芳烴聯(lián)合裝置火災(zāi)爆炸事故后果研究

李福成

摘 要：為研究芳烴聯(lián)合裝置的火災(zāi)危險(xiǎn)性，選取典型工藝單元——異構(gòu)化單元，結(jié)合國(guó)內(nèi)某石化企業(yè)芳烴聯(lián)合裝置實(shí)際工藝參數(shù)及平面分布，使用 ALOHA 軟件研究異構(gòu)化單元進(jìn)料過(guò)濾器二甲苯泄漏引發(fā)火災(zāi)、爆炸事故對(duì)周邊工藝設(shè)備及相鄰工藝單元的影響。結(jié)果表明：3 種泄漏模式下，事故造成危害范圍大小順序依次為大孔泄漏>中孔泄漏>小孔泄漏；蒸氣云爆炸導(dǎo)致的事故后果較噴射火更嚴(yán)重。

關(guān)鍵詞：異構(gòu)化單元；ALOHA；噴射火；蒸氣云爆炸

芳烴聯(lián)合裝置以直餾石腦油或加氫裂化石腦油為原料，生產(chǎn)苯、對(duì)二甲苯和鄰二甲苯等芳烴產(chǎn)品，通常包括石腦油加氫、催化重整、芳烴抽提、二甲苯分離、異構(gòu)化等單元。對(duì)二甲苯作為聯(lián)合芳烴裝置的主要目標(biāo)產(chǎn)物，是重要的有機(jī)化工原料。我國(guó)二甲苯市場(chǎng)的供需缺口較大，但由于缺乏對(duì)其安全性的足夠認(rèn)識(shí)，全國(guó)各地抵制芳烴項(xiàng)目的活動(dòng)此起彼伏。研究芳烴聯(lián)合裝置火災(zāi)事故后果的嚴(yán)重程度，對(duì)該類項(xiàng)目的安全管理和合理布局具有重要意義。

一、工藝介紹

芳烴聯(lián)合裝置中的異構(gòu)化單元和吸附分離單元，是提高對(duì)二甲苯收率的關(guān)鍵。來(lái)自催化重整單元、歧化及烷基轉(zhuǎn)移單元和異構(gòu)化單元的多路C8混合芳烴物料匯聚到吸附分離單元，將對(duì)二甲苯與其他三種同分異構(gòu)體分離，得到高純度對(duì)二甲苯產(chǎn)品，其余 C8 混合芳烴物料送至異構(gòu)化單元，異構(gòu)化反應(yīng)后的 C8 混合芳烴產(chǎn)物重新送至吸附分離單元提純對(duì)二甲苯產(chǎn)品。

由于單次異構(gòu)化反應(yīng)對(duì)二甲苯收率不足 20%，為最大限度獲得對(duì)二甲苯產(chǎn)品，反應(yīng)物料需要在吸附分離和異構(gòu)化單元中多次循環(huán)，加之來(lái)自其他單元的物料也持續(xù)輸送

至吸附分離單元，物料逐漸在這兩個(gè)單元處積累到一定程度才達(dá)到物料平衡。上述兩個(gè)單元的處理規(guī)模往往遠(yuǎn)超催化重整單元。表1列出了芳烴聯(lián)合裝置中主要單元處理規(guī)模的對(duì)比?？梢?jiàn)，吸附分離和異構(gòu)化單元的處理規(guī)?？蛇_(dá)到催化重整單元的2倍甚至以上。一旦發(fā)生泄漏事故，則易燃物料泄漏速度快、總量大，加之處理溫度高，泄漏后均為氣相，發(fā)生蒸氣云爆炸的概率極高，也可能形成噴射火。因此，吸附分離單元和異構(gòu)化單元與芳烴聯(lián)合裝置的其他單元相比具有更高的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

