基于ICI蒙德法的甲醇储罐区定量分析

贺倩(华北科技学院 安全工程学院，河北 三河 065201)

0 引言

化工储罐区用来贮存的物质通常具备易燃性，易爆性或为有毒物质，因为种种原因导致的大批的易燃、易爆、有毒物质泄漏，火灾、爆炸等事故不断增加，死亡人数和直接经济损失上涨[1]。2008年8月2日，贵州兴化化工有限责任公司甲醇储罐发生爆炸燃烧事故，事故造成3人死亡，摧毁6个储罐。2018年1月16日，美国休斯顿一化工厂发生化学品储存罐爆炸事故，1人当场死亡。2021年5月31日，沧州市鼎睿石化有限公司在油气回收管线未安装阻火器和切断阀的情况下违规动火作业，引发管内及罐顶部可燃气体闪爆，引燃罐内稀释沥青，直接经济损失约3 872万元。石化储罐事故多，引发事故原因众多。预防和管控化工储罐区火灾和爆炸事件的发生，对于减少人员伤亡，财产损失，保护社会安宁具有非常重要的意义。

国内外专家学者为提升化工生产安全性一直不懈奋斗。周春平利用蒙德法定量评价了丙烯储存区，发现其存在着较大的火灾、爆炸、毒性等危险，并提出能够有效降低重特大事故发生的建议[2]。Tauseef等对全世界范围内化工厂储罐区发生的28起重大火灾、爆炸事故进行了研究，重点侧重储罐之间的距离和事故大小之间的关系，为储罐之间的安全距离制定出一些标准模型[3]。

陕西延长石油榆林煤化有限公司(简称“榆林煤化”)是陕西延长石油(集团)有限责任公司旗下的一家集煤、油、化、电综合转化应用的大型能源化工企业，其甲醇产量可达25万吨/年。文章以该公司甲醇储罐区为研究对象，紧密结合其实际特点采用蒙德法对其存在的危险性进行定量评价。

1 蒙德法及其评价步骤

ICI蒙德法是根据美国火灾和爆炸保护法(DOW)修订和制定的。解决的问题更加全面，并且已经制定了技术规范及评估指南[4-5]，图1为ICI蒙德法评价步骤。

图1 蒙德法评价步骤

评价步骤：(1)装置划分为单元；(2)编制装置、单元物质表；(3)物质系数(MF)的确定：物质系数是指标准状态下(25 ℃，0.1 MPa)的重要物质着火，爆炸或释放能量的危险等级；(4)潜在的预防措施处理：(5)特殊物质的危险性：对重要物质进行有差别性的危险系数的确定；(6)一般工艺流程危险性；(7)特殊工艺危险性；(8)数量的危险性；(9)布置上的危险性；(10)毒性的危险性；(11)ICI全部指标的计算；(12)火灾潜在性的评价；(13)爆炸潜在性的评价；(14)毒性危险性的评价。

