1、年产10万吨乙苯合成工艺与生产装置危险性分析外文翻译一个典型化工行业使用的ORA过程的风险分析 摘要本文提出了一种由(Khan, F. I., & Abbasi, S. A.)以承灾识别和评估为方法的系统化风险分析； 化工过程工业的风险分析技术。该技术用于化学加工行业的风险分析杂质防损的流程工业，提出的典型的化学过程（环丁砜生产）产业用最佳的风险评估研究分析（ ORA ）方法。本文还简要介绍了不同步骤的ORA方法和使用现有的技术和工具来进行各步骤ORA。这项研究表明，反应器和业界的存储单元很容易受到意外事故，需要复杂的安全措施。这些单位是这样造成破坏的，它的影响会渗透远远超出厂界，并会损害附近
2、地区。有几个建议可以减少现有潜在风险。不过，业内人士仍然需要有高水平的安全措施以及应急预案的到位，以应对行业内任何突发情况。关键词：风险分析，风险评估，安全分析，后果分析;环丁砜行业1 介绍 风险评估（RA），它的重要性在近几年不断提升，他的定义是“既包括定性和定量评估的风险及其社会评价的分析“。随着越来越多的行业的委托，越来越多的事故水落石出，这跟日益增加的RA的重要性有莫大的关系。在化工工业事故的以下几个主要方面可在RA过程中得到解决：1.开发技术和工具来预测事故的发生。此举旨在在任何伤害之前创造机会纠正（人与物质）可导致的问题； 2.开发技术和工具来分析可能的意外后果。这样的后果分析满足
3、两个目标： （1）它有助于在行业和场所的选址管理，如果确实发生了损害，可以减少意外伤害; （2）提供反馈事故预测和灾害管理等练习;3.开发“应急预案”和“损害最小化”的管理策略。考虑到上面阐明的由化学加工工业造成的严重后果和日益增加的风险，有必要进行风险评估，并制定安全措施，以防止发生意外，如果预防措施失效，可以减轻其危害程度。 风险评估将涉及以下基本步骤： 1。确定在一个行业脆弱的方面或高风险点; 2。评估模拟的事故及可能造成的损害; 3。查明可能需要预防措施的地方优先使用上一步的结果; 4。灾害管理计划开发基于以上1和2。2。简要回顾可用风险评估技术 在过去的二十年里，（Khan &Abb
4、asi,1998年）已经提出了风险和安全性研究的一些技术。这些技术可大致特点分为三类。1。定性技术，比如危险与可操作性研究（HAZOP）和失效模式效应分析（FMEA）及核对表;2。定量技术，比如最可信事故分析（MCAA）；定量风险评估，危害分析（HAZAN）;及后果分析（WHO）;3。概率技术，比如概率安全分析（PSA）和概率风险分析（PRA）。这些技术已经拥有了一个或几个其他不处理的，需要在一个完整的风险分析中的其余步骤的特定应用程序。例如，MCAA是在识别和评估最严重的事故情况下的危险性的技术。但是，它不能够绘制出发生这些危害的原因和概率。同样后果的分析对一个意外的后果进行详细的评估，但没
5、有给出关于发生原因和发生概率的模式的任何信息。 3。最佳风险分析（ORA） 我们提出了一个名为ORA最佳风险分析的新方法。 ORA包括四个步骤：（1）危害识别和筛选， （2）危害评估（定性和概率），(3）定量危险或后果的分析，(4)风险评估。这些ORA步骤在每个步骤中使用相应的方法示于ORA算法（图1）。 该方法之所以被命名为最佳风险分析，是因为它的快速，能够实现更方便，更省时，并且是作为（或可能更多）准确和精确的现有方法。ORA目的是识别和评估风险，并估计因任何事故而在化工行业引起的风险因素。ORA框架的出现有可能在化学和工艺特点发生这些意外事故建模基础上，估计详细的后果，并最终预测风险因素
