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作者:張毅
本文針對(duì)濕法成型硫磺儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng),分析了料倉(cāng)火災(zāi)和爆炸事故的危險(xiǎn)性及易發(fā)生事故的部位,利用事故樹方法全面分析了可能造成事故的原因及有效預(yù)防措施,并從靜態(tài)因素和動(dòng)態(tài)因素建立了料倉(cāng)的安全指標(biāo),運(yùn)用多元聯(lián)系數(shù)集對(duì)分析法分析了料倉(cāng)的安全狀態(tài)。本文研究為硫磺料倉(cāng)安全管理,防范火災(zāi)爆炸事故提供依據(jù),為硫磺料倉(cāng)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)提供一種較合適的方法。
1 硫磺料倉(cāng)概況及危險(xiǎn)性分析
1.1 硫磺料倉(cāng)概況
料倉(cāng)儲(chǔ)存能力有數(shù)萬噸,內(nèi)部設(shè)施復(fù)雜,主要有堆取料機(jī)、外圍進(jìn)出料皮帶機(jī)、照明、噴霧抑塵、安全報(bào)警裝置等各種設(shè)備。堆取料機(jī)是料倉(cāng)內(nèi)的核心設(shè)備,用來完成堆取料工作。堆取料機(jī)在堆料作業(yè)時(shí),系統(tǒng)輸送機(jī)運(yùn)送來的物料經(jīng)棧橋皮帶機(jī)和中部料斗輸送到懸臂膠帶機(jī)上,最后拋向儲(chǔ)料倉(cāng)。取料作業(yè)是按從料堆頂部分層取料的工藝進(jìn)行的,刮板取料機(jī)同時(shí)具有取料運(yùn)料的雙重功能。取到的物料經(jīng)下部漏斗和給料機(jī),最后輸送至地下廊道內(nèi)的膠帶機(jī)上輸出。
為保證料倉(cāng)的安全,料倉(cāng)內(nèi)通常配備有抑塵、監(jiān)控、消防系統(tǒng)。料倉(cāng)內(nèi)有自然通風(fēng)、機(jī)械進(jìn)風(fēng)及濕式噴霧粉塵抑制系統(tǒng),來抑制料倉(cāng)硫磺粉塵;并利用煙霧、粉塵濃度監(jiān)控系統(tǒng)、硫磺溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、有毒氣體( H2S)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電視監(jiān)控和火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)等安防系統(tǒng),對(duì)料倉(cāng)進(jìn)行火焰、溫度、粉塵濃度、有毒氣體的全方位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警。料倉(cāng)內(nèi)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)與自動(dòng)消防炮遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng),配備水霧輔助滅火系統(tǒng),當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到料倉(cāng)發(fā)生起火時(shí),消防滅火系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)識(shí)別起火位置,對(duì)其進(jìn)行滅火。這些系統(tǒng)的正常有效運(yùn)轉(zhuǎn)是保證料倉(cāng)安全的關(guān)鍵。
1.2硫磺料倉(cāng)危險(xiǎn)性分析
硫磺料倉(cāng)主要的危害形式是火災(zāi)和爆炸。硫磺作為可燃物質(zhì),在不同粒徑,不同初始溫度下表現(xiàn)為不同的燃燒特性,當(dāng)受熱或遇到電火花,機(jī)械火花等情況時(shí)易發(fā)生火災(zāi),尤其是當(dāng)硫磺粉塵粒徑小,或粉塵層厚在一定的范圍內(nèi)(如10~20mm)時(shí)。除遇熱,火花起火之外,料倉(cāng)起火的另一重要原因是硫化亞鐵自燃。由于硫磺是濕法成型,含水量較大,料倉(cāng)內(nèi)設(shè)備容易發(fā)生腐蝕,生成硫化亞鐵。而硫化亞鐵易自燃,從而會(huì)引燃周邊硫磺,導(dǎo)致火災(zāi)事故的發(fā)生。
