壬基酚裝置火災危險性分析及對策

周向軍

（大慶市消防救援支隊，黑龍江大慶 163000）

0.引言

隨著我國經濟的快速發(fā)展，石化產業(yè)作為國民經濟的重要支柱產業(yè)在近年來得到了長足的發(fā)展，隨之而來的是，大批化工園區(qū)的設立，大量石油化工企業(yè)、精細化工企業(yè)、相關上下游的企業(yè)如雨后春筍般不斷建成投產。這一切都給企業(yè)的消防安全管理和消防部門的消防安全監(jiān)管造成了巨大壓力。如何降低壬基酚生產的火災危險性，確保不發(fā)生火災事故，是保障企業(yè)平穩(wěn)健康發(fā)展重要環(huán)節(jié)。

1.壬基酚裝置生產工藝流程

1.1 齊聚反應工段

丙烯、循環(huán)丙烯、循環(huán)二聚物、磷酸催化劑活性用水，分別由各自中間罐經計量泵計量、加壓經換熱器加熱后送入裝有磷酸催化劑的齊聚反應器。反應產物與反應進料在換熱器中換熱后再經冷卻器冷卻，經過濾器除水，經減壓后進入脫丙烷塔。反應熱由反應器殼程軟化水取出，生成的蒸汽回收進入蒸汽管網。脫水反應后混合物在脫丙烷塔脫除未反應的餾分，在塔頂餾出進入循環(huán)丙烯罐，一部分循環(huán)進反應器，一部分經泵送至裝置外液化氣貯罐。脫丙烷塔塔底得到的粗齊聚物減壓至0.1MPa進入預二聚物蒸餾塔。

1.2 齊聚物精餾工段

（1）預二聚物蒸餾塔。由脫丙烷塔塔底來的粗齊聚物在預二聚物蒸餾塔內經蒸餾在塔頂餾出預二聚物經泵送入二聚物蒸餾塔，塔底產物粗三聚物經泵送入三聚物蒸餾塔。（2）二聚物蒸餾塔。預二聚物在二聚物蒸餾塔塔頂得二聚物，經泵送回反應系統(tǒng)的循環(huán)二聚物罐。塔底得到汽油餾分在預熱器中與塔進料換熱后，經二聚物塔底冷卻器冷卻至45℃進入汽油餾分罐，然后經泵送至裝置外的汽油貯罐。（3）三聚物蒸餾塔。由預二聚物蒸餾塔塔底來的粗三聚物進入三聚物蒸餾塔進行蒸餾，在塔頂得到的中間產品壬烯經冷卻用泵送至壬烯中間罐，分析合格進入三聚物罐，再用泵送至烷基化單元的烷基化反應循環(huán)罐。

1.3 苯酚烷基化工段

苯酚由苯酚罐區(qū)送至苯酚中間罐，經泵連續(xù)的送入烷基化反應循環(huán)罐，丙烯三聚物由齊聚部分經泵連續(xù)送入烷基化反應循環(huán)罐，蒸餾回收的未反應的壬烯、苯酚也進入烷基化反應循環(huán)罐?；旌衔锪辖浲榛磻h(huán)泵由頂部送入裝有陽離子交換樹脂催化劑的反應器，反應產物由反應器底部出來大部分進入烷基化反應物循環(huán)罐進行循環(huán)反應，少部分經過濾器進入反應后混合物罐，用泵經冷卻器冷至80℃后進入裝有陰離子交換樹脂的吸附器，中和反應物酸化后大部分再經加熱器進入薄膜蒸發(fā)器，在真空條件下進行減壓蒸發(fā)回收未反應的壬烯及苯酚，經中間罐返回至反應物循環(huán)罐，少部分送至反應物循環(huán)罐用于二壬基酚的脫烷基，薄膜蒸發(fā)器底的粗壬基酚自流入粗壬基酚罐，間斷地用泵送至壬基酚蒸餾器進行間歇蒸餾（每12h送一次）。由吸附器分出來的少部分的反應物自流入另一反應循環(huán)罐，再經循環(huán)泵送入另一個反應器進行脫烷基反應，其目的是丙烯三聚物的徹底轉化和二壬基酚脫烷基。反應產物大量循環(huán)回反應物循環(huán)罐，少量的反應產物經過濾器進入蒸餾塔，蒸餾后塔底得到壬基酚和苯酚混合物返回到反應后混合物罐，與烷基化反應器的反應產物混合后去薄膜蒸發(fā)器蒸發(fā)脫苯酚。

