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石油化工安全

/petrochemical safety/
条目作者张来斌

张来斌

最后更新 2023-06-15
浏览 152
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石油化工作业过程中的安全防护意识、管理制度和相关措施。

英文名称
petrochemical safety
所属学科
安全科学与工程

以石油、石油炼制后的产品、油田气或天然气作为原料,采取不同工艺,生产燃料型和润滑型的油品、化工原料、化工中间体和化工产品的工业,称为石油化工。包括炼油、石油化工、化纤和化肥四大行业,是国民经济的支柱产业之一,与人们的生活密切相关,并且渗透到国民经济的各个领域。广泛使用在飞机、船舶、汽车及制造工业、建筑工业和农业上,而且成为发展国防工业和尖端科学技术必不可少的原料。石油化工可以提高人们的生活水平,促进其他工业的迅速发展。

由于石油化工生产中存在着易燃、易爆、有毒、有害、高温、高压、腐蚀性强等许多潜在的危险因素,安全生产的难度较大,与其他行业相比发生事故的可能性更大、造成的后果更严重。如1984年中国东北某石油化工厂的催化车间气体分馏装置,在开工过程中,一条液化丙烷管线的接口,因为焊接质量低劣和焊口低周疲劳原因突然断裂,造成1.715兆帕、温度54℃的大量液化丙烷从断口处喷出并迅速在装置内扩散,遇到加热炉明火后爆炸着火。事故造成5人死亡,18人重伤、62人轻伤,装置受到严重的破坏。同年12月3日,位于印度中央邦首府博帕尔市的美国联合碳化物公司印度公司农药厂,由于安全装置存在缺陷,以及在预防事故的安全管理措施上的问题,导致45吨剧毒的异氰酸甲酯(MIC)几乎全部泄漏,造成了石油化工生产史上绝无仅有的事故惨案,事故当时就造成2500名居民在睡梦中中毒死亡,20万人受到不同程度的中毒,至当年年底死亡2万余人,5万人永久性失明和终身残疾。

安全是石化生产永恒的主题,实现石油化工安全生产至关重要:①石油化工行业是国民经济的支柱产业之一,迅速发展石油化工行业是加速国民经济发展的需要;②石油化工生产一旦发生火灾爆炸事故,将会造成厂毁人亡的严重后果,在社会上产生极坏的影响,因此实现石化工业的安全生产是促进社会稳定的需要;③实现石化工业安全生产是获得最大经济效益的需要;④实现安全生产是保护人身安全的需要。

由于石油化工生产过程中,使用的原材料、半成品、成品以及各种辅助材料等,大多是易燃易爆物质,当管理不当、操作失误、使用不合理时,极易引起着火和爆炸。因此,生产过程中具有的潜在危险因素可能会发展成为灾害性事故。

火灾、爆炸是石油化工生产中发生较多,而且危险性甚大的事故类型。

石油化工生产过程中,客观存在着许多引发火灾爆炸的因素,可以概括为以下几个方面。

石油化工生产中的许多原料及其产品,诸如:原油、重油、抽余油、石脑油、汽油、煤及其粉尘、焦炭、天然气、油田气、炼厂气、焦炉气等,都具有易燃易爆的性质。天然气、油田气、煤气、烃类以及各种石油气都具有闪点低、自燃点低、爆炸下限低、点火能量低的特点。汽油的闪点仅为-58~10℃,氢气的爆炸极限范围宽达4.0%~75.6%,而其在空气中的点火能量仅为0.2毫焦。所以,当操作不当或因设备问题发生外泄,以及空气(或氧气)混入系统中时,发生燃烧爆炸的可能性相当大。

石油化工生产中操作温度高,是引发着火爆炸的一个重要因素。原因在于:①高温设备和管道表面易引起与之接触的可燃物着火;②高温下的可燃气体混合物,一旦抽入系统与之混合并达到爆炸极限时,极易在设备和管道内爆炸;③温度达到或超过自燃点的可燃气体,一旦泄漏即能引起燃烧爆炸;④高温可加速运转机械中的润滑油的挥发和分解,使油气在管道中积炭、结焦,导致积炭燃烧和爆炸;⑤高温使金属材料因发生蠕变而改变金相组织,增强腐蚀性介质的腐蚀性;高温还能增强氢气对金属的氢蚀作用,上述作用的结果,可降低设备的机械强度,导致物料泄漏,甚至造成着火爆炸;⑥高温能使可燃气的爆炸极限扩大,如煤气在常温下的爆炸下限为6.0%,而在400℃时则降低为4.0%,又如氨在常温下的爆炸极限为15.5%~27%,而在100℃时则变为14.4%~29.5%,由于爆炸下限的降低和爆炸极限范围的加宽,危险性随之增大。