2 蒙德法评价过程

2.1 评价单元的划分

评价单元：甲醇储罐区。评价单元主要物质：甲醇。

2.2 指标系数的确定

(1)单元内危险物质及其物质系数B的计算

甲醇库储罐区危险物质为甲醇[6]，一般性可燃物质的物质系数计算公式如式(1)所示：

式中：∆Hc为重要物质的燃烧热(kJ/mol)；甲醇的燃烧热为726.55 kJ/mol，计算得出物质系数B=8.6。

(2)特殊物质危险性M

在甲醇的引燃温度组别为IIA1类，取系数为25。

(3)一般工艺危险性P

甲醇储存单元仅为物理变化，取系数为10。

(4)特殊工艺危险性S

①高温。甲醇储存单元内部主要危险物质为甲醇，闪点为11 ℃，危险性系数为25。

②腐蚀和侵蚀。甲醇储罐单元设施也许会在0.5 mm/a以下侵蚀时，展现出蚀凹或局部侵蚀，系数取10。

③接头和填料。甲醇储罐单元虽然均选用合格的接口和密封，但不能保证完全不漏，也许出现少量泄漏，因而取系数30。

④在燃烧极限附近操作。甲醇库甲醇储罐区划子单元。甲醇充填或放空时。此时有可能达到燃烧极限，危险系数取50。

⑤静电的危险性。甲醇储罐单元存在静电危险物质或可能产生静电的操作，系数取20。

特殊工艺危险性系数S=145。

(5)数量的危险性Q

甲醇库储罐区单元，危险物质总量m=10 000 t，量系数Q=340。

(6)毒性的危险性T

①TLV值甲醇储存单元，主要毒性物质为甲醇，根据其TLV值查表，危险性系数取50。

②短时间暴露。甲醇时间加权平均容许浓度TWA=20 mg/m3，短时间接触容许浓度STEL=30 mg/m3。补正系数STEL/TWA=2，查表系数取50。

③皮肤吸收。平复融入有毒的物质时，也要思考利用附加系数，区间为0～300，而且系数最小限制与TLV系数的值相同。甲醇，可经皮肤吸收，取系数为50。

毒性危险性系数T=150。

2.3 指标的计算

(1) DOW/ICI全体指标D

将以上各指标系数代入可得：DOW/ICI全体指标D=73.6。查等级对照表可知全体危险性稍重。

(2)火灾潜在性的评价

火灾负荷指数F

式中：K为物质数量；N为区域面积。

计算得F= 463 947，查表可知其火灾负荷等级为非常高。

(3)毒性潜在性的评价

①单元毒性指标U

计算得U=4.2。查表可知单元毒性指标范畴属于中等。

②主要毒性指标C

计算得C=1 428，查表可知单元毒性指标范畴属于非常高。

(4)爆炸潜在性评价

①爆炸指标E

计算得E=2.8，查表可知工艺爆炸危险性属于中等范畴。

②气体爆炸指标A

式中：m为混合及扩散特性；H为评价高度；t为物质数量。

计算得A=143.1，查表可知气体爆抓危险性高。

(5)全体危险性评价

全体危险性评分R的大小由DOW/ICI全体指标D、火灾负荷指数F、爆炸指标E、单元毒性指标U、气体爆炸指标A共同决定。

计算得A=143.1，查表知全体危险性范畴属于高(2)类。

2.4 安全措施补偿

(1)容器系统

①压力容器。补偿不适用于进行标准设计时的压力容器，故不对各个子单元的该项进行补偿。

②非压力立式储罐。储罐区贮罐为非压力立式贮罐，系数取0.90。

③输送配管。配管全部依照标准进行设计、架设，将补偿系数的大小确定为0.09。

④防护堤。罐区设防护堤，系数取0.75。

⑤泄漏检测系统与响应。设有泄漏检测系统，可以在控制室实现对装置停车，系数为0.85。

⑥放出、排出或者废料的舍弃。安全阀、紧急进气部件和其他气体和蒸汽排放装置与火炬或密封排放接收器相连，补偿系数取0.90。

容器系系统补偿系数K1=0.46。

(2)工艺管理

①警报系统。各单元采用DCS以及紧急停车系统，取补偿系数0.95。

②紧急用电的供给。项目设有双电源，主要的设备在任何情况下都可以安然无恙的运行，取系数0.90。

③惰性气体系统。假设系统在需要时可以排净的非活性气体即惰性气体，取补偿系数0.95。

④安全停车系统。项目利用可靠性较高的停车系统，取补偿系数0.75。

⑤计算管理。该设备利用计算机来工作，而且可以独自停车，其补偿系数0.85。

⑥预防爆炸和不正常的反应。DCS管控系统设有阻挡不正常的运输，用来去除意料之外的事件的联锁设备系统时，补偿系数为0.95。

⑦操作指南。根据蒙德法按1.0-X/100算，补偿系数0.93。

工艺管理补偿系数K2=0.39。

(3)安全态度

①管理者参与安全的管理。补偿系数为0.9。

②安全培训。安全培训会在规定时间内对所有人员开展，取补偿系数0.9。

