最新版苯乙烯车间重大事故后果模拟与应急预案毕业论文.docx
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最新版苯乙烯车间重大事故后果模拟与应急预案毕业论文
河北工业大学
毕业论文
作者：
耿欣华学号：
100872
学院：
化工学院
系（专业）：
安全工程
题目：
苯乙烯车间重大事故后果模拟与应急预案
指导者：
刘雁副教授
（姓名）（专业技术职务）
评阅者：
（姓名）（专业技术职务）
2014年月日
毕业设计（论文）中文摘要
苯乙烯车间重大事故后果模拟及应急预案
摘要：
系统地分析了苯乙烯生产车间的火灾、爆炸危险性，根据相关标准进行了重大危险源识别，确定苯储罐区为重大危险源。
应用事故后果模拟技术，对苯储罐区进行了池火灾、蒸气云爆炸、沸腾液体扩展蒸汽爆炸和泄漏中毒事故后果模拟，通过了解以上四类事故的发生机理、建立计算模型、进行定量分析,得出事故影响范围及严重程度,并结合安全评价与风险分析软件对事故模型进行事故后果计算机模拟。
最后根据事故后果模拟结果，提出了相应的应急预案以及应采取的安全措施。
关键词：
苯乙烯事故后果模拟池火灾爆炸应急预案
毕业设计（论文）外文摘要
TitleStyreneworkshopmajoraccidentconsequencesimulationandemergencyplan
Abstract
Systematicallyanalyzedthefireexplosionriskofstyreneproductionworkshop,identifyingmajorhazardsmajoronthebasisoftherelevantstandards,benzenetankareaisthemajorhazards.Applyingtotheaccidentconsequencesimulationtechnology,Imakeanaccidentconsequencesimulationtothepoolfire,vaporcloudexplosionandboilingliquidexpandingvaporexplosionandleakageofpoisoningofthebenzenetankarea.Byunderstandingtheabovefourtypesofaccidentsmechanism,settingupthecalculationmodel,makingquantitativeanalysis,itisconcludedthattheaccidentinfluencescopeandextent.Aswell,combinedwiththesafetyevaluationandriskaccidentconsequenceanalysissoftwarefortheaccidentmodelofcomputersimulation.Intheendaccordingtotheaccidentconsequencesimulationresults,Iputforwardthecorrespondingcontingencyplansandsafetymeasures.
Keywords：
Styreneaccidentconsequencesimulationpoolfireexplosioncontingencyplans
目录
1引言5
2重大事故后果模拟方法6
2.1重大事故后果模拟方法概述6
2.2泄漏扩散事故后果模拟分析方法6
2.3爆炸事故后果模拟分析方法7
2.4火灾事故后果模拟分析方法7
3苯乙烯车间概述8
3.1自然环境8
3.2苯乙烯车间工艺流程介绍10
4危险、有害因素辨识与分析11
4.1危险、有害因素辨识的原则和依据11