1.4 壬基酚蒸餾部分

壬基酚在減壓的條件下在帶有攪拌裝置的間歇蒸餾釜中進行蒸餾，每次蒸餾時間約10h～12h，每次用泵將25.9m3的粗壬基酚送入間歇蒸餾釜并加入脫色劑，進行減壓蒸餾。蒸餾初期首先蒸出第一餾分、第二餾分，蒸餾溫度分別為160℃～165℃、165℃～168℃，分別返回到反應后混合物罐和粗壬基酚罐。然后蒸出二級壬基酚，蒸餾溫度為168℃～170℃，再蒸出一級壬基酚，蒸餾溫度為170℃～180℃，最后再蒸出二級壬基酚，蒸餾溫度為180℃～185℃。一級、二級壬基酚分別進入壬基酚I罐、壬基酚Ⅱ罐，加入穩(wěn)定劑后再分別用泵送至裝置外的一級、二級壬基酚貯罐。

2.壬基酚裝置火災危險性分析

壬基酚生產原料為丙烯、苯酚，產品為壬基酚、液化石油氣、汽油等，生產工藝流程分為齊聚反應、齊聚物精餾、苯酚烷基化及壬基酚蒸餾，生產過程中存在致災因素分析如下：

2.1 反應過程

（1）齊聚反應工段。該工段是在齊聚反應器中加入丙烯、循環(huán)二聚物及磷酸催化劑進行聚合反應后，得到齊聚產物。本工段的最低操作溫度為180℃，反應溫度超過物料的閃點，并且操作壓力達到5.0MPa，屬于高溫高壓的操作工藝。聚合反應為放熱反應，反應過程中由于聚合熱不易傳導散出而導致危險，倘若這些反應放出的大量熱量如未能及時轉移出反應器外，即可使反應器內溫度升高，待升高到一定溫度時，就會使反應物料分解，強烈的放熱，有發(fā)生暴聚的危險。一旦發(fā)生暴聚，則設備堵塞，壓力驟增，極易發(fā)生爆炸。此外，該反應過程中有一定量的催化劑存在，生產過程中若因原料短缺、公用設施故障、設備的機械故障、催化劑的嚴重沖蝕和磨蝕等造成設備、管線等泄漏，也易引發(fā)火災爆炸。

（2）齊聚物精餾工段。齊聚物精餾工段涉及的物料主要為丙烯預二聚物、丙烯二聚物、丙烯三聚物、丙烯四聚物，上述物料均屬于可燃液體，其揮發(fā)的蒸氣的爆炸極限都很低，具有很大的危險性，本工段所存在的危險也就是由上述這些可燃物料固有的危險性決定的。丙烯二聚物、丙烯三聚物和丙烯四聚物均為無色且?guī)в刑厥鈿馕兜囊后w，其中丙烯二聚物是C6-C8不飽合烴的同分異構物的混合物，最典型的組分為已烯（C6H12），丙烯三聚物是C3-C10的不飽合烴的同分異構物的混合物，主要組分是壬烯，丙烯四聚物為C10-G16的不飽和烴同分異構物的混合物。上述丙烯聚合物均為可燃液體，揮發(fā)出的氣體與空氣混合能形成爆炸性氣體混合物。由于裝置操作溫度為65℃～190℃，生產過程中若因設備故障、操作不當等造成設備、管線等的泄漏，容器中的物料噴出即可能引起火災爆炸。

（3）苯酚烷基化工段。該工段是在烷基化反應器中加入苯酚、壬烯、丙烯齊聚物及催化劑進行反應，即得反應產物。本工段的最高操作溫度為130℃，操作壓力達到0.25MPa，反應溫度均超過物料的閃點，且物料反應過程中有一定量的催化劑存在，生產過程中若因原料短缺、公用設施故障、設備的機械故障、催化的嚴重沖蝕和磨蝕等造成設備、管線等的泄漏，易引發(fā)火災爆炸。在反應器中的物料，由于釜體、部件、軸密封、管線、閥門、儀表等處容易發(fā)生泄漏和損壞，物料泄漏遇明火極易引起火災爆炸事故。該工段的烷基化反應是在加熱的條件下進行，如果原料、催化劑、烷基化劑等加料次序顛倒、速度過快或者攪拌中斷停止，就會發(fā)生劇烈反應，引起跑料，造成著火或爆炸事故。

（4）壬基酚蒸餾工段。該系統(tǒng)溫度高，蒸餾塔內溫度在160℃～185℃，含有脫色劑粉末的壬基酚在高速流動下，容易沖蝕管線設備，嚴重時導致泄漏，造成火災事故。壬基酚蒸餾工段為減壓操作，間歇蒸餾釜為帶有攪拌裝置的動設備，設備動靜密封點較多，在生產過程中如果密封部件老化或墊片損壞未及時更換，可能導致空氣進入系統(tǒng)內部，與物料混合形成爆炸性氣體混合物，一旦設備靜電接地系統(tǒng)發(fā)生故障，導致靜電放電，極有可能引發(fā)火災爆炸事故的發(fā)生。