二、實(shí)例模型

基于上述分析，應(yīng)用 ALOHA 軟件，選取某石化企業(yè)芳烴聯(lián)合裝置異構(gòu)化單元，對(duì)其火災(zāi)事故后果進(jìn)行模擬計(jì)算。圖1為該企業(yè)芳烴聯(lián)合裝置平面分布圖，其中星標(biāo)為進(jìn)料過(guò)濾器，距離西側(cè)異構(gòu)化反應(yīng)器 15 m。

現(xiàn)考慮進(jìn)料過(guò)濾器發(fā)生 3 種不同模式泄漏后對(duì)相鄰反應(yīng)器和工藝單元可能引發(fā)的火災(zāi)事故后果。泄漏物質(zhì)為鄰二甲苯，管道直徑 400 mm，管道長(zhǎng)度 100m，介質(zhì)溫度 432 ℃，壓力 1.37 MPa，泄漏模式為有限源泄漏。環(huán)境溫度 26 ℃，地面處風(fēng)速 5.5 m/s，西南風(fēng)，大氣穩(wěn)定度為 D，天氣晴，相對(duì)濕度 50%[1]。

三、事故后果分析

對(duì)于蒸氣云爆炸來(lái)說(shuō)，泄漏的二甲苯發(fā)生蒸氣云爆炸產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊波，會(huì)對(duì)周圍裝置及人造成不同程度的傷害。按照玻璃震碎、人員損傷和建筑物摧毀 3 種后果的超壓強(qiáng)度，劃分蒸氣云爆炸的影響區(qū)域：超壓值 P 為 3.45 kPa 時(shí)，大窗戶和小窗戶通常破碎，窗戶框架偶爾遭到破壞，人受到一定傷害；P 為13.8 kPa 時(shí)，房屋的墻和屋頂局部坍塌，建筑物被破壞，人受到嚴(yán)重傷害；P 為 20.7 kPa 時(shí)，工廠建筑物內(nèi)的重型機(jī)械（1 362 kg）輕微損壞，鋼結(jié)構(gòu)建筑變形并離開基礎(chǔ)，人可能致死。

二甲苯泄漏發(fā)生蒸氣云爆炸產(chǎn)生的沖擊波超壓范圍，見(jiàn)表3所示。相同泄漏模式，蒸氣云爆炸事故范圍較噴射火更廣；與噴射火事故場(chǎng)景規(guī)律一致，發(fā)生大孔泄漏時(shí)，事故造成的危害范圍最大，中孔泄漏次之，小孔泄漏最??；在小孔泄漏模式下，爆炸點(diǎn)下風(fēng)向 11 m 范圍內(nèi)壓力超過(guò)20.7 kPa[2]，30 m 范圍內(nèi)人員受到一定傷害；大孔泄漏模式下，下風(fēng)向最遠(yuǎn) 52 m 范圍內(nèi)建筑物被摧毀，102 m 范圍內(nèi)人員安全受到威脅。

四、結(jié)論

（1）基于實(shí)際生產(chǎn)工藝參數(shù)，運(yùn)用 ALOHA 軟件計(jì)算得出的事故影響范圍與實(shí)際事故案例后果相符，可為事故應(yīng)急預(yù)案制定提供參考。（2）當(dāng)溫度為423 ℃、壓力為 1.37 MPa 的二甲苯物料自直徑 10 cm 的孔洞泄漏形成噴射火后，產(chǎn)生的熱輻射會(huì)對(duì)下風(fēng)向 12 m范圍內(nèi)的裝置設(shè)備造成損壞，如發(fā)生蒸氣云爆炸則下風(fēng)向52 m 范圍內(nèi)建筑和設(shè)備會(huì)被摧毀。（3）三種泄漏模式下，事故造成危害范圍大孔泄漏最廣，中孔泄漏次之，小孔泄漏最小。

參考文獻(xiàn)：

[1]慕洋洋，秘義行，王璐，姜楠.芳烴聯(lián)合裝置火災(zāi)爆炸事故后果分析[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2017，36（07）：1000-1003.

[2]劉發(fā)林，向鵬.火干擾后土壤多環(huán)芳烴時(shí)空分布特征[J].土壤通報(bào)，2016，47（04）：973-979.