基于ICI蒙德法的氟化企业生产装置毒性危险性定量分析_陈淋.pdf

2023 年 第 1 期 化学工程与装备 2023 年 1 月 Chemical Engineering&Equipment 239 基于基于 ICIICI 蒙德法蒙德法的氟化企业生产的氟化企业生产装置装置 毒性毒性危险性危险性定量分析定量分析 陈 淋（福州正先安全科技咨询服务有限公司，福建 福州 350000）摘摘 要要：氟化企业生产过程中会产生氟化氢等高毒物质，如若处置防范不当，易发生中毒事件，影响企业的安全生产。通过 ICI 蒙德法毒性评价指标对氟化企业生产装置进行定量分析，得到氟化企业生产装置原始危险等级以及影响危险等级的重要因素，进而为生产过程中控制安全风险和采取安全措施提供重要参考。关键词关键词：氟化企业；氟化氢；蒙德法 引引 言言 氟化企业的生产中离不开氟化反应，氟化反应是一个放热过程，一般都在较高温度下进行氟化，所用原料大多具有燃爆危险性、毒性或腐蚀性，特别是中间产品氟化氢为高毒物品，在生产、储存、运输及使用过程中若处理不当都有可能引发恶性中毒事件。蒙德指数评价法用于氟化企业生产装置的危险性评价，主要从毒性方面对氟化企业生产过程中产生的氟化氢进行安全评价和安全措施补偿，从而确定如何采取更加有效的安全措施。1 1 氟化氢危险性辨识氟化氢危险性辨识 1.1 氟化氢的理化性质 氟化氢（HF）常态下是一种无色、有刺激性气味的高毒气体，易溶于水、与水无限互溶形成氢氟酸，氟化氢有吸湿性，在空气中吸湿后“发烟”。氟化氢不可燃，但与一些物质（如钠、氧化钙、硝酸甲酯、氯酸钠等）混合接触时有危险性。氟化氢是基础化工产品，无水氟化氢是电解制造单质氟的原料。图图 1 1 ICIICI 蒙德法计算工序图蒙德法计算工序图 安全与环保安全与环保 DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.01.038240 陈 淋：基于 ICI 蒙德法的氟化企业生产装置毒性危险性定量分析 1.2 氟化氢的中毒危险性 氟化氢具有强腐蚀性，强氧化性。氟化氢气体或无水液体接触皮肤会造成疼痛难忍的深度皮肤灼伤，氟化氢气体会刺激灼伤眼睛、皮肤及呼吸系统，可能造成骨质硬化。长期处于弱氟化氢环境，也会产生腐蚀和氧化现象，从而伤害人体组织。2 2 蒙德法的评价程序及应用蒙德法的评价程序及应用 2.1 蒙德法的评价程序 1974 年英.国帝国化学工业公司(ICI)蒙德部在现有装置及计划建设装置的危险性研究中，对道化学公司火灾、爆炸危险性指数评价法在必要的几方面做了重要改进和补充。增加了毒性的概念和计算；发展了某些补偿系数；增加了几个特殊工程类型的危险性；能对较广范围内的工程及储存设备进行研究1。他的主要评价程序如图 1 所示。2.2 蒙德法在氟化企业生产装置中的应用 2.2.1 评价原则的确定 根据 ICI 蒙德指数评价法划分评价单元的原则：一是布置上的相对独立性，二是工艺上的不同性，确定以工程的重大危险源“储罐区”为毒性事故风险定量评价的单元，氟化氢为被评价物质。2.2.2 评价单元的主要参数 2.2.2.1 毒性的危险性系数 T 的确定 毒性的危险性系数是关于毒性危险性的相对评分。评价方法规定共考虑五项内容。与氟化氢有关的评价内容取系数情况分述如下。T 是有关的评价内容所取系数的和。（1）TLV 值 氟化氢毒性强，工作场所空气中氟化氢的最高容许浓度(按氟计)为 2mgm3。但评价技术守则规定的取系数依据是TLV(时间加权平均容许浓度)，所以参照 ACGIH(美国政府工业卫生学家会议)生产环境化学物质阈限值，氟化氢 TLV=2.5mgm3，取系数 75。（2）物质的类型 在正常生产的条件下，单元内的氟化氢以液化气体的状态存在。系数用 50。（3）物理因素 储罐内的氟化氢以低温形式储存，系数用 75。（4）毒性的危险性系数 T 的计算 根据以上评价结果，单元的 T=75+75+50=200。2.2.2.2 特殊物质的危险性系数 M 的确定 特殊物质危险性系数M与所评价的特定单元内物质使用环境有关。