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農(nóng)藥生產(chǎn)線的安全狀況評價和環(huán)境風(fēng)險評估研究

文檔作者：魏剛陳立新文檔來源： 1蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)工程學(xué)院 2江山農(nóng)藥化工有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2020年12月08日
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Study on safety assessment and environmental risk assessment of pesticide production line
魏剛’陳立新
(1蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)工程學(xué)院，甘肅蘭州730060；
2江山農(nóng)藥化工有限公司，江蘇南通226006)
摘要：針對農(nóng)藥廠新生產(chǎn)線上的安全性分析，采用物質(zhì)危險特性辨識，單元危險度排序，關(guān)鍵單元HAZOP分析，
重點隱患的故障樹定性和定量分析等四種方法對新農(nóng)藥生產(chǎn)線作了相應(yīng)的安全分析研究，給出了相應(yīng)的安全對策 同時用
三種環(huán)境評估模型對生產(chǎn)過程中泄漏事件中毒云的釋放和分散作了進一步檢查，分析結(jié)果證明，隱患的存在對工廠和周邊
環(huán)境的人員的風(fēng)險水平在可控范圍內(nèi)。
關(guān)鍵詞：安全分析；風(fēng)險評估；農(nóng)藥；有毒云擴散
Abst ract：Aimed at the pesticide factory new production line．The analysis was based on four different methods(The
identification of hazardous properties of substances&amp;amp; Relative ranking &amp;amp; HAZOP analysis of the key unit&amp;amp; Using the fault tree
method to make qualitative and quantitative analysis of the hidden trouble)，in a way that every part of the new line was investigated．
The eventual incidents identified by this analysis were further examined with regard to their consequences using three diferent
sim ulation models for the release and dispersion ofthe resultant toxic cloud．This analysis has proven that the risk level for the pe~onnel
of the factory and the surroundings is acceptable．
Keywords：safety analysis；risk assessm ent；pesticides；toxic cloud dispersion
中圖分類號：X45$481文獻標識碼：B文章編號：1003—8965(2017)06—0079—05
化學(xué)工業(yè)過程存在許多的安全隱患，由于化學(xué)物質(zhì)的
不安定性、人的失誤以及環(huán)境因素的影響，隱患會演變?yōu)?
事故，事故的發(fā)生會影響到人、環(huán)境或工業(yè)生產(chǎn)過程本身。
負責(zé)工業(yè)過程安全的工程師的職責(zé)在于確保各種隱患不致
導(dǎo)致這些事故發(fā)生，或使事故發(fā)生的后果降低到更小的程
度。
為了達到這種安全目標，就必須理解并辨識每一種安
全隱患所關(guān)聯(lián)的物質(zhì)的危險特性和每個單元操作過程的危
險性，明確事故發(fā)生的機理。評估可能發(fā)生的事故對人、
環(huán)境、工業(yè)生產(chǎn)過程造成危害的嚴重程度。
為了預(yù)防事故的發(fā)生，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程的本質(zhì)安全
化，就需要確定實現(xiàn)本質(zhì)安全化的所有必要條件，盡力滿
足這些條件使危險的發(fā)生變得不可能或極為不可能。為了
完成這一步，必須首先收集該單元有關(guān)的所有可靠的安全
數(shù)據(jù)；同時，也不應(yīng)忽視被動安全，即在事故發(fā)生后保證
能激活所有保護系統(tǒng)和安全系統(tǒng)。
隨著人們對安全生產(chǎn)的重視程度的不斷提高，每年發(fā)
生的事故數(shù)量有所下降，但一再發(fā)生的嚴重事故，每次造
成的損失大幅度增加。這一點在對于那些教育和培訓(xùn)欠發(fā)
達地區(qū)尤其如此。盡管人們?yōu)榉乐构I(yè)事故發(fā)生作出了許
多不懈的努力，但不時出現(xiàn)的掩蓋真相的消極態(tài)度卻導(dǎo)致
了危險事件的一再發(fā)生。特別是農(nóng)藥廠所面臨的危險不僅
是由于農(nóng)藥本身的高毒性，而且來自于同等危險的燃燒性，
以及它們生產(chǎn)或配方中使用的極易燃溶劑。
1安全評價過程說明
針對農(nóng)藥廠新產(chǎn)品生產(chǎn)線的安全分析和風(fēng)險評估研
究。本課題所作出的安全評價的步驟如圖1所示。重點做
如下安全分析。
對過程定義和描述
物質(zhì)特性分析
=== 二
過程操作單元劃分
二二二 二二二
關(guān)鍵單冗危 辨識
． ． ． 。 ． ． ． ． ． ． ． ．!I ．．．． ．．一
分析事故的f玎能性
藏點分析斑 玎能發(fā)生的事敞的可能性
對铘個攀敞作結(jié)瓣評估
==== ====
每個事故嚴重鷹評估
用摸側(cè)法對拳故結(jié)糶作危險性分析
蜜壘評價結(jié)果I丁以接受哪?
