo)致著火爆炸。

此外，高壓操作對設(shè)備選材、制造都帶來一定難度，給平時的設(shè)備維護(hù)也增加了困難；同時，易使設(shè)備發(fā)生疲勞腐蝕，造成設(shè)備或管道泄漏。高壓能加劇氫氣、氮?dú)鈱︿摬牡臍湮g作用及滲氮作用，使設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度減弱，易導(dǎo)致物理爆炸。

2．3 其它因素

由于生產(chǎn)過程中的物料多系易燃易爆物質(zhì)，當(dāng)操作不當(dāng)或設(shè)備密封不嚴(yán)時，空氣或氧氣竄入生產(chǎn)裝置，或投料順序有誤，或投料比例不符合要求導(dǎo)致氧含量超過規(guī)定而造成爆炸。有自聚物生成的生產(chǎn)裝置，由于控制不當(dāng)，管理不嚴(yán)亦會引起自聚物的爆炸。

3 毒性危害因素分析

由于石油化工生產(chǎn)中使用的原料、輔料、產(chǎn)品等大多具有毒性，工人接觸、使用化學(xué)有毒有害物質(zhì)的機(jī)會較多，如一氧化碳、硫化氫、氨、氮氧化物、苯、苯胺等。其多為主要原料或中間產(chǎn)物，以氣態(tài)或塵霧狀態(tài)存在，在設(shè)備密封不嚴(yán)或因設(shè)備管道腐蝕、設(shè)備檢修、操作失誤、發(fā)生事故等情況下，有毒有害物質(zhì)泄漏并污染環(huán)境，如防護(hù)不當(dāng)或處理不及時，很容易發(fā)生中毒，對人體造成不同程度的危害。有些氣態(tài)物質(zhì)無色無臭泄漏后不易察覺，往往會造成更大的危害[4-5]。

由于涉及物料種類繁多，僅以原油和天然氣(油田氣)為例對其毒害性進(jìn)行分析。

3．1 原油

相關(guān)作業(yè)人員，都可能接觸到原油及其揮發(fā)物。原油對人體的毒性作用多因其組成中的烷烴和環(huán)烷烴引起。

3．1．1 烷烴

原油中的烴類物質(zhì)主要是中碳烷烴和高碳烷烴。烷烴的毒性屬低毒和微毒。烷烴毒性隨碳原子數(shù)增多而增大。但高碳烷烴由于沸點(diǎn)、熔點(diǎn)均高，揮發(fā)性和溶解性較低，在實(shí)際生產(chǎn)中引起職業(yè)中毒的可能性反而減少。

烷烴主要通過呼吸道吸入(液態(tài)烷烴可通過皮膚進(jìn)行微量吸收)。烷烴吸收后，主要分布在脂肪含量高的組織和器官，幾乎不轉(zhuǎn)化，無蓄積作用，以原來的形式迅速從呼吸道排出。

人體長期接觸烷烴，其危害主要表現(xiàn)為神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂，尤其是植物神經(jīng)功能紊亂。長期接觸中碳烷烴，可以出現(xiàn)多發(fā)性神經(jīng)炎，胃腸道疾病發(fā)生率增高，機(jī)體抵抗力下降。中碳烷烴和高碳烷烴對皮膚和粘膜有輕度刺激作用，長期反復(fù)接觸可引起皮炎、毛囊炎、痤瘡、黑皮病及皮膚局限性角質(zhì)增生等。

3．1．2 環(huán)烷烴

環(huán)烷烴是環(huán)狀的飽和烴。原油中的環(huán)烷烴主要是環(huán)戊烷、環(huán)已烷及其烴基衍生物。環(huán)烷烴有麻醉作用，在體內(nèi)無蓄積，一般不發(fā)生慢性中毒。對皮膚有刺激作用，長期反復(fù)接觸可引起皮膚脫水、脫脂及皮炎。高濃度蒸氣可刺激粘膜。直接吸入液態(tài)環(huán)烷烴可引起肺炎、肺水腫及肺出血。

3．2 天然氣(伴生氣)