评价技术守则规定的10 项评价因素，与氟化氢均无关，所以本项危险性系数 M 为0。2.2.2.3 一般工艺危险性系数 P 的确定 这类危险性与单元内进行的工艺操作的基本类型有关，评价方法共考虑 6 种情况。本评价涉及的有关内容取系数情况分述如下。P 是有关的评价内容所取系数的和。（1）物质输送 系数用 50。（2）一般工艺危险性系数 P 的计算 根据以上评价结果，单元的 P50。2.2.2.4 特殊工艺危险性系数 S 的确定 特殊工艺危险性系数是在对重要物质和一般工艺过程进行评价的基础上，针对会使单元总体危险性增加的 14 项工艺操作特性选取的危险性系数。本评价涉及的有关内容取系数情况分述如下。S 是有关的评价内容所取系数的和。（1）腐蚀与侵蚀 设计中已考虑了防腐蚀问题。但由于氟化氢化学性质很活泼，腐蚀性极强，储罐区单元本项系数用 20。（2）接头和垫圈泄漏 化工装置的设备总会有必要的管线接头等泄漏点，它们容易发生问题，很难完全避免物料的泄漏。储罐区单元本项系数用 30。（3）特殊工艺危险性系数 S 的计算 根据以上评价结果，单元的 S=20+30=50。2.2.2.5 数量危险性系数 Q 的确定 由于化工单元发生有毒物质泄漏时，一般只涉及单个容器。因此本评价按一台储罐的最大物料量 58.1t，确定单元的数量危险性系数 Q 为 71。2.2.2.6 单元潜在毒性危险性评价结果分析 无水氟化氢储罐区单元毒性指标 U=T1001+(M+P+S)100=2001001+(0+50+50)100=4.0 主毒性事故指标 C=QU=714.0=284.0 以上储罐区潜在的毒性危险性评价结果列于表 1。无水氟化氢生产采用了较先进的工艺，储罐区潜在的单元毒性指标为“中等”级别，主毒性事故指标为“高”级别，发生毒性事故的潜在危险性相对较高，在现实生产过程中是不能接受的，有必要采取安全措施和事故预防技术。2.2.3 装置的现实毒性危险性评价 重大危险源潜在毒性危险度分级评价的结果表示在没有采取任何安全措施、事故预防手段时，化工单元固有的毒性危险程度。但是，在实际生产过程中，存在重大危险源的工厂都会根据有关法律、法规、行政规章以及国家和行业设计规范、安全标准的规定，在不同的程度上对重大危险源采取技术和管理措施，以降低发生事故的频率、控制事故的规模，使现实危险性达到较低的水平。ICI 蒙德危险度评价法从降低事故发生频率、控制事故规模的潜在可能性两方面的要求出发，将安全措施和事故预防技术分为容器和管道、工艺管理、安全态度和预防中毒措施等 4 大类。各类又分别有若干项内容，根据被评价单元的实际情况分别取补偿系数。补偿系数的数值越小，表示某项 陈 淋：基于 ICI 蒙德法的氟化企业生产装置毒性危险性定量分析 241 安全措施在预防事故方面的作用越大。表表 1 1 储罐区潜在的毒性危险性评价结果表储罐区潜在的毒性危险性评价结果表 评价项目 建议系数(%)使用系数(%)评价项目 建议系数(%)使用系数(%)1毒性危险性 4特殊工艺危险性 ATVL 值 B物质类型 C短期暴露危险性 D皮肤吸收 E物理性因素 0300 25200-100150 0300 050 75 50-75 A.低压 B.高压 C.低温：1)碳钢-1010 2)碳钢-10以下 3)其他物质 D.高温：1)引火性 2)构造物质 E.腐蚀与侵蚀 0100 0150 15 30100 0100 040 025 0150-20 AE 的毒性危险性系数合计(%)T=175 F.接头和垫圈泄漏 G.振动、负荷、循环 H.难控制的工艺或反应 I.在燃烧范围或附近操作 J.平均爆炸危险以上 K.粉尘或烟雾的危险性 L.强氧化剂 M.工艺着火敏感性 N.静电危险性 060 050 20300 0150 40100 3070 030 075 0200 30-2特殊物质危险性 A.氧化性物质 B.与水反应生成可燃气体 C.混合及扩散特性 D.自然发热性 E.自然聚合性 F.着火敏感性 G.爆炸的分解性 H.气体的爆炸性 I.凝缩层爆炸性 J.