蜜壘詳價結(jié)糶苜r以接受嗎?
有必饕對過穩(wěn)分析做額外的撼施嗎?
鼴瘊棱準過程安全，給出評價結(jié)果
圖1新產(chǎn)品生產(chǎn)過程安全分析邏輯圖
1)用相對風(fēng)險等級排序法?對所有操作單元進行風(fēng)
險程度排序，確定出關(guān)鍵單元；
2)關(guān)鍵單元風(fēng)險識別；
3)跑冒滴漏造成的可能的危險性分析；
4)定性危險性分析 ；
基金項目：甘肅省財政廳專項資金(甘財教2013116)
79
表1生產(chǎn)過程中所涉及物質(zhì)的特性
物質(zhì) 易燃性 毒性 腐蝕性 穩(wěn)定性 遇水分解性
鹽酸肼 否 較大 弱 穩(wěn)定 否
酰氯A 可燃 大 強 穩(wěn)定 易分解
酰氯B 可燃 大 強 穩(wěn)定 易分解
Na0H 否 中等 強 穩(wěn)定
溶劑 易燃 較大 無 穩(wěn)定 否
漿液 易燃 弱 無 穩(wěn)定 否
5)定量危險性分析
6)危險后果評價
圖2農(nóng)藥生產(chǎn)線工藝流程圖
如圖2所示，某農(nóng)藥廠新生產(chǎn)線由五個生產(chǎn)單元組成。
包括：第1單元一?；扰渌图坝嬃?，第2單元一第一
烷基化單元，第3單元一第二烷基化單元，第4單元一
結(jié)晶單元，第5單元一溶劑蒸餾回收單元。每個單元包括
其相應(yīng)的泵和該裝置中每種物質(zhì)的儲存罐，所有管道都是
由與它們轉(zhuǎn)移的物質(zhì)相容的材料制成的。所有設(shè)備都配有
自動控制和安全部件(如防爆膜和安全閥)，以便在壓力
增加的情況下盡量減少設(shè)備損壞。裝置控制采用集成控制
的方法。
2物質(zhì)的危險性分析
在安全分析的開始階段，必須識別生產(chǎn)過程中使用的
每種物質(zhì)的特性(如原料、中間體或最終產(chǎn)品、催化劑或
雜質(zhì)等)。每種物質(zhì)參照其化學(xué)品安全說明書的相關(guān)規(guī)范，
找到安全分析的所有數(shù)據(jù)。每一種物質(zhì)的全方位的潛在風(fēng)
險可以從易燃性、毒性、腐蝕性和反應(yīng)性等角度加以說明。
同時必須考慮這些物質(zhì)遇到水時的不穩(wěn)定性。
80
表1中列舉了生產(chǎn)過程中存在的物質(zhì)及其特征。從中
可以看出，具有較高燃爆風(fēng)險的物質(zhì)是溶劑和反應(yīng)淤漿，
而酰氯具有強的毒性以及與水的高反應(yīng)性，酰氯與水導(dǎo)致
有毒有害的氯化氫的生成，同a,-j-y．是放熱反應(yīng)，所以多重
危險性是疊加出現(xiàn)的。
3生產(chǎn)單元的安全分析
3．1生產(chǎn)單元相對風(fēng)險等級排序
首先，對于生產(chǎn)流程中每一單元使用相對風(fēng)險排序法
確定各單元風(fēng)險等級。根據(jù)每個單元的火災(zāi)、爆炸、毒性
和一般風(fēng)險等四個基本的風(fēng)險特性對各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的風(fēng)險
種類和等級的屬性進行歸因。對生產(chǎn)過程中的安全等級作
出準確描述。根據(jù)計算的結(jié)果對每一個單元的危險性加以
分級。危險等級的計算取決生產(chǎn)過程中每個單元的物質(zhì)特
性、操作方式、操作條件和人為因素。在上述風(fēng)險級別中，
具有相當(dāng)高危險等級的單元需進行分析，做進一步的安全
審查。
確定操作單元風(fēng)險等級的方法很多，其中最著名的是
道化學(xué)公司火災(zāi)爆炸危險指數(shù)評價法和英國lCI公司蒙德
法 。這里根據(jù)蒙德法計算各單元的危險特性和指數(shù)(如
