石油化工安全技術(shù)與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)研究

鄒昌鍇

（江西通安安全評(píng)價(jià)有限公司，江西 九江 332000）

0 引言

石化裝置在運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)期處于高溫高壓工作狀態(tài)，導(dǎo)致設(shè)備面臨著爆炸、火災(zāi)等安全隱患，事故發(fā)生后會(huì)產(chǎn)生大量煙塵，給周圍環(huán)境與人體健康帶來(lái)直接影響。為規(guī)避石油化工生產(chǎn)中的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，有必要加強(qiáng)對(duì)安全技術(shù)的應(yīng)用，做好故障診斷與監(jiān)測(cè)分析，實(shí)施環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究，引導(dǎo)石化企業(yè)按照安全標(biāo)準(zhǔn)展開(kāi)各項(xiàng)操作。

1 石油化工安全風(fēng)險(xiǎn)成因分析

現(xiàn)階段石油化工行業(yè)在生產(chǎn)期間面臨著諸多隱患問(wèn)題，設(shè)備生產(chǎn)工藝復(fù)雜，很多隱患難以被人們察覺(jué)，需針對(duì)生產(chǎn)中的安全因素展開(kāi)分析。石化安全風(fēng)險(xiǎn)成因大致包含以下幾點(diǎn)：

1）原材料自身具有易燃、易爆的特點(diǎn)，石化生產(chǎn)中用到的原材料，以及生產(chǎn)期間出現(xiàn)的中間產(chǎn)物都有著易燃易爆性，部分材料存在毒性，一旦泄露將有可能帶來(lái)爆炸事故，甚至?xí)茐闹車鷳B(tài)環(huán)境。

2）石化生產(chǎn)工藝繁瑣，生產(chǎn)條件嚴(yán)苛，為達(dá)到生產(chǎn)要求，需保障人員、設(shè)備以及材料間的有序銜接，一旦某個(gè)環(huán)節(jié)操作失誤，將有可能帶來(lái)安全事故[1]。

3）機(jī)組設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與故障診斷分析，采用的安全控制技術(shù)不夠先進(jìn)，未進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與評(píng)價(jià)，導(dǎo)致設(shè)備安全隱患排查效果不理想。

2 石油化工安全技術(shù)

2.1 監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)

2.1.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

首先，對(duì)振動(dòng)信號(hào)的采集與存儲(chǔ)，依靠多通道數(shù)據(jù)采集裝置，及時(shí)采集各機(jī)組中的振動(dòng)數(shù)據(jù)。采集信號(hào)時(shí)，采集器可以同時(shí)進(jìn)行32 路信號(hào)的采集，采樣間隔時(shí)間為1 s，轉(zhuǎn)速測(cè)量范圍在4～50 000 r/min，12 位A/D 轉(zhuǎn)換精度下日常采樣長(zhǎng)度可以達(dá)到1 024 點(diǎn)/樣本。其次，對(duì)過(guò)程信號(hào)的采集與存儲(chǔ)，憑借著系統(tǒng)的RTD RIO FOR CENTUM接口功能，聯(lián)合DCS 系統(tǒng)完成通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)化工生產(chǎn)機(jī)組過(guò)程信號(hào)的采集，再將所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)庫(kù)。再次，信號(hào)監(jiān)測(cè)與分析，對(duì)機(jī)組振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采用直觀棒圖形式顯示監(jiān)測(cè)點(diǎn)中的振動(dòng)幅值，觀測(cè)其中的異常變化，根據(jù)機(jī)組實(shí)際情況做出報(bào)警判斷。信號(hào)分析環(huán)節(jié)，系統(tǒng)可自動(dòng)繪制不同分析圖形，比如頻譜圖或振動(dòng)趨勢(shì)圖，以便人們對(duì)機(jī)組當(dāng)前工作狀態(tài)加以研究。最后，故障診斷。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析提取其中的故障征兆，得出診斷結(jié)果。

采用VOCs 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，即對(duì)石化生產(chǎn)中的揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)輕烴類與揮發(fā)性氣體，這類氣體的泄露主要與設(shè)備和管閥件泄露有關(guān)，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)采樣與過(guò)濾后進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)，不僅性能良好，且抗干擾能力比較強(qiáng)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以PID 技術(shù)原理為前提，融合VOC 氣體分析儀、除濕除塵過(guò)濾裝置、真空采樣泵、電源轉(zhuǎn)換裝置以及保護(hù)裝置幾部分工程，經(jīng)過(guò)4～20 mA 與RS485 信號(hào)的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，系統(tǒng)可搭配風(fēng)機(jī)、閥門等設(shè)備一同使用，實(shí)現(xiàn)氣體超標(biāo)情況下的報(bào)警處理。某石化企業(yè)在循環(huán)水場(chǎng)中安裝了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其規(guī)模與設(shè)計(jì)流量如表1 所示。