在料倉(cāng)中,如不及時(shí)清理硫磺粉塵,沉積硫磺粉塵會(huì)因轉(zhuǎn)輸設(shè)備的工作或操作人員的清掃受到擾動(dòng),懸浮在空氣形成粉塵云,當(dāng)硫磺粉塵濃度達(dá)到爆炸下限(10g/m3< MEC< 20g/m3)時(shí),會(huì)具有爆炸危險(xiǎn)性。液硫的生產(chǎn)原料為高含硫天然氣(硫化氫含量為15%v左右),其中會(huì)含有硫化氫,液硫經(jīng)過成型裝置加工出的硫磺顆粒中也會(huì)含有少量硫化氫。在料倉(cāng)中,當(dāng)硫磺顆粒被擠壓破碎或溫度升高時(shí),硫化氫會(huì)釋放溢出。因此料倉(cāng)內(nèi)存在少量硫化氫可燃?xì)怏w,因?yàn)榱蚧瘹錃怏w比空氣重,當(dāng)料倉(cāng)通風(fēng)性不良時(shí)會(huì)有硫化氫氣體聚積在料倉(cāng)底部,當(dāng)達(dá)到爆炸濃度時(shí)也有爆炸危險(xiǎn)性。而且一旦硫磺粉塵或硫化氫氣體發(fā)生爆炸,很可能引起二次爆炸,甚至爆轟。
保證料倉(cāng)的安全,主要在于控制點(diǎn)火源和硫磺粉塵的出現(xiàn)。硫磺料倉(cāng)內(nèi)易出現(xiàn)的點(diǎn)火源有:機(jī)械設(shè)備故障產(chǎn)生電火花;硫磺顆粒在輸送過程中,顆粒、粉塵與輸送皮帶、設(shè)備壁以及顆粒、粉塵相互之間的摩擦和碰撞,產(chǎn)生靜電;設(shè)備由于機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)部位缺乏潤(rùn)滑而摩擦生熱,如取料機(jī)鏈條與鏈輪、限位板之間;硫磺顆粒與儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備碰擊打出火星;熱量不能充分散發(fā)的硫磺堆垛;硫磺顆粒間相互猛烈撞擊或摩擦?xí)r,產(chǎn)生的火星撞擊或摩擦脫落的高溫固體微粒,照明裝置、機(jī)械設(shè)備的熱表面。硫磺料倉(cāng)內(nèi)容易出現(xiàn)硫磺粉塵堆積的位置有:硫磺落料點(diǎn),導(dǎo)料槽處,坑、洼、溝、死角及設(shè)備表面,地面等。
2 硫磺料倉(cāng)火災(zāi)爆炸事故分析
硫磺料倉(cāng)發(fā)生火災(zāi)爆炸事故的兩個(gè)必要條件是:點(diǎn)火源和可燃物。點(diǎn)火源主要包括5個(gè)方面:機(jī)械火花,靜電火花,明火,電火花,熱表面?扇嘉锇蚧穷w粒和硫化氫氣體。硫磺火災(zāi)爆炸事故樹基本事件見表1。圖1為硫磺料倉(cāng)火災(zāi)爆炸事故的事故樹。
最小割集代表了硫磺料倉(cāng)火災(zāi)爆炸事故的基本事件組合,每一個(gè)最小割集即一種失效途徑。運(yùn)用布爾代數(shù)法對(duì)硫磺料倉(cāng)火災(zāi)爆炸事故樹簡(jiǎn)化求解,得至T=(Xl +X2…Xll+X12X13 +X14 +X15+…X17+(X18+X19 X20 +X21)(X22+X23 X24 +X25 +X26)+X27 +X28… +X34)(X35X36X37X38)。由此計(jì)算可得該事故樹有160個(gè)最小割集,表明硫磺料倉(cāng)火災(zāi)爆炸事故有160種可能的發(fā)生途徑,也反映了影響硫磺料倉(cāng)發(fā)生火災(zāi)爆炸事故的原因復(fù)雜。
最小徑集表征了硫磺料倉(cāng)火災(zāi)爆炸事故的最佳預(yù)防措施,借助“成功樹”的最小割集間接得到事故樹的5個(gè)最小徑集:{(XlX2...X12X14X15…X21X27X28…X34),(XIX2…X1,X13X14…X21X27 X28…X34),(XlX2…X12X14 X15…X17X22X23…X34),(XIX2…XIIX13X15...X17X22X23…X34),(X35X36X37X38)},其中(X35X36X37X38)即控制可燃粉塵和氣體的產(chǎn)生是防止料倉(cāng)發(fā)生
火災(zāi)爆炸事故的最佳方案。只要保證不易清掃部位加防護(hù)罩,保證除塵設(shè)備正常,及時(shí)更換損壞的除塵設(shè)備,人員操作不出現(xiàn)失誤,即可杜絕硫磺料倉(cāng)火災(zāi)爆炸事故的發(fā)生。其他方案的基本事件均較多,有27或28個(gè)基本事件,很難做到逐一控制,所以不是理想控制途徑。
3 集對(duì)分析法在料倉(cāng)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用
3.1 集對(duì)分析法適用性分析
集對(duì)分析理論是1989年我國(guó)學(xué)者趙克勤創(chuàng)建的處理不確定性問題的新系統(tǒng)理論。經(jīng)分析,集對(duì)分析法較適合硫磺料倉(cāng)安全評(píng)價(jià),該方法具有以下優(yōu)勢(shì):①與硫磺料倉(cāng)安全狀態(tài)的有關(guān)的因素包括有利因素如安全防控設(shè)備,有害因素如設(shè)備腐蝕,不確定因素如安全管理。集對(duì)分析法把研究對(duì)象的確定性和不確定性形成兩個(gè)集合,可以將系統(tǒng)中對(duì)安全狀態(tài)有利、有害以及作用不確定因素納入到一個(gè)體系中全面考慮,給出綜合評(píng)價(jià)。②料倉(cāng)內(nèi)有很多監(jiān)控設(shè)備,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是判斷料倉(cāng)安全狀態(tài)的直接依據(jù)。