4.2危险、有害因素辨识与分析11
5苯乙烯车间重大危险源辨识16
5.1重大危险源辨识标准17
5.2苯乙烯车间重大危险源辨识17
6储罐区泄露重大事故后果模拟分析18
6.1苯储罐池火灾事故后果模拟分析19
6.2苯储罐爆炸事故后果模拟分析21
6.3苯储罐泄漏中毒事故后果模拟分析26
7应用软件对储罐区进行事故后果模拟分析28
7.1应用软件对苯储罐进行事故后果模拟分析28
8苯乙烯车间重大事故应急预案的建立32
8.1应急预案编制的目的及意义32
8.2化学事故应急预案编制33
8.3苯储罐区应急预案的建立33
8.4应急预案演练36
结论38
参考文献40
致谢42
1引言
苯乙烯别名乙烯基苯，是无色至黄色的油状液体。
具有高折射性和特殊芳香气味。
沸点145℃，凝固点－30.4℃，在水中不能溶解，但能溶与甲醇、乙酸及乙醚等溶剂相溶合。
苯乙烯是一种重要的基本有机化工原料,主要用于生产聚苯乙烯树脂、丁苯橡胶和丁苯胶乳、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、离子交换树脂、苯乙烯-丙烯腈共聚物树脂、不饱和聚酯以及苯乙烯系热塑性弹性体等。
另外,苯乙烯还可用于制药、染料、农药等行业,用途十分广泛[1]。
苯乙烯合成过程中所用到的原料、催化剂、产物、中间产物均属于易燃、易爆、有毒、有害类的物质。
所以，苯乙烯在生产合成的过程中存在相当大的危险。
事故后果模拟分析方法是利用已有数学模型,选择恰当的数值计算方法,对危险性高的区域或系统进行模拟,模拟事故的发生过程、事故后果的影响范围以及事故造成的财产损失人员伤亡情况。
人们通过该模拟结果，可以直观地了解到评价区域或系统的危险有害性,并为设计、管理人员以及企业、政府等职能部门的高层决策者提供一种客观依据。
这种方法是一种全新的评价方法，这种方法的特点时形象、直接、操作简单；不仅如此，这种方法的评价结果较之以往更为精确，可靠性高，是现有评价方法中的首选[3]。
应急预案是为了快速应对各类突发事故，减小事故损失、伤亡情况而制定的应急管理、救援计划。
它一般应建立在综合防灾规划上。
应急预案是运用安全评价的方法，为降低事故造成的影响和财产损失，对设备、场所等对象进行故事发生后的救援行动步骤和纲领，为控制事故的发生提前做出有效的计划和安排。
2重大事故后果模拟方法
2.1重大事故后果模拟方法概述
重大事故后果评价方法通过对危险源辨识分析的结果，应用系统科学的研究方法，分析危险源存在的危险有害性，然后运用对应事故的数学模型，来定量分析事故后果的严重程度、损失情况以及对周边地区造成影响的范围[17]。
化工生产过程的重大事故形态主要包括火灾、爆炸和泄漏扩散三大类。
泄漏事故的基本形态包括液体泄漏、气体泄漏、气液两相流泄漏。
火灾事故形态主要是池火灾和喷射火。
爆炸事故形态为蒸气云爆炸、沸腾液体扩展蒸汽爆炸、压力容器爆炸以及凝聚相爆炸。
事故后果模拟方法被广泛应用于危险有害化学品的安全评价中。
这种方法在评价过程中比较简便、具有针对性,因而在火灾爆炸、中毒等危险性事故的评价中得到了普遍应用。
但是,此类方法在运用的同时也存在一定的问题,例如参数的选择和相关基础数据的计算往往根据个人理解,因此有关参数的选用不是十分合理。
参数选择地正确与否是评价准确与否的关键，同时也是评价过程中需克服的难点。
如果参数选取的不准确,现场情况又不熟悉,在缺乏某些参数时，假设有关参数而去套用公式,利用这些不真实的数据得到的计算结果必然与实际情况不相吻合[4]。
2.2泄漏扩散事故后果模拟分析方法
国内外在危险性物质泄漏扩散方面的研究，主要是研究其动力学演化机理，建立准确描述事故泄漏过程的理论模型，并与计算机技术相结合，应用于事故后果分析和环境风险评价，同时为制定事故应急预案提供参考[17]。