伴生氣的基本組成是低分子烷烴,為低等毒性物質(zhì)。當(dāng)空氣中含烴類氣體10%以上時，含氧量相對下降，身體會感到虛弱眩暈而中毒。接觸高濃度天然氣時，早期常有頭昏、頭痛、惡心、嘔吐、無力、注意力不集中、呼吸和心率加速、不能做精細(xì)動作等癥狀。嚴(yán)重時可出現(xiàn)缺氧窒息、昏迷、呼吸困難，以至腦水腫、肺水腫等，昏迷過久者，醒后可有運(yùn)動性失語及偏癱。長期接觸一定濃度天然氣，可有頭昏、頭痛、失眠、記憶力減退、惡心、食欲不振、疲勞無力等神經(jīng)衰弱癥候群。

4 噪聲危害因素分析

蒸汽透平的轉(zhuǎn)動，氫氣壓縮機(jī)、泵、空冷器、余熱鍋爐放空，以及正常開停工、事故放空、安全閥排放等均產(chǎn)生噪聲，其中鍋爐放空和壓縮機(jī)噪聲比較強(qiáng)，泵區(qū)也有一定的噪聲。壓縮機(jī)噪聲分為氣動噪聲和機(jī)械噪聲兩部分，前者的聲強(qiáng)比較大；機(jī)泵的噪聲主要來源于電機(jī)引起的振動。

噪聲對人體聽覺系統(tǒng)和其它系統(tǒng)有一定的危害。當(dāng)工人在長期的較強(qiáng)噪聲環(huán)境條件下[超過90dB(A)]作業(yè)時，可能產(chǎn)生頭痛、頭昏、失眠、多夢、記憶力下降等神經(jīng)衰弱綜合癥，有的伴有心動過緩或過速，血壓升高，嚴(yán)重的引起噪聲性耳聾。

5 其它危險有害因素分析[5-7]

裝置生產(chǎn)過程中使用的轉(zhuǎn)動設(shè)備和電氣設(shè)備，存在機(jī)械傷害、觸電、靜電危險；當(dāng)裝置檢維修時還存在檢維修作業(yè)危險因素等。

蒸汽的大量使用，及放熱性反應(yīng)的容器、換熱器等的表面，都會增加高溫燙傷的危險。

其它還有高溫燙傷、化學(xué)品灼傷等職業(yè)危害。

石化裝置罐區(qū)儲存的物料大多具有較高危險性，因此罐區(qū)也存在著一定的火災(zāi)爆炸危險，進(jìn)入罐內(nèi)作業(yè)也可能發(fā)生中毒窒息的危險。氮?dú)獾氖褂迷斐纱嬖诘獨(dú)庵舷⑽ｋU，二氧化碳、氫氣等也可造成窒息。另外工人在罐區(qū)、塔器等高處作業(yè)、巡檢時等存在高處墜落的危險。

某些化學(xué)藥品，對操作人員和設(shè)備有腐蝕和刺激作用。生產(chǎn)過程中若使用氫氧化鈉、硝酸等腐蝕性物品，一旦與人體接觸，將造成嚴(yán)重的化學(xué)灼傷。

對于放熱反應(yīng)，如果反應(yīng)失控也有可能引發(fā)火災(zāi)、爆炸或噴料傷人等事故。

對于固體粉末狀態(tài)的易燃易爆物料，除存在粉塵危害之外，其粉末與空氣混合可形成爆炸性混合物，當(dāng)氧含量達(dá)到一定濃度時，在粉末相互摩擦產(chǎn)生靜電火花點(diǎn)燃之下，可引發(fā)火災(zāi)、爆炸事故。有毒有害的粉塵對人體包括呼吸系統(tǒng)等的其它系統(tǒng)、器官也會產(chǎn)生不同危害。

有些裝置用放射源測定反應(yīng)器內(nèi)液面、料位等。放射性同位素對肌體的損傷有直接和間接作用，易引發(fā)造血功能障礙等疾病。

此外，自然環(huán)境因素也對裝置安全和人體健康存在一定影響，主要有：氣溫、濕度、風(fēng)沙、地震等的影響。

6 裝置各部位危險有害因素、危險區(qū)域劃分

裝置危險、有害因素分析見表2，危險區(qū)域劃分見表3。

表2 裝置各部位危險、有害因素分析

表3 裝置危險區(qū)域劃分

7 結(jié)束語

石油化工生產(chǎn)裝置屬高危生產(chǎn)場所，易燃易爆物質(zhì)普遍存在,高溫高壓容器密布,管道縱橫,不僅潛在事故危險性很大，對操作人員的危害也很大。通過對其危險有害因素的簡要分析，為進(jìn)一步采取針對性的預(yù)防及職業(yè)危害防護(hù)措施奠定基礎(chǔ)。

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