環(huán)氧乙烷儲罐工藝控制及安全設(shè)計

劉書華 廣東寰球廣業(yè)工程有限公司 廣州 510655

環(huán)氧乙烷是一種易燃、易爆和易發(fā)生聚合反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)。主要用于制造乙二醇、表面活性劑、洗滌劑、增塑劑以及樹脂等。環(huán)氧乙烷閃點＜－17.8℃ (開杯)，沸點10.4℃，在1個大氣壓條件下爆炸極限為3% ～100%(V)，危險程度為甲A類。環(huán)氧乙烷是一種強(qiáng)麻醉劑，能引起急性中毒及慢性中毒，屬于高度危害化學(xué)介質(zhì)。因此對環(huán)氧乙烷的儲存和運輸要求非常嚴(yán)格。本文主要介紹環(huán)氧乙烷儲罐的工藝控制及安全設(shè)計。

1 工藝控制設(shè)計

1.1 設(shè)計條件

(1)環(huán)氧乙烷蒸氣能與空氣形成范圍較廣的爆炸性混合物，因此儲罐需要氮氣密封，且氮封中的氧含量不得大于0.5%。

(2)環(huán)氧乙烷溫度高于40℃開始聚合，因此儲罐操作溫度范圍為:－10～20℃，設(shè)計壓力根據(jù)氮封系統(tǒng)壓力確定。

(3)儲罐的充裝系數(shù)不大于0.79kg/l，確定儲罐的容積與數(shù)量時，應(yīng)當(dāng)綜合考慮生產(chǎn)要求、供應(yīng)能力以及滿足最大儲存量與防火安全距離的要求，并且考慮當(dāng)事故發(fā)生時，事故儲罐內(nèi)的物料能夠?qū)肫渌麅迌?nèi)，以便減少事故危險和物料的損失。

(4)為了確保環(huán)氧乙烷的低溫儲存，采用罐內(nèi)設(shè)換熱管的制冷方式，同時對罐內(nèi)介質(zhì)進(jìn)行循環(huán)。

(5)罐體保冷材料采用發(fā)泡玻璃，厚度根據(jù)保冷要求確定。

(6)儲罐上設(shè)置水冷卻噴淋裝置，保證有充足的水源提供。

(7)環(huán)氧乙烷接觸堿金屬、氫氧化物或高活性催化劑如鐵、錫和鋁的氧化物可大量放熱，并可能發(fā)生爆炸。為避免環(huán)氧乙烷的聚合和污染，罐體材料優(yōu)先采用不銹鋼或不銹鋼復(fù)合板，密封墊片采用聚四氟乙烯材料，禁止使用石棉、橡膠等材料。

1.2 壓力控制

由于環(huán)氧乙烷沸點較低，常溫下飽和蒸氣壓力較高 (在20℃時，環(huán)氧乙烷飽和蒸氣壓為145.91kPa)，工藝上采用低溫壓力加上氮封儲存。為了減少環(huán)氧乙烷蒸汽的揮發(fā)和排放對環(huán)境造成的污染，環(huán)氧乙烷儲罐設(shè)有氮氣的加壓保護(hù)，通過分程控制系統(tǒng)，使環(huán)氧乙烷儲罐內(nèi)的氮封壓力維持在正常操作值范圍內(nèi)。當(dāng)儲罐內(nèi)的壓力過低時，調(diào)節(jié)閥PCV－A自動打開向罐內(nèi)補(bǔ)氮;當(dāng)罐內(nèi)的壓力過高時，調(diào)節(jié)閥PCV－B自動打開，少部分含有環(huán)氧乙烷的氮氣通過壓力控制閥排放到廢氣處理設(shè)施進(jìn)行處理。

1.3 配套泵的設(shè)計

環(huán)氧乙烷儲罐輸送泵一般采用罐內(nèi)介質(zhì)循環(huán)和向生產(chǎn)車間供料共用同一輸送泵的工藝。罐內(nèi)介質(zhì)循環(huán)的好處是防止環(huán)氧乙烷聚合物阻塞泵出、入口等管路。泵出口設(shè)置限流孔板，保證備用泵內(nèi)的液體循環(huán)流動。由于環(huán)氧乙烷易氣化，如環(huán)氧乙烷泵操作不當(dāng)，會產(chǎn)生氣蝕造成空轉(zhuǎn)，使泵內(nèi)溫度升高，容易達(dá)到環(huán)氧乙烷的分解爆炸溫度;如環(huán)氧乙烷泵的葉輪安裝不正，會發(fā)生擦壁，也可能使溫度升高至分解爆炸溫度。為防止環(huán)氧乙烷泵的溫度升高，設(shè)置防止泵憋壓的聯(lián)鎖控制和軸承溫升聯(lián)鎖控制，且環(huán)氧乙烷泵需要設(shè)置水噴淋保護(hù)。

