论文总字数：36291字

摘 要

随着生产力水平的不断提高，越来越多的注意力花在了工厂的安全上。在化学工业中，本质安全设计的原理被实施，以防止和限制化工行业中的风险为了实现本质安全设计。因此安全性评价是至关重要的。道化学火灾和爆炸指数最早是由美国道化学公司在1964年发行的，它是一种定量分析的方法，到目前为止，它有进化到了第7版，并已成为一个综合指标，给出了一个由于潜在的火灾和爆炸造成的个别工艺单元损失风险的相对值。用火灾爆炸指数方法利用基于化学性质和材料存货参数估算工艺单元的危害，然后在美元条款中使用厂房建筑成本或重置成本来预计的潜在风险。本文主要介绍了道化学方法的流程、单元内容，并将其细化，最终运用道化学方法评估分析实际中的案例，得出结论。

关键词：道化学火灾 道化学流程 火灾爆炸指数（Famp;EI）补偿后火灾爆炸指数（Famp;EI’） 案例分析

Abstract

With the continuous improvement of the productivity level, more and more attention was paid to the safety of plants. In the chemical industry, the principles of Inherently Safer Design (ISD) are implemented to prevent and limit risk of Chemical Process Industry (CPI) . Therefore, safety evaluation is essential. Dow Fire and Explosion Index (Famp;EI) was first issued by American Dow Chemical Company in 1964, and so far, it has evolved to the 7th edition and has become a comprehensive index that gives a relative value to the risk of individual process unit losses due to the potential fires and explosions . The Famp;EI method estimates the hazards of a single process unit based on the chemical properties and material inventories, and then uses plant construction cost or replacement cost to estimate the potential risk in dollars term . This article introduces the process of Dow Chemical methods, cell content, and refined, and ultimately the use of Dow Chemical analysis methods to assess the actual case, concluded.

Key Words：Famp;EI ，Offset Famp;EI(Famp;EI’)，DOW Method，case analysis

DOW Process

目 录

第一章 绪论 1

1.1 道化学的研究背景 1

1.2 道化学方法国内外应用现状 2

1.3 道化学方法在危化企业安全评价中的应用现状 2

第二章 道化学方法基本内容 5

2.1 道化学方法的评价程序 5

2.2 道化学方法计算说明 8

2.2.1选择工艺单元 8

2.2.2物质系数(MF)的确定 9

2.2.3一般工艺危险性 12

2.2.4特殊工艺危险性 16

2.2.5火灾爆炸危险指数等级 31

2.2.6安全措施补偿系数 32

第三章 道化学中工艺单元选取研究 34

3.1 恰当工艺单元选择的方法学研究 34

3.1.1 恰当工艺单元选择的方法学基础 34

3.2 恰当工艺单元选择的模式建立 38

3.2.1 恰当工艺单元的选择方法 38

3.3.2 模式框图 39

第四章 对Famp;EI补偿方法的研究 41

4.1 安全措施补偿对火灾爆炸危险指数的影响 41

4.2 目前国内应用补偿后火灾爆炸危险指数的确定 42

4.3 国外最新道化学方法应用中关于补偿后火灾爆炸指数的用法 42

4.4 二者的比较 43

第五章 案例分析 44

5.1 案例基本情况简介 44

5.2 恰当工艺单元的选取和物质系数的确定 45

5.2.1 恰当工艺单元的选取 46

5.2.2 物质系数的确定 47

5.3 火灾爆炸危险性等级的确定 48

5.4 火灾爆炸指数 51

5.5 安全措施补偿系数 C 的计算 51

5.6 补偿后火灾爆炸指数的应用 55

第一章 绪论

1.1 道化学的研究背景

随着生产力水平的不断提高，越来越多的注意力花在了工厂的安全上。在化学工业中，本质安全设计的原理被实施，以防止和限制化工行业中的风险。本质安全设计融入化学工艺设计和工艺优化提供一种化工厂安全评估的手段。其结果是，这样的方法，能够既确保健康和所有涉及的工厂的安全性和环保将预计达到。

为了实现本质安全设计，安全性评价是至关重要的。还有，可以采用各种方法进行安全性评价。在一般情况下，这些方法可分为两类：（a）定性安全评估技术，如预先危险性分析，检查表，假设分析，危险性与可操作性分析等;（b）定量的安全性评价的技术，如保护分析，道化学火灾和爆炸指数，故障树分析，事件树分析等。每种方法都有其特殊的应用。在所有的评估技术，道化学火灾和爆炸指数在化工工艺单元中使用最广泛的。

道化学火灾和爆炸指数最早是由美国道化学公司在1964年发行的，到目前为止，它有进化到了第7版，并已成为一个综合指标，给出了一个由于潜在的火灾和爆炸造成的个别工艺单元损失风险的相对值。用火灾爆炸指数方法利用基于化学性质和材料存货参数估算工艺单元的危害，然后在美元条款中使用厂房建筑成本或重置成本来预计的潜在风险。^[1]