表2所示)。顯然，這個過程的唯一關(guān)鍵單元是單元1(酰
氯的供應(yīng)和儲存)。
3．2關(guān)鍵單元的危險性與可操作性分析(HAZOP)
危險性與可操作性分析 是識別生產(chǎn)過程中每一單
元危險性的分析方法。分析過程旨在非常詳細地檢查每一
個單元的儲罐、反應(yīng)器、管線、泵等所有設(shè)備的危險所在
和危險的可控性，同時考慮檢查所有的安全保護和警報儀
器。這個分析通常需要花費大量的時間。這就是在分析之
前必須進行單元相對危險性排序的原因之一。
通過對關(guān)鍵單元做HAZOP分析后發(fā)現(xiàn)了不同類型的
危險可能產(chǎn)生以下7種可能的故障：
1)原料罐損毀
2)原料運輸槽車損毀
3)原料運輸槽車損毀導(dǎo)致火災(zāi)爆炸
4)水滲入罐內(nèi)導(dǎo)致HCI氣體的形成
5)儲存和生產(chǎn)過程管線、閥門、泵等處的泄漏(酸
表2生產(chǎn)單元相對危險性度分析排序
單元序號 1 2，3 4 5
酰氯輸送及儲存 第一、第二烷基化 結(jié)晶 蒸餾及溶劑回收
單元名稱
指標 危險程度 指標 危險程度 指標 危險程度 指標 危險程度
綜合危險指數(shù)D 181．6 災(zāi)難性 175．7 災(zāi)難性 123 9 很極端 1 1O 5 極端的
火災(zāi)負荷系數(shù)F 73800 低的 61 500 低 46857 輕 164OO 輕
裝置內(nèi)部爆炸指數(shù)E 3 0 中等 3 O 中等 3 1 中等 3 O 中等
氣體爆炸指數(shù)A 21 5 低 25 9 低 1 5．O8 低 15 36 低
單元毒性指數(shù)U 3 8 中等 2 28 低 2．1 低 2 O 低
主毒性事故指數(shù)C 19O 6 中等 91 2 中等 85 5 中等 48 42 低
總危險度R 954 3 755 8 392 1 中等 246 9 中等
塞墮墨 壅 f
性氯化物)
6)酰氯蒸氣泄漏
7)因超載導(dǎo)致產(chǎn)品泄漏(酸氯化物)。
表3事故樹法故障概率計算結(jié)果
可能故障代碼 發(fā)生概率 > 10一
1 3．0 X10 否
2 9 8×1O 否
3 2 0 X10 否
4 8．4 X 10。 否
5 1．9×10 否
6 2 0 X1O 否
7 1 8 X 10
這7種安全隱患發(fā)生的概率是多少，導(dǎo)致事故的誘因
是什么?需要用故障樹分析法加以確定。
3．3故障樹分析(FTA)
HAZOP分析作為一種定性的安全分析的方法，可以
識別可能發(fā)生的意外事件的種類。用FTA方法 可以從
中確定事故發(fā)生的概率。首先對具體事故過程建立故障樹，
找到造成事故的基本事件和基本事件發(fā)生的概率。由于每
一個事故，使用布爾代數(shù)的簡單的規(guī)則可以計算每個事故
的概率。前面第1單元用HAZOP確定7種事故的概率用
故障樹計算出各個事故的概率法列于表3之中，從中可以
看出超載和HCI生成導(dǎo)致的產(chǎn)品泄漏是概率最高的隱患。
而事故的誘因來自于LAH的故障或錯誤指示以及水滲入
儲罐或反應(yīng)體系。事故7的故障樹法計算方法如圖3所示。
圖3由于超負荷導(dǎo)致酰氯儲罐泄漏的故障樹
分析和事故率計算
3．4安全分析結(jié)果
以上通過用蒙德法排序的結(jié)果可以看出，酰氯的輸送
和儲存單元風(fēng)險等級最高。用HAZOP分析法確立了導(dǎo)致
1單元危險性的誘因有7條，用事故樹分析這些事故誘因
可知，發(fā)生概率最大的安全隱患是：因超載導(dǎo)致原料泄漏
事件。對于其它單元的安全隱患也可以用同樣的方法找到
造成單元危險的最基本事件和概率。然后提出安全對策。
針對農(nóng)藥廠新生產(chǎn)上的實際生產(chǎn)狀況，從表2中可以
