淺析1-[2(2-羥基乙氧基)乙基]哌嗪生產(chǎn)工藝安全技術(shù)措施

陳紅霞，李合青(河南鑫利安全技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司，河南 安陽(yáng) 455000)

0 引言

化工生產(chǎn)安全事故多數(shù)因?yàn)閷?duì)物質(zhì)危險(xiǎn)性辨識(shí)不清、防控措施不到位引起的，參照GB 6441—86《企業(yè)職工傷亡事故分類》的分類方法[1]，綜合考慮起因物、引起事故的先發(fā)誘導(dǎo)性原因、致害物、傷害方式等，1-[2(2-羥基乙氧基)乙基]哌嗪工藝生產(chǎn)過(guò)程中易造成群死群傷的主要危險(xiǎn)有害因素是火災(zāi)、爆炸，發(fā)生概率較高的是化學(xué)灼傷，根據(jù)對(duì)該工藝涉及的物質(zhì)危險(xiǎn)性的辨識(shí)以及生產(chǎn)環(huán)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)分析，制定相應(yīng)的安全管控技術(shù)措施，從而避免事故的發(fā)生。

1 工藝流程簡(jiǎn)介

搪瓷反應(yīng)釜中加入水、攪拌下開(kāi)始投入哌嗪二鹽，升溫至溶解后加入哌嗪，加完后開(kāi)啟蒸汽閥門(mén)，緩慢升溫到110～114 ℃，并保持上述溫度下滴加2-氯乙氧基乙醇，滴加結(jié)束，然后保溫反應(yīng)，保溫結(jié)束開(kāi)啟冷卻水降溫到55 ℃后開(kāi)始減壓脫水，待溫度升到95 ℃，真空度大于-0.85 MPa時(shí)停止蒸餾，開(kāi)啟冷卻水降溫到60 ℃時(shí)，1600 kg水分小于10%的甲醇，加完降溫，降溫結(jié)束后放料離心，濾餅裝袋，母液抽入到另一反應(yīng)釜中，滴加液堿，調(diào)pH值至中性，滴加結(jié)束后常壓回收甲醇，溫度到100 ℃開(kāi)始減壓蒸餾脫水，真空脫水結(jié)束，再次降溫到60 ℃后加入甲醇，加完后降溫，降溫結(jié)束后氯化鈉濾餅裝袋，濾液抽入到濃縮釜中，常壓回收甲醇，當(dāng)溫度到95 ℃時(shí)開(kāi)始減壓脫水到92 ℃時(shí)結(jié)束蒸餾，開(kāi)啟高真空泵減壓蒸餾產(chǎn)品至接受罐，精餾結(jié)束進(jìn)行包裝入庫(kù)。

該工藝涉及的主要反應(yīng)方程式如下：

2 主要裝置(設(shè)備)和設(shè)施

1-[2(2-羥基乙氧基)乙基]哌嗪生產(chǎn)涉及的主要設(shè)備有搪瓷反應(yīng)釜、甲醇儲(chǔ)罐、玻璃鋼液堿儲(chǔ)罐等。

3 生產(chǎn)過(guò)程中主要危險(xiǎn)有害因素分析

1-[2(2-羥基乙氧基)乙基]哌嗪生產(chǎn)工藝主要包括取代反應(yīng)、減壓脫水、離心、常壓回收甲醇、高真空精餾、中和反應(yīng)。該工藝生產(chǎn)過(guò)程中涉及的原輔料的特性如下：

(1)原料哌嗪，閃點(diǎn)109.4 ℃，遇明火、高熱可燃。燃燒分解時(shí)，放出有毒的氮氧化物氣體。受熱分解放出有毒氣體。具有腐蝕性；

(2)原料2-氯乙氧基乙醇，液體，沸點(diǎn)75～76 ℃/667 Pa，閃點(diǎn)90 ℃；

(3)甲醇易燃，閃點(diǎn)(℃)：11，爆炸上限%(V/V)：44.0，爆炸下限%(V/V)：5.0，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇火源會(huì)著火回燃。

該工藝生產(chǎn)過(guò)程中涉及的危險(xiǎn)化學(xué)品有原輔料哌嗪、甲醇(99.5%)、中間產(chǎn)物涉及的危險(xiǎn)化學(xué)品有無(wú)水氯化氫(不出系統(tǒng)直接溶于水與氫氧化鈉反應(yīng)生成氯化銨)，其中甲醇為重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品，該工藝儲(chǔ)存場(chǎng)所的甲醇罐、液堿罐，生產(chǎn)車間的反應(yīng)釜是其核心設(shè)備，其在反應(yīng)釜存在的風(fēng)險(xiǎn)有如下幾個(gè)方面：

