氧化反應(yīng)本質(zhì)安全設(shè)計探討

吳李張娟(．浙江省天正設(shè)計工程有限公司， 浙江 杭州 300；．杭州市余杭區(qū)環(huán)境檢測站， 浙江 杭州 300)

氧化反應(yīng)本質(zhì)安全設(shè)計探討

吳李1張娟2(1．浙江省天正設(shè)計工程有限公司， 浙江 杭州 310012；2．杭州市余杭區(qū)環(huán)境檢測站， 浙江 杭州 311100)

從氧化反應(yīng)操作單元設(shè)置要求，氧化反應(yīng)裝置控制要求，氧化反應(yīng)裝置設(shè)備材質(zhì)的選擇等方面，總結(jié)了化工設(shè)計中氧化反應(yīng)本質(zhì)安全需注意的問題。

氧化反應(yīng)；設(shè)計；安全；控制

氧化反應(yīng)為反應(yīng)物質(zhì)與氧原子化合或者脫去氫的反應(yīng)。氧化工藝是涉及氧化反應(yīng)的化工工藝。主要使用氧化劑有：雙氧水、氯酸鉀、氧氣和高錳酸鉀等。氧化反應(yīng)具有反應(yīng)溫度高，放熱量大，升溫速度快等特點。反應(yīng)物質(zhì)及其產(chǎn)物具有燃燒爆炸性。高錳酸鉀，氯酸鉀等部分氧化劑受碰撞、加熱及與酸接觸，能引起劇烈化學反應(yīng)。氧化反應(yīng)所生成的過氧化物，容易分解，加熱或撞擊易使其分解或爆炸。所以氧化反應(yīng)具有較大的火災(zāi)危險性。在氧化反應(yīng)化工設(shè)計過程中必須采取有效本質(zhì)安全控制措施。

1 氧化反應(yīng)操作單元設(shè)置要求

氧氣進料系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置流量計、壓力表、開關(guān)閥、安全閥、止回閥、氮氣吹掃、泄放系統(tǒng)及截流裝置(如限流孔板)。液體氧化劑進料系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置高位槽(帶液位計)，氧化劑管道應(yīng)設(shè)置開關(guān)閥、流量計及截流裝置(如限流孔板)。氧化反應(yīng)安全泄放系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置安全泄放閥、安全閥及爆破片以及事故應(yīng)急接受槽。氧化反應(yīng)釜設(shè)置雙套溫度計和壓力表，進料管應(yīng)設(shè)置流量計。氧化反應(yīng)釜夾套應(yīng)接入冷卻介質(zhì)，冷卻介質(zhì)管道上設(shè)置開關(guān)閥(或調(diào)節(jié)閥)。氧化反應(yīng)釜應(yīng)接入氮氣管道并接放空管道。

2 氧化反應(yīng)裝置控制要求

氧化反應(yīng)重點監(jiān)控工藝參數(shù)包括氧化反應(yīng)釜內(nèi)溫度和壓力；氧化反應(yīng)釜內(nèi)攪拌速率；氧化劑流量；反應(yīng)物料的配比；氣相氧含量；過氧化物含量等。氧化反應(yīng)安全控制的基本要求包括反應(yīng)釜溫度和壓力的報警和聯(lián)鎖；反應(yīng)物料的比例控制和聯(lián)鎖及緊急切斷動力系統(tǒng)；緊急斷料系統(tǒng)；緊急冷卻系統(tǒng)；緊急送入惰性氣體的系統(tǒng)；氣相氧含量監(jiān)測、報警和聯(lián)鎖；安全泄放系統(tǒng)；可燃和有毒氣體檢測報警裝置等。氧化反應(yīng)工藝應(yīng)采用的控制方法如下：將氧化反應(yīng)釜內(nèi)溫度和壓力與反應(yīng)物的配比和流量、氧化反應(yīng)釜夾套冷卻介質(zhì)進出管道開關(guān)閥、緊急冷卻系統(tǒng)形成聯(lián)鎖關(guān)系。設(shè)置緊急停車系統(tǒng)，當氧化反應(yīng)釜內(nèi)溫度超標或攪拌系統(tǒng)發(fā)生故障時自動停止加料并緊急停車。氧化反應(yīng)裝置配備安全閥、爆破片等安全設(shè)施[1]。氧化反應(yīng)裝置具體自控方式：氧化反應(yīng)釜超溫超壓或攪拌電機異常則報警，關(guān)氧化劑進料開關(guān)閥，開安全泄放閥，關(guān)加熱介質(zhì)管道進出口管道開關(guān)閥，開冷卻介質(zhì)進出口管道開關(guān)閥。

