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1、道化学火灾、爆炸危险指数评估法 1 目 的美国道化学公司自 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。2
2、评价计算程序评价计算程序如下：火灾、爆炸危险指数评价法风险分析计算程序如图 1 所示。图 1 风险分析计算程序3 火灾、爆炸危险指数及补偿系数火灾、爆炸危险指数及补偿系数见表 1、表 2、表 3 及表 4。表 1 火灾、爆炸指数(FEI)表 4 DOW 方法计算说明 41 选择工艺单元确定评价单元：进行危险指数评价的第一步是确定评价单元，单元是装置的一个独立部分，与其他部分保持一定的距离，或用防火墙。定义：工艺单元工艺装置的任一主要单元。生产单元包括化学工艺、机械加工、仓库、包装线等在内的整个生产设施。恰当工艺单元在计算火灾、爆炸危险指数时，只评价从预防损失角度考虑对工艺有影响的工艺单元，简称
3、工艺单元。选择恰当工艺单元的重要参数有下列 6 个。一般，参数值越大，则该工艺单元就越需要评价。(1)潜在化学能(物质系数 )；(2)工艺单元中危险物质的数量；(3)资金密度(每平方米美元数 )；(4)操作压力和操作温度；(5)导致火灾、爆炸事故的历史资料；(6)对装置起关键作用的单元。选择恰当工艺单元时，还应注意以下几个要点：(1)由于火灾、爆炸危险指数体系是假定工艺单元中所处理的易燃、可燃或化学活性物质的最低量为 2268kg 或 227m 3，因此，若单元内物料量较少，则评价结果就有可能被夸大。一般，所处理的易燃、可燃或化学活性物质的量至少为 454kg 或 0454m 3，评价结果才有
4、意义。(2)当设备串联布置且相互间未有效隔离，要仔细考虑如何划分单元。(3)要仔细考虑操作状态( 如开车、正常生产、停车、装料、卸料、填加触媒等)及操作时间，对 F&EI 有影响的异常状况，判别选择一个操作阶段还是几个阶段来确定重大危险。(4)在决定哪些设备具有最大潜在火灾、爆炸危险时，可以请教设备、工艺、安全等方面有经验的工程技术人员或专家。42 物质系数的确定物质系数(MF)是表述物质在燃烧或其他化学反应引起的火灾、爆炸时释放能量大小的内在特性，是一个最基础的数值。物质系数是由美国消防协会规定的 NF、N R(分别代表物质的燃烧性和化学活性) 决定的。通常，N F 和 NR 是针对正常温度
5、环境而言的。物质发生燃烧和反应的危险性随着温度的升高而急剧加大，如在闪点之上的可燃液体引起火灾的危险性就比正常环境温度下的易燃液体大得多，反应的速度也随着温度的升高而急剧加大，所以当温度超过 60，物质系数要修正，其内容见物质系数修正表。附表中提供了大量的化学物质系数，它能用于大多数场合。附表中未列出的物质，其 NF、N R 可以根据 NFPA325M 或 NFPA49 加以确定，并依照温度修正后，由表 97 确定其物质系数。对于可燃性粉尘而言，确定其物质系数时用粉尘危险分级值(Sc)而不是 NF。1)表外的物质系数在求取附表、NFPA49 和 NFPA325 中未列出的物质、混合物或化合物的
6、物质系数时，必须确定其可燃性等级(N F)或可燃性粉尘等级(St)，必须首先确定有表 5 左栏中的参数，液体和气体的 NF 由闪点求得，粉尘或尘雾的 St 值由粉尘爆炸试验确定。可燃固体的 NF 值则依其性质不同在表 5 左栏中分类标示。表 5 物质系数取值表 物质、混合物或化合物的反应性等级 NR 根据其在环境温度条件下的不稳定性( 或与水反应的剧烈程度)，按 NFPA704 确定。N R=0：在燃烧条件下仍保持稳定的物质，通常包括以下物质：不与水反应的物质；在温度300500时用差热扫描量热计(DSC)测量显示温升的物质；用 DSC 试验时，在温度500时不显示温升的物质。N R=1：稳定