1.4 主要工藝控制

主要工藝控制簡圖見圖1。

圖1 工藝控制流程圖

此流程圖僅為工藝控制簡圖，沒有包括倒罐及備用泵系統(tǒng)。

2 安全設(shè)計

2.1 安全泄放系統(tǒng)

(1)環(huán)氧乙烷是極危險的物料，設(shè)計除提高環(huán)氧乙烷儲罐的設(shè)計壓力外，還在儲罐上設(shè)置了安全泄放系統(tǒng)，保證環(huán)氧乙烷儲存安全。針對環(huán)氧乙烷易聚合、高度危害、在工作過程中不允許有任何泄漏的特性，設(shè)計采用爆破片與安全閥串聯(lián)使用的安全泄放系統(tǒng)，且安裝互為備用的兩套安全泄放系統(tǒng)。兩套安全泄放系統(tǒng)的進(jìn)口采用一套三通聯(lián)鎖裝置，以確保在任何時候 (包括故障，維修，檢修期間)都能滿足儲罐所要求的泄放面積。

(2)在安全泄放系統(tǒng)入口設(shè)置氮氣吹掃裝置，防止聚合物堵塞，保證安全泄壓系統(tǒng)的可靠性。

(3)安全泄放系統(tǒng)出口排放的環(huán)氧乙烷氣體有可能處于爆炸極限范圍之內(nèi)，因此不能將其與其他裝置的放空系統(tǒng)或者火炬連通。而應(yīng)通過獨立設(shè)置的帶有阻火器裝置的管道高空排放至大氣，以消除危險隱患。

2.2 聯(lián)鎖控制系統(tǒng)

(1)采用低溫儲存，降低環(huán)氧乙烷的分壓。儲罐上設(shè)置溫度指示和高溫報警，確保罐內(nèi)溫度穩(wěn)定在儲存低溫范圍內(nèi)。

(2)罐上設(shè)置液位指示和高、低液位報警，設(shè)置高高液位聯(lián)鎖切斷進(jìn)料閥，低低液位聯(lián)鎖停泵。罐底設(shè)置緊急切斷閥。

(3)氮封系統(tǒng)設(shè)置氮氣壓差聯(lián)鎖系統(tǒng)和雙閉鎖－排空系統(tǒng) (即在氮氣供應(yīng)管道上安裝兩個快速啟動的切斷閥，并且在兩切斷閥之間設(shè)置一套帶有快速啟動切斷閥的自動排空系統(tǒng)，且此三個切斷閥與氮氣上、下游管道內(nèi)的壓力差自動聯(lián)鎖)，從而避免罐內(nèi)環(huán)氧乙烷氣體倒流。

(4)環(huán)氧乙烷泵帶有空載保護(hù)器，避免汽蝕的發(fā)生;環(huán)氧乙烷泵設(shè)置冷凍冷卻夾套和泵流量顯示報警以及低流量聯(lián)鎖功能，避免造成泵體發(fā)熱和泵的空轉(zhuǎn)。

3 操作注意事項

(1)環(huán)氧乙烷儲罐進(jìn)料前，儲罐必須用氮氣置換，置換用的氮氣純度不低于99.9%，分析合格后方可進(jìn)環(huán)氧乙烷。

(2)環(huán)氧乙烷儲罐上的采樣點僅作為進(jìn)環(huán)氧乙烷前氮氣、氧含量的分析采樣點。在廠區(qū)內(nèi)不得對環(huán)氧乙烷進(jìn)行采樣。

(3)一旦環(huán)氧乙烷儲罐發(fā)生泄漏，用24倍的水進(jìn)行稀釋，并將污水單獨排到環(huán)氧乙烷事故收集池中。

(4)環(huán)氧乙烷泵應(yīng)保持運行，避免管道內(nèi)的物料長期停滯，一旦長時間不用，應(yīng)該用氮氣將管道吹掃干凈。

4 結(jié)語

針對環(huán)氧乙烷的易燃、易爆、易發(fā)生聚合反應(yīng)和高度危害的特殊性，環(huán)氧乙烷儲罐的工藝控制和安全設(shè)計一定要安全可靠，防止事故的發(fā)生。本文介紹的環(huán)氧乙烷儲罐工藝控制及安全設(shè)計已應(yīng)用于裝置生產(chǎn)，經(jīng)4年多的運行，從未發(fā)生任何工藝及安全上的問題，證明此工藝控制及安全設(shè)計是安全可靠的。

1 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局質(zhì)技監(jiān)鍋字【2000】95號文關(guān)于加強(qiáng)環(huán)氧乙烷儲運容器安全管理的通知.

2 陳丕尊.環(huán)氧乙烷貯罐區(qū)安全措施設(shè)計［J］.沈陽化工，2000，29(4).

3 周國泰主編.危險化學(xué)品安全技術(shù)全書［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1997.

4 HG/T 20570.3－1995，爆破片的設(shè)置和選用［S］.