七、八十年前国外的研究人员开始对泄漏扩散事故进行研究，直至现在国外对于泄漏扩散的研究工作还相当活跃。
其在单相单组分泄漏领域取得了很多成就，提出了大量扩散的计算模型，也进行了相当多的测试。
相较于国外，国内对于泄漏扩散的研究开始较晚。
我国的研究人员对有毒物质的泄漏进行了研究总结，建立了泄漏模式及模型，并归纳出了8类泄放模型和15类潜在泄放模型。
在泄漏扩散事故的后果分析中，泄漏事故后果的严重程度与泄漏物的形态、数量、物质特性、压力、泄漏方式等有关。
影响泄漏事故后果严重程度的主要因素是物质的易燃易爆性质，而泄漏量的多少则是与泄漏时间的长短有关。
泄漏源模型是根据物质释放时所表现的物理化学过程的理论或经验方程而建立的。
2.3爆炸事故后果模拟分析方法
2.3.1爆炸类型
从工厂爆炸的角度来分析，化学爆炸的类型主要是蒸气云团遇明火发生爆炸、受限空间内的可燃气体发生爆炸、反应失控造成的压力容器爆炸以及不稳定物质爆炸。
无论是哪种类型的爆炸，在爆炸事故发生的同时都会释放出大量的能量，造成相当巨大的损失和影响。
2.3.2蒸气云爆炸模型
蒸气云爆炸发生的条件：
足够量可燃气体与空气混合、点火源、有限空间等。
其伤害形式的主要表现为：
云雾区的爆炸波作用、高温燃烧、冲击波、热辐射作用和窒息作用。
自上世纪60年代国外研究人员开始对蒸气云爆炸进行研究。
我国北京理工大学、化工部劳动保护研究所及劳动部劳动保护科学院的研究人员共同建立了“爆炸灾害预防与控制国家重点实验室”。
通过利用80米长的水平管道，进行了蒸气云爆炸规律的初步研究，如障碍物对蒸气云燃烧转爆轰的影响[17]。
2.3.3沸腾液体扩展蒸汽爆炸模型（BLEVE）
沸腾液体扩展蒸汽爆炸可以产生三种危害后果：
冲击波超压火球热辐射和抛射碎片，有时候也可能伴随延迟发生的蒸气云爆炸或闪火等事故灾害，其中，爆炸火球的热辐射是最主要的伤害因素。
BLEVE在其发生的机理、条件及所导致的灾害后果形式等方面不同于其它类型的爆炸灾害,有其发生原理的特殊性和后果的严重性。
相较于蒸气云爆炸，沸腾液体扩展蒸汽爆炸的危险等级更高，影响范围更广。
现有的经验与半经验模型之间的差别很大,目前还没有能完善描述BLEVE的发生、发展及其事故后果的计算模型。
2.4火灾事故后果模拟分析方法
易燃、易爆的气（液）体泄漏后遇到引火源就会被点燃而燃烧。
火灾事故的主要模型有池火、喷射火、火球和突发火灾。
2.4.1池火灾模型
所谓池火灾是指储罐中泄漏后的可燃液体遇火源发生的火灾，其主要危害是热辐射。
美国学者R.Merrifield和T.A.Roberts提出[19],可燃液体引起的池火灾,热辐射是其主要危害[1]。
池火火灾通过辐射热的形式对周围的人、财、物产生危害，其危害程度可依据其辐射强度作为指标来参考，而辐射强度与池火燃烧速度、火焰高度、热辐射通量密切相关，因此池火火灾模型主要通过池火燃烧速度、火焰高度、热辐射通量、辐射强度四个参数来表述[2]。
2.4.2喷射火模型
加压的可燃物质泄漏时形成射流,在泄漏口处点燃，由此形成喷射火。
喷射火模型包括“单点源”模型、“多点源”模型及“圆锥体”模型，其中“单点源”模型包括“API521”模型,“多点源”模型包括“WHAZAN”、“FLARESIM”、“FLARESIM”、“THORIN”和“THORNTON”模型,“圆锥体”模型包括“FLARE”、“TORCH”等模型[21]。
常用的多点元模型是一种包括气流效应在内的喷射扩散模式的扩展。
将整个喷射火看做是由沿喷射中心线上的所有电热源组成，每个电热源的热辐射通量相等[21]。
2.4.3闪火模型
闪火是可燃性气体泄漏到空气中并与空气相混合，之后被点燃而发生的一种非爆炸型的燃烧过程。
闪火与其他火灾模型不同的是，火焰传播过程中没有自我加速条件。
