環(huán)氧乙烷的儲(chǔ)存安全措施

王慶(中海油石化工程有限公司，山東 濟(jì)南 250101)

0 引言

環(huán)氧乙烷易燃、易爆、易自聚，依據(jù)其與人接觸的毒性危害指標(biāo)被劃分為極度危害介質(zhì)(Ⅰ級(jí))[1,2]，被國(guó)家安監(jiān)總局列入首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品名錄，在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)确矫鎽?yīng)予以極大的重視，不僅要嚴(yán)格遵守石油化工的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程，還要根據(jù)其易聚合、易氣化、高溫分解、有毒、爆炸極限范圍寬等特殊危險(xiǎn)性質(zhì)采取相應(yīng)的安全措施。

1 泵安全措施

由于環(huán)氧乙烷具有危險(xiǎn)特性，其輸送泵的選擇至關(guān)重要。

1.1 泵的選型

基于環(huán)氧乙烷的危險(xiǎn)特性，其輸送泵應(yīng)選用具有可靠機(jī)械密封性能的泵。規(guī)范中規(guī)定Ⅰ、Ⅱ級(jí)毒性液體的輸送泵應(yīng)選用屏蔽泵或磁力泵[3,4]。屏蔽泵因?yàn)槠錈o(wú)動(dòng)密封、完全無(wú)泄漏、無(wú)需潤(rùn)滑液和密封液、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，適用于易氣化的有毒有害危險(xiǎn)物料的輸送。因此環(huán)氧乙烷推薦選用屏蔽泵。

1.2 泵溫度控制措施

環(huán)氧乙烷的沸點(diǎn)為10.7℃，極易氣化。環(huán)氧乙烷的儲(chǔ)存溫度為-6～0℃[5]，通常要求環(huán)氧乙烷以較低溫度泵送至生產(chǎn)裝置，溫度一旦高于沸點(diǎn)，介質(zhì)將氣化導(dǎo)致泵氣蝕。另外，環(huán)氧乙烷易自聚，酸、堿、氯化物、氧化物等催化劑的存在，以及高溫都會(huì)導(dǎo)致環(huán)氧乙烷聚合，放出大量熱量。若不采取有效措施降溫，聚合反應(yīng)會(huì)自動(dòng)加速使環(huán)氧乙烷氣化并可能導(dǎo)致爆炸分解[1,6,7]。

因此，應(yīng)采取措施防止環(huán)氧乙烷泵溫度升高。應(yīng)采取以下措施：(1)選用逆循環(huán)性屏蔽泵，利用環(huán)氧乙烷介質(zhì)本身作為循環(huán)液為軸承、電機(jī)及泵內(nèi)部件進(jìn)行冷卻、潤(rùn)滑，防止泵體發(fā)熱[8]。循環(huán)液從葉輪排出，經(jīng)屏蔽套間隙、軸承和后蓋后，通過(guò)一根較小尺寸管線返回儲(chǔ)罐氣相空間。(2)環(huán)氧乙烷泵設(shè)置冷卻夾套，利用乙二醇冷凍液保證泵體溫度在0℃以下。(3)泵內(nèi)設(shè)置流體溫度檢測(cè)與軸承溫度檢測(cè)及報(bào)警、聯(lián)鎖控制。當(dāng)軸承溫度達(dá)到15℃時(shí)聯(lián)鎖停泵，對(duì)泵體與連接管線進(jìn)行降溫。(4)環(huán)氧乙烷泵設(shè)置噴淋裝置，并保證噴淋水量充足。當(dāng)夏季氣溫較高時(shí)打開(kāi)噴淋裝置為泵體進(jìn)行噴淋冷卻。(5)采取措施防止泵空轉(zhuǎn)，避免電機(jī)功率轉(zhuǎn)換為熱能導(dǎo)致泵體與介質(zhì)溫度上升。

1.3 泵空轉(zhuǎn)

若泵發(fā)生空轉(zhuǎn)，泵軸承得不到液體冷卻與潤(rùn)滑導(dǎo)致干磨，泵軸承、轉(zhuǎn)子部件、泵體迅速升溫，造成泵體損壞，另一方面，高溫引發(fā)泵內(nèi)液體聚合，強(qiáng)烈放熱，導(dǎo)致氣化及分解爆炸。防止泵空轉(zhuǎn)的安全措施主要有：(1)環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐設(shè)置液位聯(lián)鎖，當(dāng)儲(chǔ)罐液位達(dá)到低低值時(shí)聯(lián)鎖停外輸泵，10s 后聯(lián)鎖關(guān)閉泵前后管線自控閥門(mén)。(2)泵出口管線設(shè)置流量檢測(cè)，當(dāng)介質(zhì)流量達(dá)到泵允許的最小連續(xù)流量時(shí)聯(lián)鎖停泵。(3)泵出口外輸管線上設(shè)置回流管線，泵體始終有穩(wěn)定流量通過(guò)回流管線返回儲(chǔ)罐，保證泵的輸出功率?；亓鞴芫€上閥門(mén)應(yīng)保證在執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障時(shí)保持開(kāi)啟狀態(tài)。(4)泵體設(shè)置空載保護(hù)器，設(shè)置最低保護(hù)電流，當(dāng)泵流量降低至最小要求連續(xù)流量時(shí)自動(dòng)停泵。