3 氧化反應(yīng)裝置設(shè)備材質(zhì)的選擇

設(shè)備材質(zhì)的選擇不僅要從反應(yīng)物料特性、制造工藝、設(shè)備結(jié)構(gòu)、使用條件和使用時間等方面考慮，而且還應(yīng)從設(shè)備工作條件下材料的物理性能，力學性能、耐腐蝕性能、材料價格、來源及供應(yīng)等方面綜合考慮。設(shè)備運行過程中應(yīng)精心維護，保持良好的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。

4 氧化反應(yīng)工藝設(shè)計中應(yīng)注意的其他問題

液體氧化劑高位槽應(yīng)設(shè)置液位計，氮氣及放空系統(tǒng)。泄爆系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置事故應(yīng)急接受槽，建議事故應(yīng)急接受槽為立式罐。事故應(yīng)急接受槽接氮氣管道，設(shè)尾氣處理系統(tǒng)。緊急泄放時，泄放管承受的力較大，泄放罐需用大半徑彎頭。氧化反應(yīng)結(jié)束后應(yīng)采取氧化劑的去除措施，如加還原劑等。氧化反應(yīng)如有廢渣應(yīng)密閉裝卸處理，涉及過氧化物的殘留物應(yīng)注意其受熱、振動分解而發(fā)生爆炸的危險性。氧化劑如為液氧應(yīng)有確保液氧氣化的措施，設(shè)置汽化器及緩沖罐，提供足夠的加熱熱量，一般冬天使用熱水加熱空冷器。注意連鎖報警裝置及其他安全裝置定期校驗，確保正常使用。以環(huán)氧乙烷為氧化劑時，環(huán)氧乙烷設(shè)備應(yīng)設(shè)置氮封。環(huán)氧乙烷設(shè)備的安全閥前原則上應(yīng)設(shè)置爆破片。氮封系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置在爆破片入口管道處，安全閥的出口管道應(yīng)充惰性氣體。

氧化反應(yīng)器的布置可設(shè)置操作面和配管面。操作面是為設(shè)備運行操作及維修而設(shè)置的。包括人孔、安全閥、儀表、和物料入口等。為了保證操作面設(shè)備的維修，必須保證有足夠維修空間，氧化反應(yīng)器還應(yīng)考慮進出通道。所有進、出反應(yīng)器的物料管線應(yīng)避免死角。氣相氧化反應(yīng)器系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置反應(yīng)物料的比例控制和聯(lián)鎖系統(tǒng)及氧含量檢測儀。氧化設(shè)備布置在封閉式廠房內(nèi)時，應(yīng)采用防止可燃氣體和腐蝕性氣體積聚，并具有防爆、泄壓等措施，事故通風機應(yīng)與設(shè)置的有毒氣體或可燃氣體檢測、報警裝置聯(lián)鎖。

反應(yīng)釜需防止反應(yīng)失控而產(chǎn)生飛溫，其措施有：反應(yīng)釜應(yīng)有較大的換熱面積，要連續(xù)通入冷卻介質(zhì)，利用原料氣的溫度調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度。在大規(guī)模氧化反應(yīng)生產(chǎn)中應(yīng)采用外循環(huán)器冷卻。在爆炸極限附件進行的氧化反應(yīng)時，需控制物料氣與氧化氣的比例。生產(chǎn)裝置要有自控系統(tǒng)，氧化劑含量分析的安全聯(lián)鎖警報裝置等。在原料混合設(shè)備和氧化反應(yīng)設(shè)備等易爆設(shè)備上安裝爆破片及安全閥等泄放裝置。阻火器應(yīng)安裝在氧化反應(yīng)器前的氣態(tài)進料管道以及放空管上，防止回火在系統(tǒng)蔓延。

[1]國家安全監(jiān)管總局關(guān)于公布首批重點監(jiān)管的危險化工工藝目錄的通知[M].安監(jiān)總管三[2009]116號.

吳李(1985-)，男，碩士研究生，工程師，從事醫(yī)藥化工設(shè)計工作。