道化学火灾爆炸危险指数(F & EI)评价法由美国道化学公司于1964年发表第一版, 到目前为止已经更新为第七版。该指数评价方法已经成为化学工业公认的用于火灾爆炸后果评价的安全分析方法, 它能够提供用于评价火灾、爆炸总体危险的关键数据[1]。
道化学指数评价法以工艺单元为基本的评价单位, 分析单元内的主要危险物质, 确定一般工艺危险性和特殊工艺危险性。评价涉及物料化学性质(活泼性、毒性等)、反应类型、物料输送与储存、装置安全性等各个方面, 根据具体工艺单元信息按照相应的指数选取规则设定参数, 最终获得一个工艺单元的危险系数。应用该评价法可以计算任意工艺单元的火灾爆炸危险指数, 以此对该工艺单元进行安全相对分级, 帮助用户对该工艺单元潜在的火灾爆炸危险性有一个直观认识[2]。
道化学安全评价法具有评价全面、易于掌握的特点, 该评价方法分门别类地将工艺单元中可能存在的火灾爆炸危险因素全部涵盖在它的评价流程中, 只要遵照其评价步骤操作, 就不会遗漏危险环节。但是由于评价流程繁琐、数据计算量大、基础数据来源广泛, 导致人工评价时容易出现计算不准确、评价结果不合理的现象。同时, 人工评价时定性参数估计困难、数据不易修改、报表管理困难。
针对上述问题设计并实现了计算机辅助的道化学火灾爆炸危险指数评价软件。在详细分析道化学评价法计算流程的基础上, 对评价流程进行了简化, 并在软件中建立校验机制, 确保计算过程中不会由于误操作导致计算结果错误。同时, 引入国际通用的化学品安全技术说明书MSDS数据库, 作为物性参数的数据源, 保证计算结果的可靠性与准确性。通过使用道化学指数评价软件, 能够极大地简化计算工作量, 评价周期更短, 评价结果也更加准确。
计算机辅助道化学评价软件对道化学火灾爆炸危险指数评价法从评价流程、评价过程校核以及物性参数的选取与使用、评价过程及结果的管理等方面进行了改进和软件设计。
图 1所示为道化学公司提供的人工进行道化学指数评价时所需遵循的流程, 评价步骤多, 且涉及大量的公式计算。
辅助软件从两个方面入手对整个评价流程进行了简化。
首先, 找出安全评价所需要的所有“根数据”, 所谓“根数据”就是必须由评价人员根据工艺情况输入的数据, 是基础数据。所有与道化学评价相关的数据都是由这些“根数据”直接或者间接得到的, 将这些“根数据”抽提出来再组织相关数据输入页面即可简化评价人员的工作量。
其次, 将所有与计算相关的问题移植到程序内部进行。程序内部的计算核心储存所有的计算公式, 并根据“根数据”自动进行中间数据和结论数据的计算与整理, 使评价人员彻底摆脱繁重的计算工作, 并且无需梳理中间数据和“根数据”间错综复杂的关系。简化后的安全评价流程如图 2所示。
MSDS数据库是国际公认的权威性基础物性参数数据库, 本软件将其中与道化学指数评价法有关的物性参数提取出来, 存储在SQL数据库中, 作为软件计算所需的基础物性数据源。
数据库中存储了300余种常见化学物质的物质系数、化学活泼性、可燃性、毒性、熔沸点等参数信息, 评价人员只要选取相应的物质名称, 软件会自动搜索该物质对应的整条记录, 获取相关字段的数据, 进行自动匹配, 帮助评价人员从查找各项物性参数的繁琐工作中解脱出来。
软件利用SQL数据库保存整个评价过程及评价结果。评价过程以“工程表”的形式存储在数据库中, 该工程表包含了评价流程的所有信息, 每个字段对应人机交互界面上的一处数据, 能够方便快速地保存完整的评价项目。
在工程表中以项目名称作为区分ID, 当想要载入不同的工程时, 只要搜索工程表中相应的项目名称并载入, 软件就会搜索各个字段信息, 并且匹配用户界面上的各项选择项, 从而真实还原到所选项目的状态, 便于评价人员根据实际情况修改“根数据”以及重新计算最终的评价结果。
评价报表本身也是人机交互界面的一部分, 所以也会被完整地存储在数据库中, 这样就做到了报表存储与项目存储的合二为一, 便于管理和修改。
由于评价流程本身的复杂性, 并且评价人员的水平也参差不齐, 使得评价过程中难免出现错误。为了解决这个问题, 在程序中引入了智能纠错功能。
首先, 引入数据校验机制。对于有明显约束条件的数据, 在评价人员填写完数据后会自动调用校验规则进行验证, 如果不符合规则描述, 则会弹出提示框。对于必填数据如果有遗漏现象, 程序在运行时也会及时发现, 并相应地进行提示。
其次, 消除错误选择发生的可能性。如, 评价过程中涉及很多的单选按钮和复选框, 不同的按钮对应不同的选取参数, 有些组合是合理的, 有些则是不合理的。软件利用设置按钮的可选状态来保证所有的组合情况都是合理的。不合理的按钮组合状态呈现灰色, 确保评价人员不能选择, 降低犯错误的概率。