表1 循環(huán)水場(chǎng)供水情況 單位：m3/h

根據(jù)行業(yè)VOCs 排查指南，對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)中的VOCs 排放進(jìn)行核算，經(jīng)過(guò)采樣分析，在進(jìn)水管線與出口泵上導(dǎo)淋閥設(shè)采樣點(diǎn)，各點(diǎn)位以2 次/d 的頻率進(jìn)行采樣，經(jīng)過(guò)連續(xù)監(jiān)測(cè)得知揮發(fā)性有機(jī)物的實(shí)際排放情況，如表2 所示。

表2 循環(huán)水場(chǎng)POC 監(jiān)測(cè)結(jié)果 單位：mg/L

按照系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，得知Δρ（POC）計(jì)算結(jié)果，再將其與水場(chǎng)流量展開(kāi)計(jì)算，依據(jù)物料衡算法監(jiān)測(cè)POC 質(zhì)量濃度變化與冷卻水循環(huán)流量，公式如式（1）：

式中：E 為VOCs 排放量，t/a；Q 為循環(huán)水流量，m3/h；Δρin（POC）與Δρout（POC）分別為冷卻水暴露空氣前/后的POC 質(zhì)量濃度，mg/L；t 為設(shè)備年運(yùn)行時(shí)間，h/a。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與計(jì)算，得知該石化企業(yè)的循環(huán)水場(chǎng)中VOCs 排放量最終為863 t/a。

2.1.2 故障診斷

設(shè)備監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的應(yīng)用全方位實(shí)現(xiàn)了石化生產(chǎn)的安全控制，當(dāng)前故障診斷技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)于以下：

1）故障信息檢測(cè)，這是故障診斷的基礎(chǔ)工作，主要對(duì)設(shè)備參數(shù)、性能指標(biāo)等信息及時(shí)采集，完成數(shù)據(jù)檢測(cè)與量化，傳感器的應(yīng)用可將信息轉(zhuǎn)為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)取樣與探傷等手段后完成故障檢測(cè)分析。以傳感器為主的故障檢測(cè)方式，輸出信號(hào)通常噪聲大，所以需選擇抗感擾能力較強(qiáng)的檢測(cè)裝置，比如應(yīng)用電磁式速度傳感器或壓力流量傳感器等，采用智能微處理系統(tǒng)完成故障信息的采集檢測(cè)。

2）故障特征分析，即對(duì)檢測(cè)到的故障信號(hào)加以處理，提取故障特征，完成故障診斷。特征提取主要包含時(shí)域與頻域分析兩部分[2]。

3）狀態(tài)監(jiān)測(cè)研究，通常需根據(jù)廠家提供的技術(shù)指標(biāo)為設(shè)備選擇閾值，比如對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械進(jìn)行振動(dòng)烈度評(píng)價(jià)時(shí)，可以振動(dòng)位移峰值為監(jiān)測(cè)量，聯(lián)合連續(xù)監(jiān)測(cè)、定期監(jiān)測(cè)等手段，使用專業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)分析。

2.2 安全仿真技術(shù)

應(yīng)用定量與定性模型仿真技術(shù)，主要針對(duì)石油化工生產(chǎn)中動(dòng)能與質(zhì)量傳遞等，加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的描述，采用HYSYS 軟件，以動(dòng)態(tài)模擬的方式探究石化工藝生產(chǎn)特點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)危險(xiǎn)分析與事故預(yù)測(cè)的真實(shí)效果，掌握設(shè)備運(yùn)行中的不穩(wěn)定情況。通過(guò)對(duì)推導(dǎo)系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)石化生產(chǎn)定性模型仿真，特別是對(duì)無(wú)法定量分析的數(shù)據(jù)，采用HAZOP 安全分析法與符號(hào)定向圖解決仿真難題，在SDG 方法中引入安全分析法，提高石油化工安全評(píng)價(jià)效率。創(chuàng)建3D 虛擬仿真系統(tǒng)，以石油化工生產(chǎn)為背景，用戶可對(duì)各項(xiàng)事故處理進(jìn)行仿真操作，從中不斷積累故障診斷經(jīng)驗(yàn)，提高人員應(yīng)急狀態(tài)下的處理能力。系統(tǒng)包含不同的DCS 風(fēng)格，可隨時(shí)切換，純堿3D 工廠虛擬仿真軟件主要利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，采用3D 的形式模擬生產(chǎn)流程，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備生產(chǎn)的安全管控。