6、的评估模式。结束风险评估概率风险评估PROFAT工具定量危险性评估/后果评估MOSEC的火灾核爆炸HAZDIG有毒物质的释放和扩散DOMIFFECT级联效应定性风险评估otpHAZAOP程序TOPHAZAOP工具建立事故场景危险源识别希拉技术整个工厂为可管理单位模块化图1，简化框图展示了进行最优风险分析（ORA）的技术或工具及其各个步骤。3.1。危害识别HIRA（危险源辨识和风险评估）建议是这些作者的技术来进行风险分析的第一步（危害识别和风险评估）。该步骤的目的是确定构成潜在危害的化学品和单元操作。Khan &Abbasi在1998年提出HIRA是基于多属性危险源辨识和其他地方详述的分析排序方
7、法。它认为，在材料，容量类型和单元操作的功能， 工作条件和环境（结合其他危险装置的位置等）潜在危险。HIRA的输出给出了两个指标，火灾和爆炸损伤指数（FEDI）火灾和爆炸危险，有毒损伤指数（TDL）的有毒物质排放和分散风险（图2）。估计FEDI的程序示于图3。结束是否所有单位都考虑到都没有对单位分等级计算毒害指数TDI计算火灾爆炸指数和毒害指数计算火灾和爆炸破坏指数FEDI都有计算潜在危害计算潜在危害危险类型有毒害性火灾爆炸危险取一个单位找出所有危险化学品划分整个工厂成可管理的单位图2 危害识别和排名计算（HIRA）系统。结束所有单元都考虑到？计算FEDI操作条件化学性质容量操作类型周边数据估
8、算处罚估计影响因素物理性质化学性质操作条件化学物质的状态辨别单元操作类型取一个单位找出所有危险化学品划分整个工厂成可管理的单位图3 系统程序的火灾和爆炸损伤指数（FEDI）计算。该指数的火灾和爆炸（FEDI）和毒性（TDI）这里提出有一定的优势超过了Dow 和Mond化工企业，并IFAL（瞬时部分损失）制定了传统索引技术。HIRA是比较系统和预测更可靠的结果，因为它考虑的参数数量较多，做到了定量。HIRA方法是在执行简单的，模块化的结构，并且可以很容易地自动化，以减少专家的时间。 HIRA的重要特点是：1。它考虑到各种工艺操作的影响的考虑，以及危害识别相关的参数;2。它提供了良好的可靠性定量结
9、果;3。大多数计算FEDI和TDI（上HIRA基于）使用的处罚均来自热力学，传递现象，传热和流体动力学久经考验模型。一些处罚量化与实证帮助模型和危险等级的程序，例如NFPA（美国消防协会，1991）和 NFPA （ NFPA，1987）;4。它不需要逐案标定为它的大小直接表明危害的水平; 5。它可以用于风险非常快速侦察。3.2。危险性评估3.2.1。定性风险评估定性风险评估是化学过程工业的详细风险分析的一部分，一个危险与可操作性（HAZOP）的研究，是进行这一步最好的技术。它是由一组不同的学科使用的偏差在正常或标准条件操作参数的头脑风暴讨论，以识别和评估风险的专家进行了系统的研究。这项研究需要
10、高水平的专业知识和大量时间的承诺。涉及任何典型的HAZOP分析的各个步骤需要的心理表现和警觉持续的高级别相当长的时间跨度，但这些步骤的反复自然免不了产生苦工和心理疲劳，甚至疲惫的感觉。这不仅可以减少HAZOP的效果，但即使是使其不完整的或错误的。这些作者已经做出努力，客服了一些这样的研究，提出了跟容易和经济的建议。为了满足随着各项建议一个系统化的程序已经开发了上述目标。这个程序已经命名optHAZOP 。此过程使用一个已经开发了专业知识基础程序如图4。这个知识库是一个规则和有关加工厂的各种组件的信息的大集合。随着知识的利用它也提出了一些建议，以减少讨论的时间，并产生有效的和可靠的结果。结束准备