7、，但在加温加压条件下成为不稳定的物质，一般包括如下物质：接触空气、受光照射或受潮时发生变化或分解的物质；在150300时显示温升的物质。N R=2：在加温加压条件下发生剧烈化学变化的物质：用 DSC 做试验，在温度150时显示温升的物质；与水剧烈反应或与水形成潜在爆炸性混合物的物质。N R=3：本身能发生爆炸分解或爆炸反应，但需要强引发源或引发前必须在密闭状态下加热的物质：加温加热时对热机械冲击敏感的物质；加温加热时或密闭，即与水发生爆炸反应的物质。N R=4：在常温常压下易于引爆分解或发生爆炸反应的物质。注意：反应性包括自身反应性(不稳定性) 和与水反应性。物质的 NR 指标由差热分析仪(D
8、TA) 或差示扫描量热计(DSC)分析其温升的最低峰值温度来判断，按表 6 分类：几个附加限制条件是：(1)若该物质为氧化剂，则 NR 再加 1(但不超过 4)；(2)对冲击敏感性物质，NR 为 3 或 4；(3)如得出的 NR 值与物质的特性不相符，则应补做化学品反应性试验。一旦求出并确定 NF、N R，就可以用表 5 确定物质系数。 2)混合物工艺单元内混合物物质应按“在实际操作过程中所存在的最危险物质”原则来确定。发生剧烈反应的物质，如氢气和氯气在人工条件下混合、反应，反应持续而快速，生成物为非燃烧性、稳定的产物，则其物质系数应根据初始混合状态来确定。混合溶剂或含有反应性物质溶剂的物质系
9、数，可通过反应性化学试验数据求得；若无法取得时，则应取组分中最大的 MF 作为混合物 MF 的近似值(最大组分浓度5)。对由可燃粉尘和易燃气体在空气中能形成爆炸性的混合物，其物质系数必须用反应性化学品试验数据来确定。3)烟雾易燃或可燃液体的微粒悬浮于空气中能形成易燃的混合物，它具有易燃气体空气混合物的一些特性。易燃或可燃液体的雾滴在远远低于其闪点的温度下，能像易燃蒸汽空气混合物那样具有爆炸性。因此，防止烟雾爆炸的最佳有效防护措施是避免烟雾的形成，特别是不要在封闭的工艺单元内使可燃液体形成烟雾。如果会形成烟雾，则需将物质系数提高 1 级，并请教有关专家。4)物质系数的温度修正如果物质闪点小于 6
10、0或反应活性温度低于 60，则该物质系数不需要修正；若工艺单元温度超过 60，则对 MF 应作修正，见表 7。43 工艺单元危险系数(F 3)工艺单元危险系数(F 3)包括 般工艺危险系数(F 1)和特殊工艺危险系数 (F2)，对每项系数都要恰当地进行评价。计算工艺单元危险系数(F 3)中各项系数时，应选择物质在工艺单元中所处的最危险的状态，可以考虑的操作状态有：开车、连续操作和停车。计算 F&EI 时，一次只评价一种危险，如果 MF 是按照工艺单元中的易燃液体来确定的，就不要选择与可燃性粉尘有关的系数，即使粉尘可能存在于过程中的另一段时间内。合理的计算方法为：先用易燃液体的物质系数进行评价，
11、然后再用可燃性粉尘的物质系数评价，只有导致最高的 F&EI 和实际的可能的最大财产损失的计算结果才需要报告。一个重要的例外是混合物，如果某种混杂在一起的混合物被视作最高危险物质的代表，则计算工艺单元危险系数时，可燃性粉尘和易燃蒸气的系数都要考虑。一般工艺危险性一般工艺危险是确定事故损害大小的主要因素，共有 6 项。根据实际情况，并不是每项系数都采用，各项系数的具体取值参见以下方面：1)放热化学反应若所分析的工艺单元有化学反应过程，则选取此项危险系数，所评价物质的反应性危险已经为物质系数所包括：(1)轻微放热反应的危险系数为 03，包括加氢、水合、异构化、磺化、中和等反应。(2)中等放热反应系数