1.4 其他安全措施

環(huán)氧乙烷泵電機(jī)定子上設(shè)置壓力變送器以檢測(cè)泵體泄漏，避免屏蔽套泄漏后環(huán)氧乙烷進(jìn)入定子內(nèi)部與空氣混合造成爆炸危險(xiǎn)。環(huán)氧乙烷泵應(yīng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，長(zhǎng)期停泵時(shí)應(yīng)用氮?dú)鈱⒈门c前后管道吹掃干凈[3]。

2 安全閥放空

為環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐設(shè)置超壓保護(hù)，在罐頂設(shè)置安全閥，并設(shè)置在線備用安全閥及泄放副線。由于環(huán)氧乙烷屬于極度危害介質(zhì)，應(yīng)選用全啟式波紋管安全閥。在安全閥前立管上串聯(lián)爆破片，在爆破片前和排出管線上設(shè)置充氮管線，連續(xù)吹掃安全閥前后管線防止環(huán)氧乙烷聚合阻塞泄放管路。當(dāng)儲(chǔ)罐溫度異?；蚱渌?qū)е聝?chǔ)罐壓力到設(shè)定壓力后安全閥起跳泄壓。

安全閥后泄放管線排出的環(huán)氧乙烷可能處于爆炸極限之內(nèi)，并且，環(huán)氧乙烷易聚合，可能堵塞排放系統(tǒng)管道，因此不能將其排入全廠性可燃性氣體排放系統(tǒng)或火炬系統(tǒng)，應(yīng)單獨(dú)處理。

結(jié)合多個(gè)工程項(xiàng)目研究可知，對(duì)于安全閥泄放氣體的處理方式存在以下兩種方案。

2.1 蒸汽吸收處理

將泄放氣體引至安全位置就地排放，并在排放管出口下方設(shè)置蒸汽管線。安全閥前管線設(shè)置壓力變送器，當(dāng)變送器檢測(cè)到安全閥前管線壓力達(dá)到起跳壓力時(shí)，聯(lián)鎖打開(kāi)蒸汽管線自動(dòng)閥門(mén)，排放蒸汽吸收、吹散泄放環(huán)氧乙烷，利用環(huán)氧乙烷能與水任意比例互溶的性質(zhì)，使環(huán)氧乙烷濃度低于其爆炸極限。

優(yōu)點(diǎn)：(1)工藝簡(jiǎn)單易于操作，可在事故發(fā)生后短時(shí)間內(nèi)完成處理；(2)可大幅降低環(huán)氧乙烷泄放氣體發(fā)生聚合的可能性，避免因環(huán)氧乙烷聚合堵塞管道而導(dǎo)致的事故，操作安全隱患低；(3)具有多個(gè)安全運(yùn)行工程實(shí)例，可借鑒性高。缺點(diǎn)：(1)蒸汽吸收過(guò)程受環(huán)境影響較大，吸收效果不易控制；(2)安全閥起跳為低概率事件，但蒸汽需24h 備用，增加運(yùn)行成本。

2.2 水洗塔處理

將泄放氣體通過(guò)管道密閉引至裝置區(qū)水洗塔用水噴淋吸收，將處理后的無(wú)毒害氣體經(jīng)塔頂阻火器后排至大氣，將處理后的廢水引至污水處理。

優(yōu)點(diǎn)：(1)將有毒介質(zhì)密閉處理，避免有毒可燃?xì)怏w直接排至大氣，滿(mǎn)足環(huán)保要求；(2)處理過(guò)程易于控制，處理效果更為徹底；(3)運(yùn)行成本降低。缺點(diǎn)：(1)泄放管道中可能發(fā)生環(huán)氧乙烷氣體在泄放過(guò)程中聚合堵塞出口管道及水洗塔的事故，造成二次破壞；(2)安全閥至水洗塔間管線需進(jìn)行保冷處理，管道費(fèi)用增加；(3)安全閥泄放氣體處理量遠(yuǎn)大于裝置區(qū)正常操作水洗塔的處理量，若為滿(mǎn)足泄放氣體的處理需將水洗塔規(guī)模變大，成本增加，且安全閥起跳為小概率事件，水洗塔設(shè)計(jì)不經(jīng)濟(jì)。