泄漏源不产生温流，空间不存在其他约束条件。
由于闪火造成的危险损失较小，所以文献中谈及闪火造成的人员财产损失的计算模型相对较少。
3苯乙烯车间概述
现今普遍应用的苯乙烯生产方法是乙苯催化脱氢和苯乙烯-环氧丙烷联产法。
80%的苯乙烯是通过乙苯催化脱氢的方法生产出来的。
北京燕山石化公司化工一厂苯乙烯车间采用乙苯催化脱氢法制苯乙烯。
3.1自然环境
燕山石化化工一厂苯乙烯车间位于北京市房山区，在京广线旁，有便利的交通运输条件。
3.1.1地形地貌
北京市位于东经115.7°-117.4°，北纬39.4°N-41.6°N。
地处华北平原东北部。
与渤海湾相邻，上辽东半岛接壤，下与山东半岛相连。
北京与天津相邻，四周相邻的是河北省。
西面是太行山的西山，北面是燕山的军都山，两山在南口关沟交汇，形成一个向东南展开的半圆形大山弯，它所围绕的小平原即为北京小平原。
北京市平均海拔43.5米。
北京平原的海拔范围在20～60米之间，山脉的海拔范围在1000～1500米之间。
3.1.2气象与气候条件
首都北京是典型的北温带半湿润大陆性季风气候，6月到8月的夏天气温高、雨水量多，11月到第二年1月的冬天气温低、空气干燥，春秋季时间短。
冬季盛行西北风，夏季盛行东南风。
2010年降水量大致在483.9毫米，为华北降雨最多的地区之一。
北京太阳辐射量全年平均为112～136千卡/厘米。
北京年平均日照时数在2000～2800小时之间。
夏季日照相对减少，每月230小时左右；秋季日照少于春天但多于夏天；冬季则是一年中日照最少季节。
见北京市气候气象一览表表3-1。
3.2苯乙烯车间工艺流程介绍
苯乙烯工艺合成路线图如图3-2所示，首先，苯和乙烯进行烷基化反应。
反应得到粗乙苯（具体反应方程参见式3-1）。
（3-1）
粗乙苯进入乙苯分离塔提纯出纯度高的乙苯原料，塔釜得到重组分多乙苯及焦油回收至烷基化反应器循环使用，塔顶得到苯与乙苯混合物。
苯与乙苯混合物进入乙苯精馏塔，回收的苯从塔顶流出，继续参与反应。
精制后的乙苯进入脱氢反应器，催化脱氢后得到粗苯乙烯（具体反应方程参见式3-2），其中包含未反应的部分粗乙苯。
（3-2）
粗苯乙烯与未完全反应的粗乙苯进入乙苯-苯乙烯分离塔，从塔底流出的粗苯乙烯送至精馏塔提纯，得到纯度较高的苯乙烯产品。
塔顶得到粗乙苯送至甲苯-乙苯分离塔，塔底得到乙苯回收至脱氢反应器进一步反应；塔顶得到的甲苯进入到苯-甲苯分离塔，分离出苯送至烷基化反应器进行反应。
表3-1北京市气候气象一览
图3-2苯乙烯工艺流程简图
4危险、有害因素辨识与分析
4.1危险、有害因素辨识的原则和依据
危险有害因素辨识与分析遵循科学性、系统性、全面性和预测性原则。
常用化学危险品特性汇编以及化学品《安全技术说明书》。
生产过程中发生的各类事故的危险性分析依据《企业职工伤亡事故分类》。
4.2危险、有害因素辨识与分析
4.2.1危险物质分析
苯乙烯生产过程中涉及的危险化学品共有7种，具体情况如表4-1所示：
表4-1危险化学品一览表
4.2.1.1危险物质的理化性质
苯乙烯生产过程中涉及的主要危险、有害物质的理化性质，见表4-2。
表4-2主要物质的理化性质
氢气
苯
甲苯
乙苯
苯乙烯
分子式
H2
C6H6
C7H8
C8H10
C8H8
分子量
2．016
78.11
92.14
106.16
104.14
熔点℃
-259.2
5.5
-94.9
-94.9
-31
沸点℃
-252.77
80.1
110.6
136.2
145
闪点℃
--
-11.1
4
15
31.11
引燃温度℃
400
560
535
432
490
相对密度
（水=1）
0.07
0.88
0.87
0.87
0.91
相对密度
（空气=1）
0.07
2.77
3.14
3.66
3.6
爆炸极限%
2.7-36.0