③保养维修和安全程序。在设备维修和更换时能够严格执行手续的批准。补偿系数0.9。按计划在规定时间经行维修检修。追加补偿系数0.97。

安全态度补偿系数K3=0.71。

(4)防火

①结构物防火。大部分的设备的结构都是钢制的，防火墙的高度设置为1/3。各单元取安全措施补偿修正系数为0.9。

②装置防火。所有电缆可以抵御三小时的火灾危害也叫防火性能，系数取0.85。

防火系数补偿系数K4=0.77。

(5)物质隔离

储罐、工艺容器及主输送配管部分在紧急情况下能迅速隔离的，取补偿系数0.80。

物质隔离补偿系数K5=0.8。

(6)灭火活动

①火灾警报。单元中设置有火灾报警装置，发现火灾的第一时间应该联系内部消防员进行紧急救火，补偿系数取0.95。

②手持灭火器。装备区存在相同类型的手持灭火器，取系数0.95。

③水的供给。设有消防池，可以提供四个小时的供水，取系数0.85。

④设置喷水设备及水枪系统。消防水管道上设置消火栓与消防水炮。补偿系数取0.9。

⑤发泡及惰性灭火设备。甲醇储罐区设有固定泡沫灭火设备，取系数0.9。

⑥消防队。拥有两台消防车的消防队，取补偿系数0.9。

⑦消防活动的地区协作。定期向所有工作人员提供消防培训，以提高他们的认识，并使他们了解消防工作与各地方消防局合作[7]；补偿系数取0.9。

灭火活动补偿系数K6=0.5。

2.5 补偿阶段计算

补偿火灾负荷

补偿爆炸指标(式10)

补偿气体爆炸指标(式11)

补偿全体危险评分(式12)

2.6 评价结果分析

各单项指标及全体危险系数补偿前后的危险等级，如表1所示。

从表1得出如下结论：

表1 补偿前后单项指标及总危险等级对比

(1)提高了甲醇储罐区的安全性。

(2)结果表明，一些危险性指标有明显降低：将火灾负荷范畴由非常高降至中等；将工艺爆炸危险性由中等降到轻微；将气体爆炸危险性由高降到低；将全体危险性范畴由高(2)类降到中等。

(3)经过安全补偿后，危险性指标被降低，但若发生事故，单元毒性指标仍然会比较高，仍需要加强设备和人员安全管理，提前制定应急预案，把各个环节的危险性系数予以降低，此时评价单元的毒性也随之降低，气体爆炸指标也会有所下降，大幅度减少事故损失。

3 安全对策措施

3.1 甲醇存储安全措施

甲醇生产中储存的危险物质主要是液体。由甲醇蒸气和空气形成的混合物具有爆炸性质。如果遇到火源和更高的温度，也可能引起火灾和爆炸危险。建议采用以下防火防爆措施：

(1)在甲醇贮存区发生火灾或爆炸的最重要原因是达到了爆炸的极限。若想监测可燃气体的浓度，可以在储罐区安装气体信号设备。当浓度接近危险极限的时候，报警信号可以发出一个信号，通知管理员立即采取行动[8]。

(2)储罐区域应位于一个平面的、通风良好的区域内，而不是在微风区内。

(3)为了防止甲醇泄漏，确保储存器和储存器的空气不渗透性。如果储存器打开，夏季应采取冷却措施，防止冷却系统发生故障。

(4)防爆电气设备和可靠的装卸工艺是甲醇储存区的正确选择，控制空气流量，设置防静电接地。

(5)在罐内实施上述防火防爆措施后，加强日常安全管理，严格遵守操作规程，将有效防止甲醇储存区发生火灾、爆炸[9]。

3.2 安全管理措施

(1)安全教育

从企业的实际现状入手，把防御和应对紧急情况互相联系，改进和保持控制技术安全措施，确保生产过程的正常运行。对工作人员进行安全理念、安全体系和安全技术培训，提高安全技能和安全意识。在抓安全教育上，工作人员须有安全储备知识，及自救能力。对生产现场的安全管理必须重视起来，在生产过程中也要加大监管的力度。

(2)落实安全检查制度

随着生产的持续，职工的疲劳程度增加，安全意识有所减弱，不安全的行为就会大幅度的增加。为此，开展经常性的，突击性的检查，不断的及时的发现危险因素，并予以消除，将事故扼杀在萌芽时[10]。

4 结语

(1)文章利用蒙德法对甲醇储罐区进行了定量分析，结果说明储罐区本身存在火灾、爆炸、毒性等危险性，且危险性等级均高出正常水平，经过安全措施补偿后，降低了各项指标及全体危险性等级。并针对甲醇的储存和安全管理两个方面提出建议措施。我国在重大事故的应急救援方面仍需加强，完善应急预案，配备应急器材等均可降低重特大事故的发生。

(2)文章中采取的评价方法虽然可以对甲醇储罐进行分析评价，但仍有不足之处。蒙德法参数的取值范围较大，且该评价方法存在评价人员的主观性的影响，随着社会发展希望能利用高级的技术建立自动化的评价系统提高评价结果的准确性。