苯乙烯裝置應(yīng)急加藥設(shè)施的設(shè)計(jì)

臺寧寧,鄒培軒

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101)

苯乙烯是一種重要的化工原料，可用于生產(chǎn)聚苯乙烯、合成橡膠等產(chǎn)品。苯乙烯化學(xué)性質(zhì)活潑，極易聚合，且苯乙烯的聚合反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高反過來會加快聚合反應(yīng)，若不加以控制，苯乙烯會在儲存容器或操作容器內(nèi)發(fā)生“爆聚”。輕度的苯乙烯聚合會影響產(chǎn)品質(zhì)量，而苯乙烯發(fā)生“爆聚”會影響裝置的重新開工周期，“爆聚”放出的大量熱量導(dǎo)致苯乙烯氣化，并在設(shè)備管口、塔內(nèi)件等位置聚合，同時(shí)設(shè)備內(nèi)壓力持續(xù)升高，最終導(dǎo)致設(shè)備爆裂。

發(fā)生苯乙烯“爆聚”的工況主要為停電工況，此時(shí)裝置停止運(yùn)行，阻聚劑停止加注，苯乙烯裝置精餾單元塔釜內(nèi)存有大量的苯乙烯，塔釜內(nèi)溫度較高，且阻聚劑為消耗型的藥劑，其濃度隨時(shí)間延長不斷降低，若不采取措施，一段時(shí)間后就會發(fā)生苯乙烯“爆聚”。為避免苯乙烯發(fā)生“爆聚”，本文以某煉廠苯乙烯裝置為例，設(shè)計(jì)了一套應(yīng)急加藥設(shè)施，在該裝置停電及其它非正常工況，可向精餾單元苯乙烯塔釜內(nèi)注入大量的阻聚劑，在一定程度上抑制苯乙烯“爆聚”傾向，

1 應(yīng)急加藥設(shè)施流程

苯乙烯裝置的應(yīng)急加藥設(shè)施流程見圖1。應(yīng)急加藥設(shè)施包括一個(gè)應(yīng)急阻聚劑罐、一臺應(yīng)急阻聚劑卸料泵和一臺應(yīng)急阻聚劑進(jìn)料泵。其中應(yīng)急阻聚劑卸料泵采用氣動隔膜泵，用于一次性向應(yīng)急阻聚劑罐內(nèi)加入阻聚劑。應(yīng)急阻聚劑罐設(shè)置氮封，并設(shè)置一臺安全閥。應(yīng)急阻聚劑進(jìn)料泵采用隔膜計(jì)量泵，并設(shè)置副線。應(yīng)急阻聚劑罐及阻聚劑管線采用電伴熱，伴熱維持溫度25℃，以防止阻聚劑凝結(jié)。

在苯乙烯裝置正常生產(chǎn)過程中，應(yīng)急阻聚劑進(jìn)料泵處于關(guān)停狀態(tài)，副線關(guān)閉，應(yīng)急阻聚劑罐保持氮封。當(dāng)發(fā)生非停電應(yīng)急情況，保持副線關(guān)閉，啟動應(yīng)急阻聚劑進(jìn)料泵，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急阻聚劑的加注。當(dāng)發(fā)生停電應(yīng)急情況，關(guān)閉應(yīng)急阻聚劑進(jìn)料泵進(jìn)出口切斷閥，打開副線，同時(shí)關(guān)閉應(yīng)急阻聚劑罐氮封，打開連接氮?dú)夤芫W(wǎng)管線閥門，將氮?dú)庖霊?yīng)急阻聚劑罐，以氮?dú)庾鳛閴毫υ?，?shí)現(xiàn)應(yīng)急阻聚劑的加注。

圖1 苯乙烯裝置應(yīng)急加藥設(shè)施

應(yīng)急阻聚劑加注點(diǎn)按需要設(shè)置。對于塔釜含有大量苯乙烯的塔，必須設(shè)置加注點(diǎn)。該裝置加注點(diǎn)包括精餾單元的脫氫液預(yù)分塔、乙苯/苯乙烯塔及精苯乙烯塔的塔釜。加注點(diǎn)可設(shè)置在塔最下一層填料的上方，阻聚劑經(jīng)過填料后，能分布較為均勻的到達(dá)塔釜，以提高阻聚效果。加注管線上需設(shè)置流量計(jì)，方便對加注流量進(jìn)行監(jiān)控。

2 阻聚劑選擇

自20世紀(jì)70～80年代至今，阻聚劑經(jīng)歷了三代發(fā)展歷程。第一代阻聚劑目前大多與其它組分復(fù)配使用，其單獨(dú)使用效果差，且具有較大的毒性。第二代阻聚劑以DNPC、DNBP、哌啶類氮氧自由基阻聚劑為代表，阻聚性能有了較大的提高，在苯乙烯裝置被廣泛的使用。第三代阻聚劑為復(fù)配型阻聚劑，其特點(diǎn)為低毒高效。