(1)投料不規(guī)范，引起反應(yīng)釜中的物料爆炸。在生產(chǎn)操作環(huán)節(jié)，反應(yīng)釜投料的過(guò)程中，無(wú)水哌嗪投料的多少、2-氯乙氧基乙醇、氫氧化鈉滴加的快慢等都有可能引起反應(yīng)釜內(nèi)的反應(yīng)速率的變化，尤其是反應(yīng)急速熱量的產(chǎn)生造成爆炸，另外反應(yīng)釜溫度未降至工藝指標(biāo)內(nèi)，投放甲醇，造成易燃液體甲醇急速氣化，壓力升高從而造成爆炸事故；

(2)設(shè)備、管道泄漏引發(fā)的爆炸。在投料的過(guò)程中使用輸送泵往反應(yīng)釜中輸送甲醇液體時(shí)，反應(yīng)釜內(nèi)容易產(chǎn)生壓力，易形成輸送管道的損壞，另外甲醇儲(chǔ)罐本體發(fā)生損壞，容易造成甲醇泄漏，如遇明火或靜電就會(huì)造成爆炸事故的發(fā)生；

搪瓷反應(yīng)釜在夾套內(nèi)設(shè)置加熱、冷卻管道，加熱、冷卻介質(zhì)在夾套泄漏可能引起反應(yīng)釜溫度無(wú)法及時(shí)控制，可能因冷熱不均，釜內(nèi)物料急劇蒸發(fā)、汽化引起物理超壓，造成物理爆炸。另外甲醇泄漏于相對(duì)封閉的車間，遇靜電、明火等點(diǎn)火源造成二次爆炸，對(duì)作業(yè)人員、設(shè)備設(shè)施將造成災(zāi)害性后果。

(3)反應(yīng)釜內(nèi)局部高溫容易造成爆炸。反應(yīng)釜內(nèi)的無(wú)水哌嗪投放過(guò)程中不均勻，2-氯乙氧基乙醇與局部的無(wú)水哌嗪快速反應(yīng)引起反應(yīng)釜內(nèi)的溫度急速上升，水在短時(shí)間內(nèi)沸騰，壓力急速上升造成超壓爆炸事故；

(4)化學(xué)灼傷。該工藝生產(chǎn)過(guò)程中涉及氯化氫的產(chǎn)生，氯化氫極易溶于反應(yīng)釜中的水形成鹽酸，如果反應(yīng)釜泄漏破裂，會(huì)造成人員灼傷事故，另外酸堿中和使用的液堿，如果液堿罐、輸送管線或閥門(mén)泄漏會(huì)造成液堿噴濺，也會(huì)造成人員灼傷事故，所以操作過(guò)程中一定要佩戴防酸堿手套、護(hù)目鏡，做好安全防護(hù)，防止灼傷事故的發(fā)生。

4 事故后果模擬

事故后果計(jì)算采用中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的《重大危險(xiǎn)源區(qū)域定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)軟件V2.1》(CASST-QRA)對(duì)甲醇儲(chǔ)罐整體破裂池火災(zāi)害模式進(jìn)行事故后果模擬，根據(jù)模擬結(jié)果顯示的輕傷半徑范圍、死亡半徑范圍，確定甲醇儲(chǔ)罐的布局，滿足安全距離的要求，減少對(duì)外部造成的影響。

5 針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)采取的安全技術(shù)措施

(1)1-[2(2-羥基乙氧基)乙基]哌嗪生產(chǎn)工藝涉及重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)工藝(烷基化反應(yīng))，根據(jù)HAZOP分析及安全功能評(píng)定、反應(yīng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，確定是否設(shè)置安全儀表系統(tǒng)(SIS)及其安全危險(xiǎn)性等級(jí)(SIL)，以提高系統(tǒng)的安全可靠性[2]；

(2)該工藝設(shè)計(jì)應(yīng)由工程設(shè)計(jì)綜合資質(zhì)或相應(yīng)工程設(shè)計(jì)化工石化醫(yī)藥、石油天然氣(海洋石油)行業(yè)、專業(yè)甲級(jí)資質(zhì)進(jìn)行設(shè)計(jì)；

(3)因考慮到烷基化等反應(yīng)可能造成超溫、超壓并引起火災(zāi)爆炸，因而對(duì)反應(yīng)過(guò)程設(shè)置溫度、壓力、攪拌速率的監(jiān)測(cè)、報(bào)警，并設(shè)置自動(dòng)遙控緊急切斷閥以切斷進(jìn)料；