道化学评价法程序由五个部分组成:人机界面、计算单元、物性库、校验规则和工程库[4], 见图 3。
人机界面采用向导式操作方式, 规范化用户的分析流程。用户根据操作界面提示选择或者填写相关数据值。
物性库中保存了取自MSDS数据库的基础物性数据, 评价过程中需要用到的物性参数可自动在物性库中搜索获取。
计算单元存储所有的计算公式, 程序运行时, 计算单元会请求用户填写“根数据”。只有当“根数据”全部通过校验规则的检验之后, 才能传输到计算单元; 否则用户需要根据人机界面上的提升框进一步确认“根数据”的内容。计算单元利用“根数据”和基础物性数据依据计算公式进行计算, 计算结果显示到人机界面。
工程库用来存储不同的评价项目和所有评价结果, 对用户输入进行完整记录。即使是未完成的评价流程也可以存储起来, 当条件允许时, 载入工程就可以继续之前的评价。
软件操作窗口如图 4所示, 主要分为两个部分:页面选择控制和详情页面。
窗口左侧为页面选择控制, 点击不同的按钮可在不同的评价页面之间进行切换。评价软件共包括9个页面, 前8个页面对应评价流程的七个操作步骤, 用来进行数据输入。进入第9个页面前, 软件计算单元会汇总所有填写的“根数据”, 计算火灾爆炸危险指数(F & EI)、危险等级、暴露半径、危害系数、安全补偿系数、财产损失和停工天数等评价结果, 并在第9页显示评价报表。
以第二页“一般工艺危险”为例, 窗口右侧的详情页面中包含了该评价步骤中所有需要的“根数据”:放热反应系数、吸热反应系数、物料处理与输送、封闭单元或室内单元系数、通道、排放和泄露液等6项。用户根据提示通过选择单选和复选按钮、下拉列表和填写文本框等方式完成数据输入工作。在每个页面的最下部有三个按钮“上一步”、“下一步”和“修改”按钮, 点击可分别跳转到前一个页面且忽略当前页面数据、跳转到后一个页面并存储当前页面数据以及保存当前页面数据。执行“下一步”和“修改”时都会调用校验规则来检验当前数据的合法性。
本软件在某乙烯流程关键装置与设备上进行了道化学火灾爆炸危险指数评价。以乙二醇装置中的反应器为评价对象, 介绍软件的实际使用情况。乙二醇装置是乙烯流程的关键装置之一, 以乙烯和氧气为原料, 在反应器中银催化剂的作用下发生氧化反应生成环氧乙烷, 再通过水合反应生成乙二醇等产品。乙二醇装置具有联锁控制复杂、易燃、易爆、物料有毒等特点, 操作不当极易发生重大火灾、爆炸事故[3]。
反应器内物料成分包括CH4、C2H4、O2、H2O、EO、N2等, 按照混合物的物质系数选取办法, 将组成大于5%且最具危险性的物质C2H4的物质系数作为该评价单元的物质系数MF=24[3]。
表 1说明了评价过程各个环节的工艺情况, 包括一般工艺危险性、特殊工艺危险性、安全措施补偿三个方面的信息。使用软件进行评价时, 只要按照向导提示, 根据表 1中的工况信息来填写基础数据就可以完成整个评价流程[5]。
当填写的所有“根数据”都通过校验规则的检验之后, 点击“查看报表”按钮即可得到评价结果, 如表 2所示。
将此评价结果与人工评价的结果进行对比, 可以发现二者的结论完全一致, 而人工评价所需时间是使用本软件评价所需时间的5倍。说明软件评价的结果真实、可靠, 并且利用软件进行评价时流程更加规范、计算更加精确、操作方便、节省时间。另外, 使用软件进行评价时, 对过程数据的修改非常容易, 只要点击页面上的“修改”按钮就可以更新数据处理单元中的数据, 当再次生成报表时评价结果也会随之改变, 这是人工评价所无法比拟的优势。
道化学火灾爆炸危险指数评价法是目前为止发展比较完善的对事故后果进行安全评价的方法, 但因其评价流程繁琐、计算量大等问题使用起来很不方便。本文有针对性地对评价流程做出改进, 引入“根数据”的概念缩减输入项, 利用计算机运算代替手工计算, 利用数据库存储物性数据并进行工程和报表管理, 建立校验机制提高评价准确性, 在此基础上开发完成了道化学火灾爆炸危险指数自动评价软件。经过实际应用证明, 使用该软件进行安全评价可以大大缩减评价周期, 评价过程更加规范统一, 运算结果准确可靠, 具有流程化、规范化、人性化的特点。此改进方法的提出和软件的开发完成对于提高安全评价人员的工作效率, 缩短评价周期, 提高评价准确率以及推广道化学安全评价法等方面具有重要意义。
2010, Vol. 39 Issue (1): 83-86,90
2010, Vol. 39 Issue (1): 83-86,90