11、HAZOP报告研究过所有节点都故障吗添加或删除原因和后果因单位的特殊行为从信息背景分析事故的原因和后果套用引导词单元是否符合同时取一个单元或研究节点对节点信息库的单位做比较信息基础保证这些单元可以进行常规的HAZOP研究图4 optHAZOP程序算法3.2.2。概率风险评估故障树分析涉及鉴定的事故，发生事故的频率，并且每个的事故的原因。这是一个非常有用的方法，但我们发现与其他方法和同类型的局限性，例如：需要大量的精确数据和专家的时间。我们已经通过掺入组合制成的尝试来克服这些限制分析方法和蒙特卡罗模拟技术（Rauzy，1993）与模糊集合理论（Khan & Abbasi，2000）。Khan &
12、 Abbasi在1999年在这个秘诀的基础上开发了一款软件软件PROFAT（概率故障树分析）。一个在发展的化学加工工业的风险评估的方法，进行概率故障树分析。这个方法在开发的故障树系统的基础上涉及到a建立一个故障树，b确定最小割集或最短距离始发事件导致的途径（故障）顶端事件（重大事故），c概率分析，d制订完善的索引值。布尔代数，结构建模，发现割集分析方法（上到下的算法），蒙特卡罗模拟，优化技术和模糊概率集的这一端技术已被使用。该方法已经被我们命名为模拟方法（ASM）和软件包PROFAT(概率故障树分析方法)，我们开发了促进快速很有效的用户友好型的使用方法。用户能在这些行业发现PROFAT，（1）
13、始发事件最终可能导致重大事故，（2）最小割集（一系列始发事件协助对方造成事故的），（3）发生这样的始发事件的概率，（4）每个事件最后的相对贡献，（5）识别最有潜力始发事件导致顶事件（重大事故），使事故预防策略和应急准备计划可以专注于他们。该系统的值得注意的属性是：往缺乏精确度的基本数据中加以能够迅速处理的适中的计算能力（需要电脑的复杂性），并能直接利用输出要求。3.3。后果分析结果分析涉及的可能后果评估，如果在发生意外情况下并不现实。其后果则是量化的损害半径（其中损坏会毫不迟疑地发生区域的半径），财产损失（计算窗口的破灭 窗格，建筑物垮落）和毒性作用（慢性/急性毒性，死亡率）。后果的评估涉及多
14、种数学模型。例如源模型被用来预测有害物质，闪烁度，和蒸发率的释放速度。模型爆炸和火灾被用来预测爆炸和火灾的特性。冲击强度模型被用于预测损伤区由于火灾， 爆炸和有毒负荷。最后有毒气体模型被用于预测不同程度暴露于有毒化学品的人的响应。3.3.1。MOSEC（建模与仿真火灾和爆炸的化学流程工业的）软件MOSEC（建模与仿真的火灾和爆炸的化学加工工业）已经制定了专门来估计事故涉及爆炸和/或火灾的影响。MOSEC包括国家的最先进的模型来处理：池火，闪火，火球，喷射火，沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE），密闭空间蒸气云爆炸（CVCE），开敞空间蒸气云爆炸（VCE），以及泄爆。该软件已经开发使用C + +作
15、为编码工具的面向对象的编程环境。它已通过将这些功能作为图形，在线帮助，随时可以使用的输出格式等成为用户友好型软件。3.3.2。HAZDIG（气体危险分散）HAZDIG是专门开发来估计（损害的潜力和风险）由于释放出有毒的化学物质，意外或计算机软件自行的后果的。HAZDIG的模块化结构（开发在一个面向对象的开发环境），使数据和结果的计算可以迅速处理。这也很容易维护和升级。HAZDIG采用最新的模型估算大气稳定度。运行该模型所需要的数据是很容易获得和饲料，例如化学物质，操作条件，环境温度，以及几个常用的气象参数的属性。含有不同比例常数和复杂的经验数据的数据库内置到在系统中。它能够处理不同类型的释放和