3 石油化工環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

3.1 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

石化生產(chǎn)前，需預(yù)測(cè)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，提前制定規(guī)避措施，一旦生產(chǎn)中發(fā)生安全事故，人們可快速做出反應(yīng)。為提高環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)效率，應(yīng)創(chuàng)建更加完善的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系，R 為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，P 為安全事故發(fā)生概率，C 為事故帶來(lái)的危害后果，得出R=PC，以此作為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)識(shí)別其中的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。石油化工項(xiàng)目中無(wú)論是產(chǎn)品還是物料，其特點(diǎn)主要呈現(xiàn)為易燃易爆、易揮發(fā)、有毒等，生產(chǎn)裝置流程復(fù)雜，介質(zhì)常處于高溫高壓等狀態(tài)下，人為操作失誤、設(shè)備工作故障、靜電聚集等因素下將會(huì)引發(fā)安全事故，因此，有必要加強(qiáng)對(duì)化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。根據(jù)事故類型確定嚴(yán)重性等級(jí)，比如1 級(jí)為由于氣體泄漏而造成環(huán)境污染；2 級(jí)為爆炸時(shí)碎片飛出引發(fā)環(huán)境損失；3 級(jí)為爆炸產(chǎn)生的振動(dòng)引發(fā)安全事故；4 級(jí)為油氣泄漏并流入水體內(nèi)帶來(lái)的環(huán)境污染；5 級(jí)為火災(zāi)及煙霧引發(fā)的環(huán)境污染影響，以上為石油化工領(lǐng)域中油氣泄漏、火災(zāi)、爆炸等事故常見(jiàn)的幾種類型，也是環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作的重要內(nèi)容[3]。

3.2 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)內(nèi)容與重點(diǎn)

3.2.1 確定事故概率

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)期間的事故預(yù)測(cè)主要是根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料與檢測(cè)裝置，對(duì)事故類型和強(qiáng)度予以判定，再針對(duì)事故原因提出有效預(yù)防舉措，從而降低事故發(fā)生概率，最大程度上降低事故風(fēng)險(xiǎn)。該項(xiàng)工作中，加強(qiáng)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析尤為關(guān)鍵，這是對(duì)同類型化工設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與事故預(yù)測(cè)工作開(kāi)展的重要基礎(chǔ)。尋找事故產(chǎn)生的源頭十分復(fù)雜，一般可采用故障樹(shù)或事件樹(shù)法進(jìn)行分析，從而確定發(fā)生概率。從化工生產(chǎn)原材料和輔料等角度入手，掌握其中的化學(xué)物質(zhì)用量與危險(xiǎn)性，尤其對(duì)閃電、毒性以及危險(xiǎn)度充分了解，從生產(chǎn)工藝入手，確定裝置構(gòu)成與設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)工藝參數(shù)的研究，尋找其中的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.2 后果預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)

根據(jù)事故類型，利用不同預(yù)測(cè)方式進(jìn)行事故發(fā)生后果的預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)。比如火災(zāi)、爆炸、有毒有害氣體泄露事故的后果預(yù)測(cè)，做好裝置區(qū)和油罐火災(zāi)的合理區(qū)分。在探究環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題時(shí)，人們往往會(huì)注意威脅到自身安全的事故，確定風(fēng)險(xiǎn)種類是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的目的，從而分析哪種風(fēng)險(xiǎn)造成的損失與代價(jià)可以被接受，一些新建的項(xiàng)目會(huì)將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重點(diǎn)集中于選址，人們會(huì)分析所在位置的沿線是否臨近水體和居住區(qū)，從而避開(kāi)這些區(qū)域。

3.2.3 事故連鎖性和風(fēng)險(xiǎn)避讓

石油化工安全事故隱患一般與生產(chǎn)期間使用的原材料和產(chǎn)品有關(guān)聯(lián)，因此在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作中不能局限于對(duì)設(shè)備自身的評(píng)價(jià)，還要擴(kuò)大評(píng)價(jià)范圍，探究生產(chǎn)造成的影響。對(duì)生產(chǎn)裝置與環(huán)保設(shè)施進(jìn)行評(píng)價(jià)的同時(shí)，也需要設(shè)定相應(yīng)監(jiān)管體系，提出風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急措施，防止連鎖風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生?？茖W(xué)編制應(yīng)急預(yù)案與風(fēng)險(xiǎn)防止方案，再對(duì)方案進(jìn)行可行性分析，石化生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)廢棄物，所以應(yīng)盡可能地用到清潔型原料，以先進(jìn)的工藝與技術(shù)加強(qiáng)對(duì)污染的有效控制，提高資源利用率，降低廢物產(chǎn)生量，盡量做到無(wú)害化生產(chǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

石油化工生產(chǎn)促進(jìn)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，企業(yè)在加大生產(chǎn)力度的同時(shí)，還需應(yīng)用最新生產(chǎn)工藝，創(chuàng)建環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，以完善的安全技術(shù)展開(kāi)石化生產(chǎn)?；诰G色發(fā)展理念進(jìn)行石油化工安全生產(chǎn)，創(chuàng)建監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)用故障診斷技術(shù)與3D 仿真技術(shù)，降低事故發(fā)生幾率，使環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與評(píng)價(jià)更加合理，為化工生產(chǎn)營(yíng)造良好的環(huán)境氛圍。