銀法甲醇氧化制甲醛自動控制改造方案及安全性分析

陳德波(江蘇中安科技服務(wù)有限公司)

銀法甲醇氧化制甲醛自動控制改造方案及安全性分析

陳德波(江蘇中安科技服務(wù)有限公司)

本文簡述了早期銀法甲醛裝置氧化工藝的自動控制方法，對其存在的危險有害因素進行分析，根據(jù)實踐總結(jié)了較為經(jīng)濟合理的自動控制改造方案，對改造后系統(tǒng)的火災(zāi)爆炸危險指數(shù)進行了定量計算。

甲醇;甲醛;氧化;自動控制;安全性

1 甲醇氧化工藝介紹

甲醛生產(chǎn)關(guān)鍵工序氧化過程是甲醇蒸汽、空氣和水蒸汽三元氣體混合后，在氧化器中經(jīng)催化發(fā)生甲醇氧化和脫氫反應(yīng)，一般反應(yīng)溫度580～690℃，反應(yīng)式如下：

原甲醛生產(chǎn)裝置在氧化器的設(shè)計上采用正路管道進氣，手動蝶閥控制物料流量。在開車前一階段，一定量空氣和甲醇混合氣體經(jīng)旁路將冷卻液體吹入吸收塔，待達到一定過熱溫度和蒸發(fā)溫度，操作人員到現(xiàn)場打開氧化器正路進氣閥門關(guān)閉旁路排空閥，進行氧化器內(nèi)氣體置換并調(diào)節(jié)一定量的氧醇比，控制好物料流量進行點火升溫，達到一定反應(yīng)溫度后提高原料流量至工藝要求范圍，進入正常的氧化反應(yīng)狀態(tài)。在這一過程中，反應(yīng)溫度的控制不僅關(guān)系產(chǎn)品的質(zhì)量，更關(guān)系到生產(chǎn)的安全性。

2 原有控制方案介紹

早期甲醛裝置控制系統(tǒng)基本采用電動指示調(diào)節(jié)儀、電氣轉(zhuǎn)換器和氣動調(diào)節(jié)閥構(gòu)成回路，通過控制甲醇、空氣、水蒸氣比例來控制氧化反應(yīng)溫度。這種控制方式未將氧化反應(yīng)溫度接入控制系統(tǒng)回路，而是通過操作人員觀察氧化溫度變化情況，判斷是否需要調(diào)整原料配比。

3 危險有害因素分析

甲醇氧化工藝涉及易燃易爆物質(zhì)和高溫反應(yīng)(580～690℃)，主要危險有害因素包括火災(zāi)爆炸、中毒窒息、灼燙事故。

(1)在開車點火升溫階段，操作人員需經(jīng)常到氧化器現(xiàn)場調(diào)節(jié)閥門，未能實現(xiàn)遠程控制，人員處于火災(zāi)爆炸危險環(huán)境中頻率過高，同時可能發(fā)生人員灼燙傷事故。

(2)遇到停電、鼓風(fēng)機故障、變頻器等電氣故障，需緊急到現(xiàn)場切換閥門，尤其夜間生產(chǎn)時存在多種事故隱患。如不能迅速切換氧化器閥門，不僅不利于催化劑床層的保護，更易發(fā)生系統(tǒng)回火爆炸事故。

(3)設(shè)備故障或操作失誤，造成氧化溫度迅速上升，操作人員一時無法正確采取處理措施，系統(tǒng)不能緊急停車，不能及時切斷氧化器進料，此種情況極易造成催化劑熔化和發(fā)生火災(zāi)爆炸事故。

4 火災(zāi)爆炸危險指數(shù)定量分析

4.1 分析方法選擇

采用《火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)法》(第七版)進行裝置分析，危險性等級劃分見表1。

表1 危險性等級

4.2 分析對象和物質(zhì)系數(shù)

選取50000T/A甲醛裝置氧化器(直徑1800mm，空間容積約4m3)進行火災(zāi)爆炸危險指數(shù)分析。

物質(zhì)系數(shù)MF由美國防火協(xié)會(NFPA)確定的物質(zhì)可燃性Nf和化學(xué)活潑性Nr求得。甲醇數(shù)據(jù)見表2。

表2 甲醇物質(zhì)系數(shù)表

4.3 工藝危險系數(shù)F3及火災(zāi)、爆炸指數(shù)F&EI

工藝裝置危險系數(shù)求取及火災(zāi)爆炸指數(shù)計算見表3。

表3 氧化器危險系數(shù)取值分析

4.4 小結(jié)

根據(jù)危險系數(shù)取值及火災(zāi)爆炸指數(shù)計算，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的暴露區(qū)域半徑和暴露區(qū)域面積均較大，火災(zāi)爆炸危險等級很大。