16、分散场景：两相释放随后分散，动量释放随后分散，重于空气的气体分散体，等等。图形选项使用户能够使用徒手画或使用任何已定义的绘图工具绘制的任何工业现场布局。轮廓绘图选项的设施在事故现场绘制各种伤害的风险轮廓。3.3.3。DOMIFFECT（多米诺效应分析）大部分的风险分析方法，在某行业的单位之一处理事故在一个单一的行业，更是这样。但它始终是有可能发生重大事故的一个单元爆炸或火灾可能导致二次事故的这反过来又可能引发附近的一个单元三级事故。随着工业区更多的新兴产业的建设这种多米诺骨牌或“级联”效应发生的概率是与日俱增的。我们已经开发了一个计算机自动化的方法DOMIFFECT（骨牌效应），它使人们能够认
17、识多米诺骨牌效应是否可能发生在一个给定的环境，如果他们这样做会有什么可能的事故场景，以及会有什么不同方案的可能影响。最后，该工具将引导我们走向需要战略，以防止多米诺骨牌效应DOMIFFECT是菜单驱动的，互动的，能够执行以下操作：1。估计从有毒物质排放到爆炸的所有可能的危害; 2。不同的突发事件（产生多米诺骨牌或级联事故场景）之间的交互处理; 3。估计多米诺效应概率; 4。估计多米诺骨牌效应的后果。3.4。风险评估 风险评估的结果代表了两种不同的风险因素的形式。这些风险因素依次为两种形式无论是作为FN曲线代表（频率发生与死亡的数字）区域或风险轮廓。FN曲线，也被称为风险状况，是各种潜在风险曲线
18、在XY图，其中Y轴表示事件的发生的累计次数，X轴表示损伤的死亡数方面的程度表示的值。按下FN风险组合，主要用来显示变化的风险和可接受风险的标准。此演示文稿是利于规划控制策略的开发的。风险等高线表示风险的最常见和最显著方式。不同圈子的风险水平绘制在对现场的轮廓方面。一个网络的布局，绘制了它的风险轮廓，提供了一个领域清晰的视觉画面下的风险。开展的工业园区不同类型的地区和行业所包围的研究时，这种表示方法是特别有益的。这种表示也给出了多米诺骨牌或级联效应的直接想法。上述ORA程序已被用于研究从事环丁砜的制造中典型的化工厂。工厂被放在距离Thane, Maharastra的一个工业园区约25公里的地方。
19、该行业是由 Bandukhadi, Balramkhadi, 和Ramnagar三个人口稠密的村庄包围的，如图5。空地化工园区高速公路化肥厂空地湿地河流炼油厂1期高速公路炼油厂2期图5 工厂及其周边的布局图6 环丁砜工厂的简化工艺流程图：S1；丁二烯存储; S2：二氧化硫存储; S3：储氢; S4：液体蒸气分离槽; R1：反应器1，R2：反应器2; E1：蒸发器; STR1：汽提器C 1和C2：压缩机4。ORA的典型应用已经对环丁砜生产厂进行了风险评估。环丁砜是硫和丁二烯化合物，化学名为2,3,4,5四氢-1-1-氧化钛的商品名。它被用作用于提取的苯，甲苯和二甲苯（BTX）以及原料对许多化学加
20、工工业的溶剂。环丁砜的制造工厂的简化工艺流程图，如图6，下面则是一个简短的过程描述。4.0.1 过程描述 丁二烯和二氧化硫被存储在液体状态下的高压。该方法涉及在温度受控的条件和它们的反应在一个三阶段的连续搅拌罐式反应器（CSTR）的压力，以产生环丁烯砜。CSTR中的温度是通过使用冷却液保持在约85下（水与甲醇混合）。丁二烯以二氧化碳在反应器中硫的比率保持为1:1.2。正常工作条件下的丁二烯和二氧化硫之间的反应是放热反应（压力10大气压，温度85C）和高度敏感以引起高温和低压条件下的不期望的副反应。加入约200ppm的溶剂（叔丁基cethchol）抑制副反应，随后，该反应器（丁二烯，硫和丁二烯砜