目前該裝置使用的阻聚劑有DNBP、精餾阻聚劑(哌啶類氮氧自由基阻聚劑)及TBC。TBC化學(xué)組分為對叔丁基鄰本二酚，DNBP化學(xué)組成為2-仲丁基-4,6-二硝基苯酚，這兩類阻聚劑相較精餾阻聚劑，毒性都較大。考慮到加藥安全性，本應(yīng)急加藥設(shè)施選用精餾阻聚劑作為應(yīng)急阻聚劑，其化學(xué)組成為4-羥基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基，該阻聚劑屬于第二代阻聚劑，其性質(zhì)穩(wěn)定，毒性小，阻聚效果好。應(yīng)急阻聚劑性質(zhì)見表1。

表1 應(yīng)急阻聚劑性質(zhì)

3 平面布置

苯乙烯裝置內(nèi)正常運(yùn)行過程中使用的阻聚劑需集中布置在裝置邊界，以方便阻聚劑的卸車裝罐。應(yīng)急阻聚劑毒性較小，為減少應(yīng)急加注的管路長度，減短應(yīng)急加注反應(yīng)時(shí)間，將應(yīng)急加藥設(shè)施布置在精餾區(qū)。應(yīng)急加藥設(shè)施周邊設(shè)置圍堰，以防止阻聚劑泄露?？紤]到應(yīng)急阻聚劑對眼睛的毒性作用，在應(yīng)急加藥設(shè)施附近設(shè)置洗眼器。

4 操作過程中的注意事項(xiàng)

為保證應(yīng)急加藥設(shè)施的正常使用，在應(yīng)急工況下起到抑制“爆聚”的效果，同時(shí)保證人員安全，應(yīng)急加藥設(shè)施使用過程中應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

(1)應(yīng)急阻聚劑一次性加入到應(yīng)急阻聚劑罐中，加藥時(shí)操作工需注意個(gè)人防護(hù)。操作工應(yīng)身穿防護(hù)服，頭戴面罩或安全護(hù)目鏡，加藥完成后應(yīng)徹底清洗臉部、手部、及任何暴露的皮膚。若加藥過程中阻聚劑飛濺至眼睛內(nèi)，應(yīng)立即使用洗眼器，用大量清水清洗，必要時(shí)送醫(yī)診治。

(2)應(yīng)急阻聚劑加入到應(yīng)急阻聚劑罐中后，阻聚劑罐采用氮封，以保證阻聚劑罐的封閉和罐內(nèi)壓力的穩(wěn)定。

(3)精餾阻聚劑溫度不能超過55℃，否則會發(fā)生分解。為防止阻聚劑凝結(jié)堵塞管道或發(fā)生局部超溫分解，應(yīng)急設(shè)施及加注管道采用電伴熱便于控溫。

(4)應(yīng)急阻聚劑進(jìn)料泵至塔管線上設(shè)置有流量計(jì)，在應(yīng)急加藥過程中要密切關(guān)注流量計(jì)數(shù)值，保證有足量的應(yīng)急阻聚劑加入到塔釜內(nèi)。

(5)在應(yīng)急阻聚劑正常加注的情況下，仍應(yīng)密切關(guān)注精餾單元塔頂?shù)臏囟燃皦毫ψ兓闆r，若溫度升高或壓力升高，應(yīng)加大應(yīng)急阻聚劑的加注量，同時(shí)采取有效措施降低塔內(nèi)壓力。

5 其它輔助措施

塔釜內(nèi)苯乙烯溫度是導(dǎo)致苯乙烯“爆聚”的主要因素。建議的苯乙烯儲存溫度應(yīng)小于25℃[1]。而塔釜內(nèi)的溫度可達(dá)115℃。苯乙烯溫度超過65℃，就會發(fā)生“爆聚”[2]。因此，在應(yīng)急工況下除了需注入大量阻聚劑外，降低塔釜內(nèi)苯乙烯的溫度同樣是抑制“爆聚”的關(guān)鍵。建議在塔釜位置設(shè)備外壁設(shè)循環(huán)水盤管，通過水的降溫作用將塔釜溫度降至65℃以下。

停電對于苯乙烯裝置而言屬于嚴(yán)重事故工況，即使已設(shè)置有應(yīng)急處理措施，平時(shí)仍應(yīng)注意避免此類工況的發(fā)生。操作工應(yīng)定期檢查事故電機(jī)，保證事故電機(jī)位于自動位置。當(dāng)裝置停電時(shí)，若6s內(nèi)未啟動事故電源，操作工應(yīng)手動打開事故電機(jī)，保證裝置快速恢復(fù)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

6 結(jié)論

苯乙烯裝置精餾單元塔釜內(nèi)存有大量的苯乙烯，在停電工況下有“爆聚”的危險(xiǎn)。本文提供的應(yīng)急加藥設(shè)施可在停電工況下使用，快速地向精餾單元塔釜內(nèi)注入大量的阻聚劑，抑制苯乙烯“爆聚”傾向，保證設(shè)備和人員安全。