5 改造措施

根據(jù)《首批重點監(jiān)管的危險化工工藝安全控制要求、重點監(jiān)控參數(shù)及推薦的控制方案》要求，在原控制系統(tǒng)接入氧化溫度，能夠?qū)崿F(xiàn)緊急停車、緊急斷料、遠程控制。

(1)氧化器正路、旁路手動閥門更換為氣動調(diào)節(jié)閥，安裝電氣轉(zhuǎn)換裝置和調(diào)節(jié)裝置。

(2)控制甲醇蒸發(fā)量。設(shè)定氧化溫度690℃，氧化溫度信號傳至智能調(diào)節(jié)儀(帶開關(guān)量的智能儀表即可實現(xiàn)，如PN-3000智能PID調(diào)節(jié)器)，通過繼電器斷開蒸溫控制點電動調(diào)節(jié)儀電源信號，現(xiàn)場氣動薄膜調(diào)節(jié)閥打開，升高蒸溫，增加甲醇蒸發(fā)量，降低氧醇比，降低氧溫。氧溫低于690℃后，恢復(fù)正?？刂啤?/p>

(3)控制配料蒸汽。如上步操作氧化溫度沒有降至安全范圍，并繼續(xù)上升，可設(shè)定氧化溫度達到700℃，斷開配料蒸汽控制點電動調(diào)節(jié)儀電源信號，現(xiàn)場氣動薄膜調(diào)節(jié)閥打開，增加配料蒸汽，提高水醇比，降低氧溫。氧溫低于700℃后，電源接通恢復(fù)正?？刂啤?/p>

(4)緊急停車。如上述兩種方案均沒有控制氧化溫度下降，設(shè)定氧化溫度達到720℃，斷開控制鼓風(fēng)機變頻器開關(guān)電源，停止鼓風(fēng)機運行，同時打開旁通閥門，關(guān)閉氧化器進料閥門，系統(tǒng)停車。

如遇停電或變頻器故障停機均可實現(xiàn)緊急停車。

6 安全補償系數(shù)計算

補充緊急停車和溫度聯(lián)鎖，可以降低裝置危險性，結(jié)合裝置原采取安全措施進行安全補償計算。

根據(jù)道化學(xué)公司《火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)評價法》，對裝置安全措施選取補償系數(shù)C1、C2、C3，并按公式C= C1×C2×C3求出裝置補償系數(shù)，見表4。

表4 裝置安全措施補償系數(shù)計算

d．聯(lián)鎖裝置 0．98 0．98物質(zhì)隔離安全補償系數(shù)C2值 0．96 3．防火設(shè)施安全補償系數(shù) 補償系數(shù)范圍 補償系數(shù)a．泄漏檢測裝置 0．94～0．98 0．98 b．結(jié)構(gòu)鋼 0．95～0．98 c．消防水供應(yīng)系統(tǒng) 0．94～0．97 0．97 d．特殊滅火系統(tǒng) 0．91 e．灑水滅火系統(tǒng) 0．74～0．97 f．水幕 0．97～0．98 g．泡沫滅火裝置 0．92～0．97 h．手提式滅火器材/噴水槍 0．93～0．98 0．88 i．電纜防護 0．94～0．98 0．94防火設(shè)施安全補償系數(shù)C3值 0．79安全措施總補償系數(shù)C= C1×C2×C3 0．67補償火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)(F&EI)＇= F&EI×C 85．49補償后危害系數(shù) 0．51暴露區(qū)域半徑(米) 21．89暴露區(qū)域面積(平方米) 1505．23補償火災(zāi)、爆炸危險等級 較輕

7 火災(zāi)爆炸危險指數(shù)分析結(jié)果

甲醇氧化器火災(zāi)爆炸危險指數(shù)分析匯總見表5。

表5 火災(zāi)爆炸危險分析匯總表

通過上述分析，氧化器火災(zāi)爆炸危險等級為很大，在采取了安全補償措施后，其火災(zāi)爆炸危險指數(shù)降低到了較輕的等級。

8 結(jié)論

通過對裝置原自動控制系統(tǒng)的評估，采用上述較為經(jīng)濟合理的改造方案，可實現(xiàn)超溫或停電緊急停車、氧化反應(yīng)器緊急自動斷料、氧化反應(yīng)器進料閥門遠程控制，可以較大程度減低系統(tǒng)的危險程度。輔以其他安全措施及管理手段，能夠有效的減少、預(yù)防氧化反應(yīng)工段出現(xiàn)火災(zāi)爆炸、人員中毒窒息等安全事故。