21、）的流出物被送到一个闪蒸器，其中二氧化硫被分离并压缩成液态并循环回到反应器中。二氧化硫的残留痕迹是在一个汽提塔中分离出来，最后再循环回到反应器中。纯的环丁烯砜（丁二烯砜）被传递到氢化器，在那里它被氢化，得到四氢噻吩砜（terta hydrothiophene-1-1的二氧化碳）。氢化反应的转化效率为99左右。该反应器的输出是最终产物环丁砜，具有99的环丁砜和1的杂质。如存储、运输、通过管道、反应、分离等大部分操作都在高压下进行。此外，丁二烯和氢是高度易燃的，而二氧化硫是有毒的。在磺化反应器中的温度略有升高导致反应失控而产生过多的热量，导致压力突然上升，最终可能引起爆裂箱（BLEVE/ CVCE
22、）和化学物质的释放。在丁二烯低于一比一时二氧化硫率的降低也可能导致副反应（形成的聚合物丁二烯砜;一个不良的危险化学品）。另外，过量的二氧化硫在氢化反应器存在降低了产品的质量，并增加有害的副反应的可能性。未反应的二氧化硫的分离是在闪蒸蒸发器进行的，随后被压缩为液态。二氧化硫有很大的概率从蒸发器以及压缩机单元泄露。此外作为环丁烯砜和丁二烯（易燃）也危险化学品从而环丁烯砜或丁二烯从蒸发器或压缩机组的泄漏也会导致不良的情况下（火灾或蒸气云爆炸）。然而，相对于二氧化硫丁二烯和环丁烯砜涉及的蒸发器和压缩机的数量较少。对上述的工艺已经利用最优风险分析方法进行了详细的风险评估，其内容如下：1。识别危险的存在于
23、每一个位置或植物的单位类型， 2。找出导致这种危害的根本原因， 3。量化危害的可能危害，相对而言， 4。量化发生这种危险的可能性， 5。量化的风险因素。 该研究的结果列在后面的章节。 4.1。危害识别和筛选据参与其中的过程/操作环丁砜生产的成套设备已被分为六个不同的单位，它们分别是：a）存储，b）的反应器1（磺化器）中，c）传质单元，d）泵送和压缩单元，e）反应器2（氢化器），以及f）运输单元。在这些单元中最常用的有害化学物质是;丁二烯，硫氧化钛，氢，以及环丁烯砜。危害识别和排名（HIRA）技术（前面详细介绍）已被应用到工厂的不同单位。按照HIRA技术，每个单元的火灾核爆炸伤害指数，毒性指数可
24、以计算出来。HIRA指数为植物的不同单元的结果列于表1中。显而易见的，从表中的存储单元，电抗器1（磺化器），电抗器2（氢化），蒸发器和管道11和19具有较高的潜在损害，需要进行详细的研究。4.2。危害分析 筛选单位（发现危险）进行危险评估。optHAZOP方法已被用于定性危害评估（原因调查结果），而修改后的故障树分析（MFTA）技术已被用于概率危险性评估来估计在发生故障的情况下，每个事业的相对贡献的频率导致不需要的情况。各研究的结果介绍的简要说明如下。4.2.1。定性风险评估 - 最优危险与可操作性研究（optHAZOP）optHAZOP方法已被应用到单位的每个组件的筛选（危险）。本研究的目的
25、是定性识别和评估风险，找出这些危害的主要根源和后果，如果可能的一些建议，以控制和/或减轻这些危害。对于反应器1（磺化器）的optHAZOP研究结果示于表2。该研究显示，高温状态下，改变反应器正常的操作压力和反应物的比例是最容易产生偏差的。这些偏差中的任何一个都可能引起反应失控，可能导致反应器爆炸。类似地，对于闪蒸器我们已经发现，在高温或高流速导致单元高压的发展，这可能会导致化学品瞬间（爆炸）释放。optHAZOP研究揭示了在高压和杂质（二氧化硫）的存在下，反应堆2（氢化）最容易产生偏差。这些偏差可能导致失控反应，后来可能会造成高度易燃的化学氢，如果有足够的火源发生蒸气云爆炸和火灾的可能性极高。
26、定性风险评估研究管线（管道号11和19）表明，低气压和高温是最容易受到偏差的。这些偏差都可能改变化学的进程，可能导致该线路过度高压发展。管线结构的这种超压可能导致化学品的迅速或持续的释放，接头可靠性的材料，减少线路的超压程度。同样存储丁二烯容易受到高温和高压而二氧化硫贮存易受低压力和高的温度。所有这些偏差会造成严重的后果，化学品存储和存储条件（在高压力下和常温液化储存）造成灾难性的事件是很严重的。表1 环丁砜装置不同单位的损伤和风险指数单元装置化学物质危险类型火灾爆炸损害指数毒害损伤指数储罐1丁二烯火灾和爆炸511.556.78储罐2二氧化硫有毒物质排放432.12100.0储罐3氢气火灾和爆