看出，各生產(chǎn)單元的安全風(fēng)險依然比較高，依據(jù)以上分析
得出的結(jié)果，用蒙德法的基本方法，從4個方面對生產(chǎn)過
程作出安全安全補償措施。
3．4．1容器補償
在強化壓力容器及配管系統(tǒng)的安裝標準，以減少或消
除危險性以外，還采用以下措施。
1】壓力容器安裝安全閥，防爆片等安全附件，并通
過管線排至事故槽，氣體排放部分通火炬，必要時安全附
件設(shè)置冗余。
2)過濾器水洗管與原料儲罐問設(shè)置盲板阻斷。自動
控制閥設(shè)置旁路。
3)設(shè)置事故排放槽，生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)置防護堤
4)設(shè)置泄漏檢測和報警系統(tǒng)。
3 4．2工藝管理方面
1)設(shè)置可靠的安全報警和物料自動切斷系統(tǒng)，配備
應(yīng)急電源，隨時能在異常條件下為必要的管理、操作供給
足夠的電力。
2)易發(fā)生過熱的反應(yīng)、放熱系統(tǒng)配備必要的冷卻系統(tǒng)。
也可配備惰性氣體稀釋保護系統(tǒng)。
3)加強防腐蝕管理。
3．4．3安全培訓(xùn)及安全文化
1)提高全體管理者和員工的安全認知并認真執(zhí)行高
標準的安全措施。
2)對所有人員(包括裝置以外的操作人員、輔助人
員及外承包人員等)都進行有計劃的定期安全培訓(xùn)。
3)在維修或變更裝置時能嚴格遵守審批的作業(yè)操作
規(guī)程，創(chuàng)建有序的企業(yè)安全文化。
3．4．4防火和消防措施
1)設(shè)置必要的防火安全間距或防火墻，以便在火情
下控制燃燒區(qū)域，降低損失。
2)生產(chǎn)場所配備必要的滅火器，消防水供給，噴水
設(shè)備、灑水機及水槍系統(tǒng)，且能覆蓋生產(chǎn)區(qū)域所有的裝置
區(qū)域和高度。
3)消防水排污水池或污水處理廠，以免造成河流水
體和環(huán)境污染。
通過以上的安全補償措施，生產(chǎn)各單元的危險度如表
4所示。
4泄漏擴散和環(huán)境風(fēng)險評估
這里將用三種模型軟件模擬有毒云擴散形態(tài)，進一步
分析了可能產(chǎn)生HCI氣體的酸氯泄漏事故：
這三款軟件分別是DERISP Knowrisk(由意大利環(huán)境
部提供)， PHAST(工藝危害分析和篩選工具，由英國
技術(shù)有限公司提供)和DEGADIS+(由雅典理工大學(xué)提供)。
DERISP Knowrisk模型綜合考慮了瞬間泄漏過程的泄漏總
量、有毒成分的濃度、風(fēng)速、泄漏的擴散面積，并據(jù)此計
算了立即危害生命健康的濃度(1DLH)和健康關(guān)注濃度
(LOC) 所涉及的泄漏擴散距離。PHAST模型綜合考
慮了連續(xù)泄漏過程總泄漏量、有毒成分的濃度、風(fēng)速、地
表粗糙度、溫度和空氣濕度，并據(jù)此計算出緊急響應(yīng)計劃
指南閾限值所對應(yīng)的安全距離。DEGADIS+模式適用的場
合是擴散氣體比空氣重，考慮了泄漏總量，風(fēng)的速度和方
81
l 墮墨 壅
表4安全補償后各生產(chǎn)單元風(fēng)險狀況
單元序號 1 2 3 4 5
酰氯輸送及儲存 第一、第二烷基化 結(jié)晶 蒸餾及溶劑回收
單元名稱
指標 危險程度 指標 危險程度 指標 危險程度 指標 危險程度
綜合危險指數(shù)D1 43．2 中等 40．7 中等 35 5 輕度 33 4 輕度
火災(zāi)負荷系數(shù)F1 51 252 低 4271O 輕 39370 輕 13780 輕
裝置內(nèi)部爆炸指數(shù)E1 O．89 低 O 99 低 1 16 低 1 32 低