1.2-8
1.2-7
1-6.7
1-6.1
临界温度℃
-240
289.5
318.6
343.1
369
临界压力Mpa
1.3
4.92
4.11
3.7
3.81
燃烧性
易燃
易燃
易燃
易燃
易燃
禁忌物
强氧化剂、卤素
强氧化剂
强氧化剂
强氧化剂、酸类
强氧化剂、酸类
4.2.1.2危险物质的储存
苯乙烯生产过程中涉及的主要危险、有害物质储存的注意事项如下表4-3所示。
4-3危险物质的储存
4.2.1.3危险物质的运输
苯乙烯生产过程中涉及的主要危险、有害物质运输的注意事项如下表4-4所示。
4-4危险物质的运输
4.2.2工艺过程危险、有害因素分析
苯乙烯车间主要包括：
脱氢工段、精制工段以及仓库。
由于脱氢反应属于强放热反应，苯、苯乙烯等物料均为易燃、有毒、有害危险化学品，所以生产过程中较容易发生爆炸、火灾、泄露等事故。
因此苯乙烯生产过程危险、有害因素的识别，主要是查找出生产过程中可能出现上述事故的场所或过程。
（一）脱氢工段
脱氢工段的主要设备设施有脱氢反应器、中间换热器、中（低）压废热锅炉、空冷器、空冷气液分离器、乙苯蒸汽混合器、脱氢液储罐、热水储罐、蒸汽过热炉、脱氢混合物/水分离器、降温器、截止阀、气动薄膜调节阀组、热水泵以及辅助设施和仪表控制系统等。
根据对苯乙烯生产工艺流程的分析，脱氢工段危险因素分析如下：
（1）火灾、爆炸
在新鲜乙苯以及循环乙苯由储罐向脱氢反应器加料的过程中，若储罐泄漏或是泵及其周围管线发生泄漏与腐蚀，则会引起乙苯原料的泄漏，极易引发火灾、爆炸以及中毒事故。
乙苯气体经多次升温后进入脱氢反应器，逐段进行反应，除了生成苯乙烯外，还会产生氢气。
氢气为易燃易爆的危险气体。
由于在两段脱氢反应器及其相连管路内均存在氢气，若该区域的管线及反应器存在泄漏或密封不严，氢气与空气发生接触，形成爆炸混合物时，即会引起爆炸事故，威胁员工的生命安全。
蒸汽过热炉是通过燃烧煤焦油生产蒸汽，为整个反应的发生提供热蒸汽。
煤焦油为有毒、有害的物质,且易燃易爆,若由于违章操作等原因而发生泄漏,即会引起火灾、爆炸、中毒等事故。
此外，脱氢车间内的大型储罐、反应器、换热器等均需做好接地防雷击的措施，以防止雷击产生的电火花引起火灾事故。
（2）灼伤
乙苯蒸发器、热水储罐、蒸汽混合器、预热器、废热锅炉等设备设施均通入高温介质，操作或维修过程中若违反操作规程，或未佩戴防护用具可能造成高温烫伤的危险。
（3）中毒窒息
乙烯储罐内所存的乙烯以及脱氢液储罐中存在的苯乙烯均为易燃易爆有毒物质，储罐、油泵或相连管线破裂、泄漏，不仅会引起火灾、爆炸，还可能造成人员中毒，而且造成环境污染。
（4）触电
当人体触及带电体，或者带电体与人体之间闪击放电，或者电弧波及人体，电流通过人体进入大地或其他导体，形成导电回路，这种情况就叫触电[10]。
车间内有很多电气设备，如果电气设备接地不良、设备漏电、未设置防静电装置，将会发生人员触电事故，造成人员伤亡，影响车间的正常生产日程。
（二）精制工段
精制工段的主要设备设施有分离塔、回收塔、全凝器、冷却器、尾气冷凝器、降膜蒸发器、再沸器、各类储罐、真空泵、回流泵以及辅助设备和仪表控制系统等。
根据对精制工段的工艺流程分析，本工段存在的危险有害因素如下。
（1）火灾、爆炸
蒸汽状态下的苯乙烯与空气可形成爆炸性气体，遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险；苯乙烯精制塔的平均塔温维持在88℃左右，塔顶苯乙烯蒸汽经冷却器冷却后温度维持在79.5℃。
因此若苯乙烯发生泄漏可能引起火灾事故。
运输苯、甲苯、苯乙烯产品的罐车也应做好密封措施防止运输过程中存在泄露的危险，引发危险事故。
（2）中毒
苯乙烯精制工段不仅存在苯乙烯产品，生产过程中还会产生副产品苯和甲苯。