其他物质 020 030 -6060 30250 2575-75150 125 150 2001500 050-AN 的特殊工艺危险性系数合计的(%)S=50 AJ 的特殊物质危险性系数合计(%)M=0 5.量系数 Q 71 3.一般工艺危险性 6单元毒性指标 U 4.0 A.使用仅物理变化 B.单一连续反应 C.单一间断反应 D.同一装置内的重复反应 E.物质输送 F.可能输送的容器 1050 2550 1060 075 075 10100-50-单元毒性危险性级别 中等 7主毒性事故指标 C 284.0 AF 的一般工艺危险性系数合计(%)P=50 主毒性事故危险性级别 高 2.2.3.1 容器与管道系统补偿系数 K1 的确定 K1是下列各项系数的积。（1）输送配管 储罐的主要工艺管线按有关的国家和行业标准的要求进行设计、安装，减少了发生泄漏的可能性。取补偿系数0.90。（2）放出、排出或废料的废弃 取补偿系数 0.90。2.2.3.2 工艺管理补偿系数 K2 的确定 K2是下列各项系数的积。（1）紧急用电的供给 无水氢氟酸厂除了正常的供电以外，配有柴油发电机组242 陈 淋：基于 ICI 蒙德法的氟化企业生产装置毒性危险性定量分析 作备用电源，此方案能够满足应急时的安全处置要求，可取补偿系数 0.90。（2）危险性研究活动 主要取决于有无生产无水氢氟酸的经验，本项补偿系数取为 0.80。（3）安全停车系统 设置有紧急停车的装置，储罐区补偿系数取为 0.95。（4）操作规程 无水氟化氢厂制定了内容基本齐全的操作规程。操作规程的内容完善时，可取补偿系数 0.90。（5）装置监督 对装置 24h 进行巡回检查，用计算机监控重要项目，补偿系数可取 0.95。2.2.3.3 安全态度补偿系数 K3 的确定 K3是下列各项系数的乘积。（1）管理者参与安全管理 企业的各级领导和管理人员都重视安全生产工作，并按自己的职责参与安全管理，补偿系数在 0.950.90 之间选取。鉴于国内管理人员对安全管理的认识水平和管理水平，该装置补偿系数取 0.95。（2）安全训练 对所有人员，包括操作人员、管理人员、辅助人员以及外包人员都能进行有计划的定期安全培训时，根据培训的程度，补偿系数在 0.850.95 之间选取，可取补偿系数 0.90。（3）保养维修及安全程序 能按照计划标准并严格遵守批准手续进行设备的维修时，补偿系数范围为 0.960.87。装置按计划定期维修时，用追加系数 0.97。装置定期进行安全检查和整改的，按其检查的效率，使用系数 0.970.90。根据国内厂家的一般情况，本项系数综合使用 0.85。2.2.3.4 预防中毒补偿系数积 K4 的确定 K7是下列各项系数的乘积。（1）通风排毒 储罐区的作业场所为敞开式，有良好的自然通风，取补偿系数 0.90。（2）毒物破坏系统 取补偿系数 0.90。（3）防护用品 已建无水氢氟酸厂的作业场所备有防毒面具、空气呼吸器或氧气呼吸器，并有专人管理，定期检验和维护，保证处于有效状态。操作工人必须按劳动防护用品配备标准配备全部防护用品，并能正确使用。符合以上要求时，可取补偿系数 0.85。2.2.3.5 装置现实毒性危险性评价结果分析 装置的现实毒性危险度：U=UK1K2K3K4 =4.00.810.5850.7270.689=0.95 C=CK1K2K3K4 =284.00.810.5850.7270.689=67.41 以上现实毒性危险度评价的结果列于表 2。表表 2 2 无水氟化氢储罐区装置现实毒性危险度评价分级结果无水氟化氢储罐区装置现实毒性危险度评价分级结果 评价项目评价项目 使用系数使用系数(%)(%)评价项目评价项目 使用系数使用系数 1.容器与管道系统 3.安全态度 A.压力容器 B.非压力立式贮罐 C.输送配管 D.附加容器及防护堤 E.泄漏检测及响应 F.排放物质的废弃 0.90 0.90 A.管理者参与安全的管理 B.安全训练 C.保养维修和安全程序 0.95 0.90 0.85 安全态度补偿系数乘积 K3 0.727 4.