27、炸377.12100.011号线路丁二烯火灾和爆炸243.225.6712号线路二氧化硫有毒物质排放154.6787.114号线路环丁烯砜火灾和爆炸138.7457.619号线路氢气火灾和爆炸341.7895.67反应器1丁二烯火灾和爆炸467.3485.67电抗器2氢气火灾和爆炸415.375.67蒸发器二氧化硫有毒物质排放338.3487.33号泵二氧化硫有毒物质排放67.5787.565号泵丁二烯火灾和爆炸63.6235.417号泵氢气火灾和爆炸58.5121.32燃烧和爆炸损伤指数代表因火灾和爆炸破坏米半径。 毒性损伤指数代表的人认为会受到影响500米范围内的面积百分比。表2 HAZO
28、P分析结果磺化反应器（反应器1）引导词偏差可能的原因后果多高温冷却系统故障反应温度的增加反应物的比例下降失控反应导致过度的压力发展高压反应物的流量增加压力控制器失效产生多余的热量，导致高压失控几率上升高比例的反应物比例控制器发生故障流量控制器故障泵转速增加反应速度慢丁二烯流量增加流量控制器故障泵转速增加比例控制器出现故障失控反应的机会二氧化硫增多同上反应减缓导致高压高搅拌速度电压上升速度控制器故障机械加热和反应失控少低温过量的反应物冷却降温反应速度下降低压反应物泄漏的反应堆压力控制器，低压故障排气阀开启反应失控低比例的反应物增加丁二烯流减少二氧化硫流量比控制器发生故障温度上升和失控低丁二烯流量
29、泄漏的泵或线路容量存储减少阀工作不正常反应速率降低低质量产品低二氧化硫流量同上减少反应物配比失控反应的机会无丁二烯无流量泵故障阀门卡住管道断裂材料不可用无反应二氧化硫的无流同上率将因此减少失控反应的机会无搅拌 电源故障轴断裂搅拌器电机故障热点的形成，并最终导致不必要的副反应。无冷却冷却水无法使用冷却夹套犯规冷却水的温度高回升的反应器温度和副反应的机会部分二氧化硫浓度下降降低的线路和泵的压力泄漏偿付能力副反应降低效率降低丁二烯品质减少在线路不纯丁二烯压力泄漏副反应的转换效率降低另外丙烷质量低劣和戊烷与丁二烯的存在质量低劣反应效率和产品质量急剧下降空气和液态二氧化硫的存在管线和泵泄漏劣质二氧化硫危
30、险的副反应转换效率下降相反二氧化硫的相变降低压力释放有毒副反应的反应速度变慢丁二烯的相变同上缓慢形成混合气发生爆炸表3 环丁砜厂各单位发生不同事故的概率单元风险类型频率（/年）储罐1火灾爆炸8.1*E-06储罐2有毒物质释放5.5*E-05储罐3火灾爆炸和有毒物质释放3.4*E-0511号线路火灾爆炸1.2*E-0312号线路有毒物质释放3.2*E-0314号线路火灾爆炸和有毒物质释放5.4*E-0419号线路火灾爆炸和有毒物质释放7.05*E-04反应器1火灾爆炸3.2*E-05反应器2火灾爆炸和有毒物质释放1.5*E-052号泵有毒物质释放2.5*E-035号泵火灾爆炸3.6*E-037号泵火灾爆炸和有毒物质释放3.8*E-03表4 重要的始发事件（基本事件）导致爆炸磺化反应器的改进指数榜起始事件改善指数比例控制器的故障15.21V-1阀门卡死0.05V-2阀门卡死0.175流量控制器FC1故障1.23流量控制器FC2故障0.85温度控制器TC-1出现故障1.75温度控制器TC-2出现故障2.35流量控制器FC3故障0.05冷却夹套结垢5.15V-3阀门卡死3.25冷却液足量1.