高压操作对石化生产有许多优点,如能提高化学反应速度,增加效率,提高设备生产能力等。但是从安全生产角度来看,则带来一系列不安全因素。例如操作压力高也能使可燃气的爆炸极限范围加宽,尤其是对上限影响较大。如在常压下甲烷的爆炸上限为15%,而在压力达12.5兆帕时,则扩大到45.7%,使爆炸危险性增加。处在高压下的可燃气体一旦泄漏,高压气体体积迅速膨胀,与空气形成可爆性混合气,高压下喷出的可燃气体在喷口处摩擦产生静电火花,还会导致着火爆炸事故的发生。另外,高压操作对设备选材、制造都带来一定难度,给平时的维护也增加了困难;同时容易使设备发生疲劳腐蚀,造成泄漏。高压下能加剧氢气、氮气对钢材的氢腐蚀及氮渗透作用,使设备机械强度减弱,导致物理爆炸。

由于生产过程中,所处理或加工的物料均系易燃易爆物质,当操作不当或设备不严密时,空气或氧气窜入生产装置;以及投料顺序有误、或投料比例不符合要求,都会导致氧含量超过规定,或不能正常进行物料反应而造成爆炸事故。在能够生成自聚物的生产装置中,由于控制不当,管理不严也极易引起自聚物的爆炸。

在石油化工生产过程中,会有各种不同的有毒有害物质生成,如一氧化碳、硫化氢、氨、氮氧化物、油蒸气、氰化钠、苯、苯胺、烃类等等。它们多数是主要原料成分或中间产物,并以气态或尘雾状态存在。在设备密封不好或因设备管道腐蚀、设备检修、操作失误、发生事故等情况下,这些有毒有害物质便迅速外泄并污染作业环境,如果防护不当或处理不及时,很容易发生中毒事故,对人体造成不同程度的伤害。有些气态物质无色无嗅,比如高浓度的硫化氢气体反而变得让我们闻不到其特有的臭鸡蛋味道,泄漏后不易被人们察觉,往往会造成更大的危害。氮气、二氧化碳、氢气等可造成窒息。此外,还有噪声、粉尘的危害,高温中暑以及发生化学灼伤等危险。

世界各国的石油化工生产装置的规模越来越向大型化发展。中国乙烯装置规模已达70万吨/年以上,涤纶生产装置规模已达68万吨/年以上,合成氨生产装置采用了35万吨/年以上的规模,炼油生产装置的年加工能力已达1000万吨以上。通过挖潜和技术改造,生产装置还会向更大规模发展。生产装置的大型化,可以降低单位产品的基本建设投资和生产成本,降低能源消耗,提高生产率,给企业带来了经济效益的提高。但是,从安全生产的角度看,建设一套大型的石油化工生产装置,往往要投资几个亿甚至几十个亿,另外由于装置内储存和流动着成百上千吨的易燃易爆物料,潜在的危险能量也越来越大,一旦发生火灾爆炸事故,其破坏性也就更大,带来的损失也就更严重。而且装置即使因事故停产所造成的经济损失也是巨大的。

石油化工生产是个连续化的生产过程,装置开车投产后除了正常停工检修外,将每日24小时不断地投料和产出成品。从原料的输入到成品的输出,各生产装置和工序之间都是紧密相连,互相制约,具有高度的连续性。如果一个工序或者一台重要设备发生故障,都会影响到整个生产过程的平稳正常进行,甚至有可能造成装置停车或发生重大事故。

石油化工的生产过程是在密闭的系统中进行的,生产操作几乎全靠仪表控制,设备和管线不允许有泄漏发生。因此,无论是对操作工人的安全技术素质要求,还是对设备的选材、安装质量要求都是很高的。