集對(duì)分析法可以對(duì)每一評(píng)價(jià)因素進(jìn)行評(píng)價(jià),因此可以根據(jù)參數(shù)動(dòng)態(tài)反映系統(tǒng)安全狀態(tài)的變化,對(duì)料倉(cāng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)安全評(píng)價(jià),便于制定相應(yīng)的安全措施。③料倉(cāng)安全評(píng)價(jià)既要包括主觀評(píng)價(jià),又要能結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。集對(duì)分析法集合了主觀評(píng)價(jià)與客觀評(píng)價(jià)的優(yōu)勢(shì),能較全面,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)結(jié)果較合理準(zhǔn)確。根據(jù)以上分析,集對(duì)分析法適用于硫磺料倉(cāng)安全評(píng)價(jià)。以普光天然氣凈化廠硫磺料倉(cāng)為例,以下是集對(duì)分析法對(duì)其安全狀態(tài)的評(píng)價(jià)過程。
3.2 危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立
通過總結(jié)以上對(duì)硫磺料倉(cāng)火災(zāi)爆炸事故危險(xiǎn)性及事故原因的分析,建立了料倉(cāng)事故危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,如表2所示。一級(jí)指標(biāo)為料倉(cāng)的危險(xiǎn)度;二級(jí)指標(biāo)有5個(gè),包括安全管理因素、設(shè)備因素、工藝因素、環(huán)境因素和安全防控裝置因素;每個(gè)二級(jí)指標(biāo)下面分別設(shè)三級(jí)指標(biāo),共24個(gè)三級(jí)指標(biāo)。
3.3指標(biāo)權(quán)重計(jì)算
將普光凈化廠硫磺儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)中料倉(cāng)的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)與料倉(cāng)評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)視為集對(duì),A表示“安全”等級(jí),B表示“一般安全”等級(jí),C表示“輕度危險(xiǎn)”等級(jí),D表示“危險(xiǎn)”等級(jí),E表示“嚴(yán)重危險(xiǎn)”等級(jí)。聘請(qǐng)5位專家Mi(i=1,2,3,4,5)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià),考慮到專家由于安全評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)及對(duì)待評(píng)價(jià)行業(yè)熟悉程度的不同而會(huì)影響評(píng)價(jià)結(jié)果,設(shè)定專家
權(quán)重為W= (0. 35,0.2,0.15,0.15,0.15),然后應(yīng)用層次分析法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重。經(jīng)過計(jì)算得到各指標(biāo)權(quán)重如表2所示。
3.4評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)
各位專家通過對(duì)料倉(cāng)火災(zāi)爆炸事故原因的分析,結(jié)合個(gè)人經(jīng)驗(yàn)對(duì)安全管理因素.設(shè)備因素、安全防控因素中的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)于工藝因素和環(huán)境因素中的指標(biāo),專家根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù),參照相關(guān)依據(jù),對(duì)其進(jìn)行打分,從而使整個(gè)評(píng)價(jià)過程更為客觀,評(píng)價(jià)結(jié)果更接近現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安全狀態(tài),且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)料倉(cāng)動(dòng)態(tài)安全評(píng)價(jià)。專家現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)情況如表2所示。