氣體爆炸指數(shù)A1 9 8 輕 1 1 2 低 7 7 輕 8 25 輕
總危險度R1 99 7 低 83 1 低 66 2 低 51．8 低
向、地表表面粗糙度、溫度、壓力和空氣濕度并據(jù)此計算
出任何擴散距離處毒性濃度。
酰氯化合物的水解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，按下列反應(yīng)原理
放出HCI氣體：
RCOCI+H2O— RCOOH+HCI
如果知道原料輸送泵的體積流量，就可以很容易地
計算出總泄漏量。如果體積流量是1 0 m。／h。人類反應(yīng)所
需的時間(包括報警激活，關(guān)閉泵)是90秒。此時的泄
漏量是O．25 m。的?；取ｕ；華的分子量為168 kg／
kmol，密度為1150 kg／m。(數(shù)據(jù)來自供應(yīng)商提供的物質(zhì)
化學(xué)安全技術(shù)說明書)。
表5環(huán)境評估所使用的數(shù)據(jù)
參數(shù) 數(shù)值
大氣壓穩(wěn)定度 D／F
風(fēng)速 1．5m／s
風(fēng)向 13O。
表面粗糙度 0 1
環(huán)境溫度 300K
環(huán)境壓力 1 atm
相對濕度 70％
總泄漏量 25kg
濃度 10O％
關(guān)注濃度LOC 15ppm
毒性終點TEP 30ppm
立即危害生命健康濃度IDLH 1 50 ppm
緊急響應(yīng)計劃指南ERPG I 3ppm
緊急響應(yīng)計劃指南ERPG lI 20ppm
緊急響應(yīng)計劃指南ERPG? 150 ppm
從反應(yīng)的動力學(xué)數(shù)據(jù)得知，在90秒內(nèi)，只有40％
的現(xiàn)有酰氯與水反應(yīng)生成HCI氣體。因此產(chǎn)生的HCI量為
24．6 kg。在模型計算時，作為輸入數(shù)據(jù)略高一些(25kg)。
82
如果企業(yè)加強了管理和有效培訓(xùn)，正常情況下人類反
應(yīng)的時間是非?？斓模鲜鲇嬎懔窟m用于通常最遲緩的事
故應(yīng)對情況。為了防止酰氯與水發(fā)生反應(yīng)，儲罐設(shè)置了防
水保護裝置，所以不考慮雨水的安全隱患，只考慮了儲罐
超載和違章操作時反洗水進入儲罐和反應(yīng)系統(tǒng)的可能性。
此外，該行業(yè)的內(nèi)部管理規(guī)定要求每天檢查儲罐狀況，并
在每次供料開始前必須檢查。因此，在事故發(fā)生，最壞的
應(yīng)對情況下。此應(yīng)用程序中使用的數(shù)據(jù)如表5所示。
E R PG (Em e rg e n cY Re s Po n se PI a n nl n a
Guidelines)，意思是：緊急響應(yīng)計劃指南
用三種模型對環(huán)境安全的評價結(jié)果如表6所示。顯然，
對于該體系來說，適宜的模型是DEGADIS+，因為此模型
針對比空氣重的氣體，同時還考慮許多數(shù)據(jù)，如風(fēng)向、環(huán)
境壓力等，而其他模型則考慮角度不同或與本體系特性有
偏差。根據(jù)氣象數(shù)據(jù)，最常見的Pasquill氣壓等級為D類，
只有在夜間和沒有物料輸送時為F類。
DEGAD1S+模型：
外圈一LOC濃度15ppm，
中囤一毒性終點濃度30ppm，
內(nèi)圈一立即危及生命和健康濃度I5I)ppm
圖4 Pasqqui lI壓力等級為F時不同濃度
控制邊界毒云擴散距離
表6最壞風(fēng)險狀況下。三種環(huán)境風(fēng)險模型確定的L00、IDLH、EGPR距離(單位m)
HCI泄漏量 Pasquill氣壓等級 模型 LOC IDLH EGPR 1 EGPR Il EGPR?