石油化工生产从原料到产品,要经过许多工序和复杂的加工单元,通过多次的化学反应(或物理处理过程)才能完成,例如炼油生产中的催化裂化装置要经过8个单元、乙烯生产要经过14个单元、化肥生产要经过12个单元的生产过程等等,生产过程既复杂又庞大。除了主要的生产装置外,根据生产需要,还要设有供热、供水、供电、供风等庞大的辅助系统;生产过程使用的各种反应器(炉)、塔、槽、罐、压缩机、泵等都以管道相连通,从而形成了工艺流程长而且复杂的庞大的系统生产线。

此外,石油化工生产过程对工艺参数的控制要求相当严格,也十分苛刻。生产是在高温、高压或低温、负压等条件下进行的,这种生产的特殊性,给实现安全生产带来很大的困难。如:乙烯生产装置的裂解炉管壁温度高达1100℃,化肥生产的气化炉温度高达1450℃,而空气分离装置则在-195℃的低温下进行操作,天然气深冷分离也在-102~103℃的低温下进行。高压聚乙烯的操作压力高达340兆帕,而聚酯生产却在真空条件下进行,操作压力仅有1×10-4兆帕。离心式压缩机转速高达1500转/分以上,高速泵的转速则为25000转/分等。由此可见,石油化工生产过程的工艺条件的严格、复杂和多变。

石油化工生产除了部分炼油过程是物理加工过程外,其余均为化学反应过程。由于化学反应极易失控,所以在生产过程中,对温度、压力、流量、液位、投料量、投料比例、投料顺序和气体成分等都必须要严加控制,否则就会因剧烈的化学反应造成超温、超压、冒料等情况的发生,导致着火爆炸。

在石油化工生产过程中,从设备的选用、制造到加工工艺,可以说都要求必须采用各种先进的技术。由于大型化、连续化、工艺过程复杂化和对工艺参数的苛刻要求,现代化的石油化工生产过程再用人工操作和一般的仪表控制系统,显然已经远远不能适应其平稳生产和安全生产的要求,必须采用自动化程度很高的操作控制系统和安全监控系统。随着科学技术和计算机技术的发展,为了实现石油化工安全平稳生产的特殊需要,石油化工生产装置在操作控制上已经普遍采用了先进的DCS集散型控制技术;在安全控制系统中,大量采用紧急停车控制系统。其他还有如用于设备的各种自动控制、安全联锁、信号报警装置和电视监视及显示、各种检测设备等。而操作这些先进的自动化仪表,就需要操作工人熟练掌握相应的技术知识,并要具有强烈的安全责任心。

生产过程中存在着一些不安全或危险的因素,危害着工人的身体健康和生命安全,同时也会造成生产被动或发生各种事故。为了预防或消除对工人健康造成有害影响和各种事故的发生,改善劳动条件,而采取各种技术措施和组织措施的总和称为安全技术。

安全技术是劳动保护科学中的一个学科,其主要内容包括:①使生产装置本质安全化的直接安全技术措施;②间接安全技术措施,如采用安全保护和保险装置等;③提示性安全技术措施,如使用警报信号装置、安全标志等;④特殊安全措施,如限制自由接触的技术设备等;⑤其他安全技术措施,如预防性实验,作业场所的合理布局,个体防护设备等。

为实现安全生产,结合石油化工生产的特点,则石油化工安全技术涉及的主要内容有:安全管理,防火防爆安全技术,电气安全技术,压力容器与工业管道安全技术,锅炉安全技术,职业卫生和防尘防毒安全技术,石油化工生产装置检修安全技术,石油化工操作安全技术,安全控制和监测安全技术,地震和抗震安全技术等。

安全技术是劳动保护科学的重要组成部分,是一门涉及范围广、内容丰富的边缘性科学。

安全技术是生产技术发展过程中形成的一个分支,它与生产技术密切相关。随着石油化工生产的不断发展,石油化工安全技术也随之不断充实和提高。安全技术是以技术为主,同时涉及有关劳动保护法规和制度、组织管理措施等方面的问题。通过采取安全技术来达到劳动保护的目的。因此,安全技术对于实现石油化工安全生产,保护职工的安全和健康发挥着重要作用。

安全技术的作用在于采取以防止工伤事故和其他各类生产事故为目的的技术措施,消除生产过程中的各种不安全因素,保护劳动者的安全和健康,预防伤亡事故和灾害性事故的发生。

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