通過(guò)以上對(duì)比分析和運(yùn)行實(shí)例的調(diào)研，綜合考慮后推薦使用方案一進(jìn)行處理。

3 其他安全措施

3.1 氮封

環(huán)氧乙烷在空氣中的爆炸下限為3%，理論上無(wú)爆炸上限。環(huán)氧乙烷在氮?dú)?、二氧化碳、甲烷、乙烷等氣體環(huán)境中爆炸下限顯著提高。工業(yè)生產(chǎn)中通常采用氮?dú)庾鳛榄h(huán)氧乙烷儲(chǔ)存的保護(hù)氣體，環(huán)氧乙烷在氮?dú)庵械谋ㄏ孪逓?5%[9]。氮封壓力必須大于環(huán)氧乙烷在最高環(huán)境溫度下的飽和蒸汽壓且不得高于儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力[10,11]。氮?dú)鈮毫σ话銥?.07～0.35MPa，要求氮?dú)怏w積分?jǐn)?shù)不低于99.9%，氮?dú)庵械难鹾坎坏么笥?.5%。

3.2 輸送管路

環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐液面以下不得有儀表開(kāi)口，罐底出液口與第一道閥門(mén)間采用焊接連接，不留法蘭，且該閥門(mén)應(yīng)安裝在罐區(qū)防火堤外以減少泄漏的可能。管道中盡量采用焊接，少用法蘭，不得采用絲扣連接。環(huán)氧乙烷管線應(yīng)步步坡向儲(chǔ)罐，避免出現(xiàn)液袋死區(qū)，以防止介質(zhì)在其中聚合堵塞管道，若無(wú)法滿(mǎn)足步步低排液要求，應(yīng)設(shè)置低點(diǎn)密閉排凈，并配有氮?dú)獯祾遊11]。支管連接處應(yīng)為最小連接。環(huán)氧乙烷在相鄰裝置之間管道輸送時(shí)，應(yīng)設(shè)置伴冷管，防止環(huán)氧乙烷升溫氣化。

當(dāng)存在管道兩端切斷閥關(guān)閉造成封閉管段的情況時(shí)，管中介質(zhì)受環(huán)境溫度、陽(yáng)光輻射會(huì)發(fā)生熱膨脹或氣化，兩切斷閥中間管線應(yīng)設(shè)置熱膨脹安全閥。

3.3 噴淋

環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐外應(yīng)設(shè)置水冷卻噴淋裝置，并保證充足的水源供應(yīng)。當(dāng)夏季溫度較高，儲(chǔ)罐溫度檢測(cè)高報(bào)警時(shí)聯(lián)鎖開(kāi)啟噴淋管線閥門(mén)，為罐體進(jìn)行冷卻降溫。冷卻噴淋水量不低于0.18m3/m2[12]，噴頭壓力不低于0.2MPa。

3.4 聯(lián)鎖控制

儲(chǔ)罐設(shè)置液位聯(lián)鎖，液位達(dá)到高值時(shí)聯(lián)鎖停卸料泵，達(dá)到低低值時(shí)聯(lián)鎖停外輸泵，停泵延遲10s 后聯(lián)鎖關(guān)閉泵前后閥門(mén)。儲(chǔ)罐設(shè)置壓力檢測(cè)與分程調(diào)節(jié)，通過(guò)控制氮封管線及廢氣管線上的壓力調(diào)節(jié)閥維持罐內(nèi)壓力保持0.3MPa。設(shè)置換熱器為環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐進(jìn)行外循環(huán)降溫，冷凍液為-12℃乙二醇水溶液。當(dāng)儲(chǔ)罐溫度達(dá)到高報(bào)警值時(shí)，打開(kāi)外循環(huán)流程，將罐內(nèi)液體泵送至換熱器管程將溫度降低至-5℃后進(jìn)罐。管程出口管線設(shè)溫度檢測(cè)，聯(lián)鎖控制換熱器殼程出口管線上的溫度調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，通過(guò)控制冷凍液的流量使環(huán)氧乙烷溫度控制在合理范圍內(nèi)。氮封管線上設(shè)置壓差檢測(cè)與關(guān)斷系統(tǒng)，當(dāng)?shù)獨(dú)夤?yīng)系統(tǒng)發(fā)生故障，供氮壓力下降至接進(jìn)罐內(nèi)壓力時(shí)，聯(lián)鎖關(guān)閉氮?dú)夤芫€上的關(guān)斷閥，防止罐內(nèi)混合氣體反竄至氮?dú)庀到y(tǒng)發(fā)生危險(xiǎn)。泵溫度、流量聯(lián)鎖，儲(chǔ)罐安全閥蒸汽吹掃管線閥門(mén)聯(lián)鎖，儲(chǔ)罐噴淋閥門(mén)聯(lián)鎖在前文已經(jīng)詳述，在此不再贅述。

4 結(jié)語(yǔ)

環(huán)氧乙烷為極度危害介質(zhì)，應(yīng)根據(jù)其易聚合、易氣化、高溫分解、有毒、爆炸極限范圍寬等特殊危險(xiǎn)性質(zhì)，在泵的控制、安全泄放、氮封保護(hù)、噴淋、聯(lián)鎖控制等方面應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注并采取相應(yīng)的安全措施。