DERISP 1 14 35
DEGAD『S+ 462 1 51
25kg D
PHAST 41 7 141 61
DEGADlS+ 736 182
望墨 塑 f
將DEGADIS+模型計算的結(jié)果在圖4中表示出重點
考察的風(fēng)險區(qū)域。擴散起點是農(nóng)藥廠的泄漏點。三個實心
圓分別表示在風(fēng)向作用下，IDLH150 pprn濃度處，毒性
終點值30 ppm處和職業(yè)接觸限值15 ppm 處，從內(nèi)到外
最遠的擴散距離。如圖中所示，即使附近的路面可能受到
高危險濃度(IDLH)毒云的影響，因為擴散的毒物比空
氣重，所以附近的城市沒有受到有毒云擴散的威脅，這就
限定工廠附近O 5公里內(nèi)不能有其它企業(yè)或居民區(qū)。
5結(jié)語
農(nóng)藥廠新生產(chǎn)線的安全操作和環(huán)境評價結(jié)果如下：
1)生產(chǎn)線上只有一個生產(chǎn)單元(酰氯供應(yīng)和儲存單元)
的相對風(fēng)險排序風(fēng)險等級高，用HAZOP分析發(fā)現(xiàn)，存在
7個方面的安全隱患并可導(dǎo)致事故風(fēng)險。
2)用HAZOP分析法分析第1單元7種可能發(fā)生的
事故。用同樣的方法對第7單元做了相應(yīng)的分析，沒有發(fā)
現(xiàn)任何嚴重的危險。隨后對第1單元的七種事故用事故樹
法進行了定量檢查，以便找出最有可能發(fā)生的事故。
3)利用事故樹分析法對事故進行定量分析。計算出
每一次事故的概率大于1 X 10 次／年。定性為“可能”。
在這個案例中只有一個事故的可能性較大，那就是由于超
載和形成HCI氣體造成產(chǎn)品泄漏，其概率是1．7×10 次
／年。
4)用DERISP、PHAST、DEGADIS+仿真模型模擬
毒云擴散，結(jié)果表面毒云的立即生命健康危害閾值lDLH
和職業(yè)場所濃度限值LOC被限制在企業(yè)生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)，而
對環(huán)境和周邊地區(qū)不造成事件性危險。
5)根據(jù)評價結(jié)果，企業(yè)已啟動了所有必要的安全設(shè)施，
以防止事故發(fā)生和保護人員和環(huán)境安全，并以此方式減少
了生產(chǎn)過程中的事故發(fā)生次數(shù)和事故嚴重程度。
參考文獻
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(上接第53頁)
比的分層度一樣，其它方案的測試結(jié)果均有不同程度偏差。
3)廢棄混凝土粉替代比例為10％ 時，干混砂漿的保
水性良好，隨著替代比例的增加，干混砂漿的保水性有所
下降，但是依然達到了90％ 以上，滿足干混砂漿的基本
性能指標要求。
4)隨著廢棄混凝土粉摻量的增加，干混砂漿試樣的
凝結(jié)時間減少越多，凝結(jié)時間縮短，有利于加快施工進度。
5)將廢棄混凝土進行回收利用，進行研磨破碎能夠
制備出與砂的級配相匹配的再生集料，可以代替天然砂作
為干混砂漿的配料，而且廢棄混凝土粉摻量為20％ 時，
干混砂漿的工作性整體達到最佳效果。
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