(4)將烷基化反應(yīng)釜內(nèi)溫度和壓力與釜內(nèi)攪拌、烷基化物料流量、烷基化反應(yīng)釜夾套冷卻水進(jìn)水閥形成聯(lián)鎖關(guān)系，當(dāng)烷基化反應(yīng)釜內(nèi)溫度超標(biāo)或攪拌系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)停止加料并緊急停車；

(5)儲(chǔ)存甲醇的甲醇罐頂部可能存在空氣時(shí)，儲(chǔ)罐的進(jìn)料管道從儲(chǔ)罐下部接入；若必須從上部接入，延伸至距儲(chǔ)罐底200 mm處，防止液流和空氣產(chǎn)生摩擦積聚靜電導(dǎo)致爆炸事故的發(fā)生；

(6)該工藝涉及的設(shè)備本體(不含襯里)及其基礎(chǔ)，管道(不含襯里)及其支、吊架和基礎(chǔ)，設(shè)備和管道的保溫層采用不燃材料；

(7)甲醇輸送泵不得采用皮帶傳動(dòng)，在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)其他轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備必須使用皮帶傳動(dòng)時(shí)，采用防靜電傳動(dòng)帶；

(8)開(kāi)停工或檢修時(shí)可能有可燃液體甲醇泄漏、漫流的設(shè)備區(qū)周圍設(shè)置高度不低于150 mm的圍堰和導(dǎo)液設(shè)施；

(9)根據(jù)泄漏源的分布并結(jié)合保護(hù)范圍，設(shè)置可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警儀。在生產(chǎn)車間等存在可燃液體的作業(yè)場(chǎng)所設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)，并應(yīng)與可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器聯(lián)鎖。除可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警信號(hào)送至有人值守中控室等進(jìn)行顯示報(bào)警外，可燃?xì)怏w二級(jí)報(bào)警信號(hào)、可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警控制單元的故障信號(hào)送至消防控制室；

(10)該工藝涉及烷基化的反應(yīng)釜應(yīng)設(shè)置安全閥與爆破片，放空管應(yīng)設(shè)置阻火器，且安全閥排放管口不得朝向鄰近設(shè)備或有人通過(guò)的地方，排放管口應(yīng)高出8 m范圍內(nèi)的平臺(tái)或建筑物頂3 m以上；

(11)在充分考慮該工藝涉及的烷基化反應(yīng)的危險(xiǎn)性，對(duì)涉及的反應(yīng)設(shè)備如安全閥不能滿足要求時(shí)，安裝爆破片或?qū)П?，?dǎo)爆管口必須朝向無(wú)火源的安全方向；必要時(shí)采取防止二次爆炸、火災(zāi)的措施。

(12)在廠區(qū)較高位置設(shè)置風(fēng)向標(biāo)。因考慮到烷基化等反應(yīng)可能發(fā)生嚴(yán)重的超溫、超壓事故，反應(yīng)釜設(shè)置事故緊急排放設(shè)施，溫度、壓力無(wú)法控制時(shí)應(yīng)能夠?qū)⒃O(shè)備內(nèi)的物料排放至安全地點(diǎn)；

(13)甲醇儲(chǔ)罐高高低低液位報(bào)警信號(hào)的液位測(cè)量?jī)x表采用單獨(dú)的液位連續(xù)測(cè)量?jī)x表或液位開(kāi)關(guān)，報(bào)警信號(hào)傳送至自動(dòng)控制系統(tǒng)；

(14)根據(jù)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的分區(qū)，對(duì)采用的防爆電氣的級(jí)別和組別以及防爆結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)化，配置相應(yīng)防爆級(jí)別的通風(fēng)系統(tǒng)和設(shè)備。

6 結(jié)語(yǔ)

1-[2(2-羥基乙氧基)乙基]哌嗪生產(chǎn)工藝屬于危險(xiǎn)化工工藝，涉及的反應(yīng)釜、甲醇儲(chǔ)罐是該工藝生產(chǎn)過(guò)程中最重要的設(shè)備，存在火災(zāi)、爆炸的固有危險(xiǎn)性較大，針對(duì)可能產(chǎn)生的各類事故，嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家有關(guān)法律、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，從項(xiàng)目選址滿足外部安全防護(hù)距離要求，設(shè)施、設(shè)備合理布局、生產(chǎn)過(guò)程控制采用具有較高的自動(dòng)化水平等，采取多種安全有效可行的對(duì)策措施，在加強(qiáng)提高安全生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)人的操控管理，落實(shí)企業(yè)安全生產(chǎn)主體責(zé)任，各類事故風(fēng)險(xiǎn)可以得到有效降低、避免和消除，實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全化生產(chǎn)。