美国道化学公司自1964年开发“火灾、爆炸危险指数评价法”(第一版)以来，历经29年，不断修改完善；在1993年推出了第七版，以已往的事故统计资料及物质的潜在能量和现行安全措施为依据，定量地对工艺装置及所含物料的实际潜在火灾、爆炸和反应危险性行分析评价，可以说更趋完善、更趋成熟。其目的是：

(1)量化潜在火灾、爆炸和反应性事故的预期损失；

(2)确定可能引起事故发生或使事故扩大的装置；

(3)向有关部门通报潜在的火灾、爆炸危险性；

(4)使有关人员及工程技术人员了解到各工艺部门可能造成的损失，以此确定减轻事故严重性和总损失的有效、经济的途径。

1.2 道化学方法国内外应用现状

安全评价源于美国，是伴随着系统安全工程的发展而发展起来的，上世纪六十年代以来，系统安全思想为人们所接受，形成了独立的系统安全工程学科，此后系统安全工程得到迅速的发展，形成了安全评价的流派，与此同时，针对化工生产的特点，由美国道化学公司提出的“火灾、爆炸危险指数评价法”（简称道化学方法）是一种最早的指数法，也是目前使用相对比较广泛的一种危险指数评价法，其主要适用于对危险化学品生产企业（简称危化企业）潜在的火灾爆炸危险性的初步评估，道化学火灾、爆炸危险指数已经被化学工业公认为最主要的危险指数。^[2][3]

道化学公司安全评估方法自1964年公布第一版以来，收到了全世界的关注。该公司在第一版的基础上不断对其实用性和合理性进行调整和修改，经过六次修改，到1993年推出第7版。最初道化学公司开创的危险指数评价法完全是为了评估工艺过程的固有危险，在以后的版本中逐渐怎加了安全管理的内容。如“操作规程”和“开展为先分析活动”等内容，也就是开始考虑人的行为对安全的影响，这就更加符合系统安全原理。第七版道化学方法该版修订过程中，修改了一些条款，以便与法规和损失预防原则相一致，同时给出了美国消防协会（NFPA）的最新物质指数。通过修订，评价效果大为提高，评价结果更符合实际、更趋合理、客观。^[4]

1.3 道化学方法在危化企业安全评价中的应用现状

安全系统工程引入我国比较晚，20 世纪 80 年代初期，才逐渐开始开展对高危企业的安全评价工作。开始初期，由于人员、技术和数据等方面的不足，我国的安全评价一般只是采用较为简便的定性评价方法。这些方法能够对事故预防起到一定作用，但是由于其不能够定量估计损失的发生概率和事故的严重程度，已经越来越不能够适应我国工业企业安全生产管理的需求。因此陆续从国外引入半定量和定量评价方法。

根据道化学方法以物质系数为基础的特点，该方法仅适用于对生产、使用、储存或运输等过程中涉及较大量（至少应超过 454kg 或 0.454m³）易燃易爆或活性危险物质的危化企业的安全评价。

道化学作为一种定量的指数评价方法，由于其在危化品行业广泛的适用性和运用上的可程序化，翻译并引入我国后得到迅速发展，应用范围几乎遍及较大型的危化品企业，特别是在天然气、石油和煤相关行业。这些企业都涉及易燃易爆或反应性介质，而且数量一般都较大，固有火灾爆炸危险程度较高。

综合分析国内危化企业安全评价情况，道化学方法广泛应用于下列场所：

（1）大型易燃易爆和反应活性介质生产和使用场所^[5~23]

大型易燃易爆和反应活性介质生产和使用场所属于燃烧爆炸风险最大的一类，因为该类场所具有如下特点：存在大量的高燃烧爆炸性危险物质；这些物质大部分参与化学反应，至少其状态在发生改变；操作多在高温高压下进行，操作温度大部分超过危险物质的闪点甚至燃点。

一般的石油化工生产均属于此类。典型的如重油催化裂化；原油炼制；化肥厂的合成氨装置及尿素装置；聚乙烯、聚丙烯等高分子物质的聚合生产；甲醇氧化生产甲醛等等。

（2）易燃易爆及活性介质储存场所^[24~32]

易燃易爆及活性介质储存场所包括大型生产企业中的远离生产区的物料储存区和专事进行易燃易爆和活性化学物质储存的企业。一般来讲，由于其危险物质储存量庞大因此固有风险也相对较大。

另外位于码头、大型油罐区等专用危险物质储存库。这类场所和上述企业内部的储存区相比不同之处在于：其与外界的接触较多，周边环境、安全间距等安全措施和对安全管理方面的要求更加突出。典型的如南疆油库、物流企业内部的易燃易爆和活性介质储存部分等。

（3）固定储罐的加油、加气站等

该类场所虽然危险物质的储存量不算特别巨大（一般的加油站总容油量约几十至一百多立方米），但是由于其除了储存外，还对外输出，加之这类场所和日常生活联系紧密，通常离人口密集区距离有限，所以总的来说安全风险也比较大。各等级路边加油站、加气站等。