这些均属于有毒有害物质，一旦储存这些物质的罐区发生泄漏，将有可能导致人员中毒事故的发生。
此外，人员进入罐、釜内检修，若有毒有害物质置换不彻底，加之人员未佩戴劳动护具或护具失效，均可能造成人员中毒。
（3）机械伤害
打料泵、电动机、真空泵、安全联锁系统等电气运转设备在生产、检修过程中，因操作不慎，易发生机械伤害。
（4）噪声与震动
排风机、各种泵、反应器运行过程中会产生噪声，存在噪声与震动的危险因素。
4.2.3公用工程及辅助设施的危险分析
蒸汽过热炉是为整个车间提供热蒸汽和热水的装备，在正常的生产过程中，蒸汽过热炉内存储了大量的热能，所以制作该容器的材质必须是耐高温、耐高压、防腐蚀的。
如若发生泄漏，操作人员未能及时躲避，将会造成严重地高温灼伤。
电气装置的不正确使用，因其使用和运行过程中的发热、短路和高温及累计直接导致火灾事故的发生；火灾报警装置使用过程中出现漏报和失灵等现象而间接导致火灾事故的发生。
5苯乙烯车间重大危险源辨识
重大危险源辨识是预防生产过程中发生重大事故的有效手段之一，通过对生产场所、危险品储存区域、危险工作区域内危险源的辨识，可以判断出重大危险源所在。
通过相关技术分析出重大危险源产生的原因及后果严重程度，在此基础上制定出防范措施，有效避免重大危险事故的发生。
5.1重大危险源辨识标准
苯乙烯工艺过程中存在危险物质名称及其临界量如表4所示[11]。
表5-1危险化学品名称及其临界量
单元内存在的危险化学品为多品种时，则按式（5-1）计算，若满足式（5-1），则定为重大危险源：
（5-1）
式中：
q1，q2，…，qn为物品的当前储存量（t）；
Q1，Q2，…，Qn为物品的临界储存量（t）。
5.2苯乙烯车间重大危险源辨识
基于以上关于重大危险源表示的标准和方法，对北京燕山石化化工一厂苯乙烯车间罐区进行重大危险源辨识。
苯乙烯车间罐区参数数据如表5所示。
表5-2苯乙烯车间罐区参数
假设各储罐存储量为总容积的70%，可得出单台储罐储存产品的质量：
苯：
M=0.88×103×120×0.7=73920kg约为74吨>50吨
苯乙烯：
M=0.91×103×298×0.7=189826kg约为190吨<500吨
甲苯：
M=0.87×103×70×0.7=42630kg约为43吨<500吨
通过比较74吨>50吨可以判断出苯的储存量大于苯的临界储存量。
同时根据式5-1进行计算：
因此该苯储罐区为重大危险源。
6储罐区泄露重大事故后果模拟分析
根据上述重大危险源辨识结果，重大危险源是苯储罐区。
下面将对危险性最高的苯储罐进行事故后果模拟分析。
苯具有易燃易爆、有毒有害的特性，在生产、运输的过程中均存在很大的危险性，容易发生事故。
根据我国化工系统发生的重大电型事故的统计结果显示，苯泄漏的事故发生的可能性最高[12]。
苯发生泄漏后可能导致的后果包括BLEVE火球、闪火、蒸气云爆炸、池火灾和扩散中毒。
苯泄漏可能引发的事故后果事件树如图6-1。
6.1苯储罐池火灾事故后果模拟分析
北京燕山石化化工一厂苯乙烯车间在生产过程中产生副产品苯，车间内有1个容积为120m3的苯储罐。
若苯储罐发生泄漏，在罐体附近形成一定厚度的液池。
此时如果遇到火源或火星，泄露的液体很有可能会燃烧起来，发生池火灾事故。
下面将对池火灾进行事故后果模拟[13]。
（1）苯的燃烧速度
苯的燃烧热Hc=41851.28kJ/kg，比热容Cp=1.9kJ/kg·k，沸点Tb=353.1K，汽化热H=394.66kJ/kg。
环境温度，液体表面上单位体积的燃烧速度dm/dt为：
（6-1）
（2）液池半径
苯储罐隔堤所谓液池面积S=400m2，计算液池当量半径：
（6-2）
（3）火
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