3.5硫磺料倉(cāng)危險(xiǎn)性的評(píng)價(jià)結(jié)果
基于以上各位專家對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià),根據(jù)式對(duì)各個(gè)專家評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行匯總計(jì)算。
計(jì)算出考慮專家權(quán)重后的評(píng)價(jià)結(jié)果,如式(2)所示。
3.6硫磺料倉(cāng)評(píng)價(jià)等級(jí)確定
因?yàn)閙ax(a,b1,b2,b3,c)=b1=0.47<0.5,根據(jù)最大隸屬度原則,計(jì)算,usum=0.15×1+0. 47×2+0.23 x3 +0.12 x4 +0.04 x5 =2.460I因?yàn)閡sumu,介于2與3之間,所以料倉(cāng)安全狀態(tài)為“基本安全”。但usum較接近2,因此有轉(zhuǎn)為“輕度危險(xiǎn)”狀態(tài)的趨勢(shì)。結(jié)合集對(duì)勢(shì)再做進(jìn)一步分析,得到SHI(H)==3.7511,該系統(tǒng)處于微同勢(shì)態(tài)勢(shì),即系統(tǒng)的同一趨勢(shì)很微弱,同樣說明料倉(cāng)在安全生產(chǎn)方面有很多地方需要改進(jìn)。又從聯(lián)系數(shù)可知b項(xiàng)占很大比例,說明料倉(cāng)存在很多可以轉(zhuǎn)化的不安全因素,管理者需要認(rèn)真排查,采取措施提高料倉(cāng)安全度。
集對(duì)分析法綜合考慮了影響料倉(cāng)安全狀態(tài)的各個(gè)因素,其中包括有利因素,有害因素和不確定因素,并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),且評(píng)價(jià)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)安全狀況較符合。該方法較適合硫磺料倉(cāng)安全評(píng)價(jià)。
4結(jié)論
1)分析總結(jié)了硫磺料倉(cāng)火災(zāi)、爆炸事故的危險(xiǎn)性,確定了硫磺料倉(cāng)及其內(nèi)設(shè)備易發(fā)生事故的部位。為安全評(píng)價(jià)指標(biāo)的建立提供了基礎(chǔ),為料倉(cāng)日常安全管理,事故防范提供了依據(jù)。
2)通過建立硫磺料倉(cāng)火災(zāi)爆炸事故的事故樹,詳細(xì)分析了硫磺料倉(cāng)火災(zāi)爆炸事故的原因,對(duì)最小割集和最小徑集的分析表明硫磺料倉(cāng)火災(zāi)爆炸事故有160種可能的途徑和40種預(yù)防措施組合,其中控制硫磺粉塵的出現(xiàn)是最有效的控制措施。為安全防范措施的制定提供了參考。
3)針對(duì)硫磺料倉(cāng)安全狀態(tài)影響因素的不確定性和動(dòng)態(tài)性的特點(diǎn),結(jié)合料倉(cāng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),運(yùn)用多元聯(lián)系數(shù)集對(duì)分析方法對(duì)硫磺儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況較符合。該方法的評(píng)價(jià)過程全面客觀,可操作性強(qiáng),為料倉(cāng)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)提供了一條新的思路和手段。
5摘要:
為了控制濕法成型硫磺料倉(cāng)風(fēng)險(xiǎn),評(píng)估硫磺料倉(cāng)安全狀態(tài),采用事故樹方法分析了硫磺料倉(cāng)發(fā)生火災(zāi)爆炸事故的原因,并利用最小割集和最小徑集分析了事故的可能途徑,確定了最佳控制方案為控制可燃粉塵和氣體的聚集。針對(duì)硫磺料倉(cāng)安全狀態(tài)影響因素的不確定性和動(dòng)態(tài)性的特點(diǎn),將多元聯(lián)系數(shù)集對(duì)分析法引入硫磺料倉(cāng)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中,建立了料倉(cāng)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,綜合判斷了料倉(cāng)危險(xiǎn)性態(tài)勢(shì)。評(píng)價(jià)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況較符合,為濕法成型硫磺料倉(cāng)的安全評(píng)價(jià)工作提供了思路,為其風(fēng)險(xiǎn)控制措施的制定提供了參考。