预防中毒 A.泄漏检测报警 B.通风排毒 C.毒物破坏系统 D.防护用具 0.90 0.90 0.85 容器与管道系统补偿系数乘积K1 0.81 2.工艺管理 A.警报系统 B.紧急用电供应 C.工艺冷却系统 D.惰性气体系统 E.危险性研究活动 F.安全停车系统 0.90 0.80 0.95 预防中毒补偿系数积 K7 0.689 潜在单元毒性危险性指标 4.0 潜在单元毒性危险性级别 中等 现实单元毒性危险性指标 0.95 现实单元毒性危险性级别 轻 陈 淋：基于 ICI 蒙德法的氟化企业生产装置毒性危险性定量分析 243 评价项目评价项目 使用系数使用系数(%)(%)评价项目评价项目 使用系数使用系数 G.计算机管理 H.预防爆炸和异常反应 I.操作规程 J.装置的监督 0.90 0.95 潜在主毒性事故指标 284.0 潜在主毒性事故级别 高 现实主毒性事故指标 67.41 工 艺 管 理 补 偿 系 数 乘 积K2 0.585 现实主毒性事故级别 中等 2.2.4 定量评价结论 由评价结果可以看出，根据有关法律、法规和技术标准的规定采取安全措施和预防手段后，储罐区装置的现实毒性危险度将大幅度地降低。储罐区现实单元毒性指标为 0.95，属于“轻”危险级；现实主毒性事故指标为 67.41，属于“中等”危险级。定量评价的结果表明，本工程确实潜藏着较高的毒性事故风险。但事故风险特别是单元毒性事故风险又可以通过安全措施和事故预防技术得到有效的控制，使现实的事故风险降低到较低的水平。万一发生事故，毒性危害的后果将是严重的。3 3 结结 论论 选取蒙德法对氟化企业生产装置进行安全评价，主要有以下几个方面的考虑：（1）蒙德法对化工生产中的毒性危险性进行了深入的研究，在将氟化装置分成 5 个基本单元的基础上，通过结合实际确定系数值，计算出总体评价参数，确定了装置的危险性为中等，需要制订有效的安全措施预防事故发生。（2）在应用方面，蒙德法针对有毒物质的评价，特别是对毒性危险因素指标有着更加具体的反映，相比其他评价方式更加精准精确。（3）虽然蒙德法的计算比较复杂，也更难掌握，但计算的结果十分精密，有于有的放矢地制定安全对策措施，为企业的安全管理提供依据。参考文献参考文献 1 魏新利,李惠萍,王自健.工业生产过程安全评价M.北京:化学工业出版社,2005.Toxic Hazard Quantitative analysis from fluorination plants Based on ICI MOND CHEN Lin（Fuzhou Zhengxian Safety Technology Consulting Service Co.,Ltd.）AbstractAbstract:the fluoride enterprise production process will produce hydrogen fluoride and other highly toxic substances,such as improper disposal,prone to poisoning events,affecting the safety of enterprise production.The original hazard level of the fluorination plant and the important factors affecting the hazard level were Quantitative analysis by ICI-mond Toxicity Assessment Index,it provides important reference for controlling safety risk and taking safety measures in production process.KeywordsKeywords:fluoride corporation,hydrogen fluoride,MOND process