（4）管道 LPG（液化石油气）、LNG（液化天然气）的储运系统

一般的 LPG 和 LNG 接收站的危险位置包括装卸系统、贮运系统、汽化系统、高压输送系统等。这里，其它部分的评价与一般企业差别不大，比较特殊的是高压输送系统，由于其输送量大，压力也大（可至 8～9MPa），因此一旦产生泄露会短时间内释放出大量危险物质，迅速汽化后形成蒸气云，部分形成液池，其火灾爆炸模型就有显著区别，需要再用专用的池火灾模型等进行进一步分析。和固定储罐的情况不同，上述固定容器场所的火灾爆炸风险由于危险物质的数量确定，一般情况下可以预测一个损失的最大值，但是这类场所的事故风险影响因素就更多，包括泄漏位置、泄漏时间、外界风向等都可能对事故风险产生很大的影响。实际应用比较复杂。

第二章 道化学方法基本内容

2.1 道化学方法的评价程序

道化学方法最新的版本第七版是 1993 年发布的。其评价程序框图如图 2-1：图 2-1 道化学方法第七版评价程序框图图 2-1 道化学方法第七版评价框图

图 2-1 道化学方法第七版评价程序框图

其计算程序如下，其中具体取值方法需要参阅道化学方法指南。

1. 选取恰当的工艺单元

化工企业通常是由许多工艺过程组成的，各种工艺过程又包括多种设备、装置。在进行火灾爆炸危险性评价时，首先要确定恰当工艺单元，也就是后续要评价的对象。

在选择被评价单元时，主要应考虑以下几点：潜在化学能，工艺单元中危险物质的数量，资金密度，操作压力和操作温度，导致火灾、爆炸事故的历史资料，对装置操作起关键作用的单元，这些参数的数值越大，则该工艺单元就越需要评价。

（2）确定物质系数（MF）

被评价的单元选择确定后，关键还是确定单元的物质系数，因为物质系数（MF）是评价单元危险性的基本数据。

物质系数是表述物质在由燃烧或其他化学反应引起的火灾、爆炸中所释放能量大小的内在特性，因此物质系数由物质的燃烧性和化学活性来确定的。常见化学物质的物质系数可以查表求得。必要时还应根据温度数据加以修订。

单元中的危险物质为混合物时，应根据各组分的危险性及含量加以确定。如无可靠数据，应该根据单元实际操作过程中存在的最危险物质作为决定物质确定物质系数，计算单元可能的最大危险。

（3）一般工艺危险系数(F₁) 和特殊工艺危险系数(F₂)

一般工艺危险涉及 6 项内容，包括“放热化学反应”、“吸热反应”、“物料处理与输送”、“封闭单元或室内单元”、“通道”和“排放和泄漏控制”。根据各个单元的具体情况等到危险系数后，将各危险系数相加再加上基本系数“1”后即为一般工艺危险系数(F₁)。

特殊工艺危险涉及“毒性物质”、“负压操作”、“燃烧范围或其附近的操作”、“粉尘爆炸”、“释放压力”、“低温”、“易燃和不稳定物质的数量”、“腐蚀”、“泄漏”、“明火设备的使用”、“热油交换系统”、“转动设备”等 12 项危险影响因素。与一般危险工艺系数的求法类似，可得到特殊工艺危险系数（F₂）。

（4）计算工艺单元危险系数F₃

一般工艺危险系数F₁和特殊工艺危险系数F₂的乘积即为工艺单元危险系数F₃。单元危险系数F₃的数值范围为 1～8，超过 8 时按 8 计。

（5）确定火灾爆炸危险指数及其危险等级

火灾、爆炸危险指数 Famp;EI 代表了单元的火灾、爆炸危险性的大小，它由物质系数MF 与工艺危险系数F₃相乘得到，即火灾爆炸危险指数 Famp;EI=MF×F₃。

对照“Famp;EI 及危险等级”表可知该单元固有的危险等级。依次分为“最轻”、“较轻”、“中等”、“很大”、“非常大”五个等级。

（6）确定危害系数 DF

危害系数代表了发生火灾、爆炸事故的综合效应，根据物质系数 MF 和工艺危险系数F₃确定，通过查“单元危害系数计算图”可以得到对应的 DF。

（7）计算安全措施补偿系数 C

所有的危化企业都会针对自身的实际危险性采取一定的安全措施以降低自身的危险性。基于此，根据所采取的安全措施对单元的危险性给以修正。

（8）计算暴露面积

暴露区域是指单元发生火灾、爆炸时可能受到影响的区域。在道化学指数法中，假定影响区域是一个以被评价单位为中心的圆面积。用已计算出来的 Famp;EI 乘以 0.84 就可以得到暴露区域半径（单位英尺），并可由此计算暴露区域面积。

事实上发生火灾爆炸时其影响区域不可能是个标准的圆，但是这个圆的大小仍然可以大致表征影响范围的大小。具体划分暴露区域时还应考虑防火、防爆隔离等问题。

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