12、为 05，包括：烷基化引入烷基形成各种有机化合物的反应；酯化有机酸和醇生成酯的反应；加成不饱和碳氢化合物和无机酸的反应，无机酸为强酸时系数增加到 075；氧化物质在氧中燃烧生成 CO2，H 2O 的反应，或者在控制条件下物质与氧反应不生成 CO2，H 2O 的反应，对于燃烧过程及使用氯酸盐、硝酸、次氯酸、次氯酸盐类强氧化剂时，系数增加到 100；聚合将分子连接成链状物或其他大分子的反应；缩合两个或多个有机化合物分子连接在一起形成较大分子的化合物，并放出 H2O 和 HCl 的反应。(3)剧烈反应指旦反应失控有严重火灾、爆炸危险的反应，如卤化反应，取 100。(4)特别剧烈的反应，系数取 125
13、，指相当危险的放热反应。2)吸热反应反应器中所发生的任何吸热反应，系数均取 025。(1)煅烧加热物质除去结合水或易挥发性物质的过程，系数取为 040。(2)电解用电流离解离子的过程，系统为 020。(3)热解或裂化在高温、高压和触媒作用下，将大分子裂解成小分子的过程，当用电加热或高温气体间解加热时，系数为 020；直接火加热时，系数为 04。3)物料处理与输送本项目用于评价工艺单元在处理、输送和贮存物料时潜在的火灾危险性。(1)所有类易燃或液化石油气类的物料在连接或未连接的管线上装卸时的系数为 05。(2)采用人工加料，且空气可随时加料进入离心机、间歇式反应器、间歇式混料器设备内，并且能引起
14、燃烧或发生反应的危险，不论是否采用惰性气体置换，系数均取 05。(3)可燃性物质存放于库房或露天时的系数为：对 NF=3 或 NF=4 的易燃液体或气体，系数取 085 ，包括桶装、罐装、可移动挠性容器和气溶胶罐装；对表 97 中所列 NF=3 的可燃固体，系数取 05；对表中所列 NF=2 的可燃性固体，系数取 04；对闭杯闪点大于 378并低于 60的可燃性液体，系数取 025。若上述物质存放于货架上且未安设洒水装置时，系数要加 020，此处考虑的范围不适合于一般贮存容器。4)封闭单元或室内单元处理易燃液体和气体的场所为敞开式，有良好的通风，以便能迅速排除泄漏的气体和蒸气，减少了潜在的爆炸
15、危险。粉尘捕集器和过滤器也应放置在敞开区域并远离其他设备。封闭区域定义为有顶且三面或多面有墙壁的区域，或无顶但四周有墙封闭的区域。封闭单元内即使专门设计有机械通风，其效果也不如敞开式结构，但如果机械通风系统能收集所有的气体并排出去的话，则系数可以降低。系数选取原则如下：(1)粉尘过滤器或捕集器安置在封闭区域内时，系数取 050。(2)在封闭区域内，在闪点以上处理易燃液体时，系数取 03；如果处理易燃液体量4540kg，系数取 045 。(3)在封闭区域内，在沸点以上处理液化石油气或任何易燃液体量时，系数取 06；若易燃液体的量大于 4540k8，则系数取 090。(4)若已安装了合理的通风装置时，(1)、(3) 两项系数减 50。5)通道生产装置周围必须有紧急救援车辆的通道， “最低要求”是至少在两个方向上设有通道，选取封闭区域内主要工艺单元的危险系数时要格外注意。至少有一条通道必须是通向公路的，火灾时消防道路可以看做是第二条通道，设有监控水枪并处于待用状态。整个操作区面积大于 925m2，且通道不符合要求时，系数为 035；整个库区面积大于 2315m2，且通道不符合要求时，系数为 035。面积小于上述数值时，要分析它对通道的要求。如果通道不符合要求，影响消防时，系数取 020。6)排放和泄漏控制此项内容是针对大量易燃、可燃液体溢出危及周围设备的情况，不合理的排放设计已成为造成