2.2 冷換設備

裝置生產過程中的冷換設備數量眾多，設備內存在的介質大多為易燃、易爆及腐蝕性物料。冷換設備一旦泄漏，內部的物料遇空氣形成爆炸性混合物，遇到點火源就可發(fā)生火災爆炸事故。造成冷換設備泄漏的原因有：（1）冷換設備內部存在腐蝕介質如蒸氣霧滴、氫氣等腐蝕引起列管泄漏。（2）冷換設備本身制造缺陷，焊接質量差，焊接接頭泄漏。（3）由于開停車頻繁，溫度變化過大，設備急劇膨脹或收縮，使管板處泄漏。（4）因溫度升高(150℃以上)，螺栓伸長，緊固部位松動，引起法蘭密封處泄漏。（5）因管束組裝部位松動、管子振動、開停車和緊急停車等機械沖擊而引起泄漏。

冷凝或冷卻作用的冷換設備操作失誤或發(fā)生故障，造成冷卻劑供應不足，起不到冷凝或冷卻作用，會導致未經冷凝冷卻的介質進入貯罐，會導致罐內介質或罐內沉積水層沸騰，或未經冷凝的易燃液體蒸氣在罐區(qū)擴散，易引發(fā)火災爆炸事故。在連續(xù)操作中，冷卻不足會導致大量蒸氣從貯槽等部位逸出，構成火災危險。在危險介質的影響下，部分溫度較高的換熱器內管子與管板連接接頭處承受著反復的熱沖擊、熱變形、熱腐蝕作用，工作環(huán)境較為苛刻，容易發(fā)生破壞。另外，冷卻水不潔凈、或管束腐蝕、或脹口浮頭密封不良都會發(fā)生氣體泄漏。

2.3 泵房

泵房中輸送介質均屬易燃、易爆物質，且泵房設備集中，作業(yè)頻繁，是最容易泄漏和散發(fā)可燃物料的地方，為火災、爆炸危險性較高的場所。泵房內的管線、壓力表、閥門、法蘭墊片、機泵密封、焊口等，若材質不符合要求、施工質量不合格，在設備管線受振動、腐蝕、超溫超壓、違章作業(yè)等情況，泵蓋或管線配件就可能破裂而造成物料泄漏，泵亦會因密封失效或其他故障造成物料泄漏。在泵房通風不良、電氣設備不符合防爆要求、防靜電措施不符合要求或失靈、不能將物料流動過程中產生的靜電及時導出，以及違章動火等危險因素的情況下，大量泄漏易燃物料遇到點火源，就會引發(fā)火災、爆炸事故。此外若泵的出口壓力超壓，泵蓋或管線配件就可能崩開而噴料，泵亦會因密封失效或其他故障造成物料泄漏，物料泄漏后易揮發(fā)，當有點火源存在時，將可能導致火災、爆炸事故的發(fā)生。

2.4 罐區(qū)

壬基酚裝置1號和2號罐區(qū)內設有烷基反應循環(huán)槽、苯酚操作罐和壬基酚、苯酚混合罐等儲罐，儲存的物料壬烯、苯酚和壬基酚等都是易燃易爆物質，且存儲量較大，具有較高的火災爆炸危險。罐區(qū)主要存在以下一些危險性。

（1）儲罐與外部管線相連的閥門、法蘭、人孔以及排污孔等安裝質量差；或由于檢維修過程中疏忽漏裝墊片，以及使用過程中的腐蝕穿孔或腐蝕而產生疲勞造成的裂紋；罐底板焊接不良，罐基礎下沉導致罐體發(fā)生變形、裂縫造成物料泄漏；罐體、附件或管線密封系統(tǒng)性能不良、施工焊接質量不好等因素導致易燃易爆物料泄漏，遇點火源有發(fā)生火災爆炸的危險。（2）罐區(qū)地坪若發(fā)生裂縫或塌陷，防火堤倒塌，易使泄漏或外溢跑料時既不易回收，又易引發(fā)事故。（3）如果儲罐等設備選型不合適、本身設計存在缺陷，或制造不合格，造成其耐壓能力不夠，發(fā)生破裂，導致儲存物料泄漏，遇火源則發(fā)生火災、爆炸事故。（4）儲罐儲存的物料等是不良導體，易產生靜電積聚。因此儲罐及管道必須進行良好的接地，否則可能因靜電火花而引起燃燒、爆炸。防雷裝置如發(fā)生斷裂、松脫，或土壤電阻增大，都會影響雷電電流的流散，從而增大因雷擊而引發(fā)火災爆炸事故的可能性。（5）儲罐因罐內液位高而冒料，或因誤操作切錯罐導致液位高而冒料，泄漏物料遇點火源則易導致火災、爆炸事故。另外，儲罐在防雷、防靜電設施失效的情況下遭受雷擊、電火花或在罐區(qū)內違禁使用明火，檢修清洗時違規(guī)操作等情況，也易導致火災、爆炸事故發(fā)生。

3.防范措施及對策

3.1 加強重點人員培訓

要利用一切資源對企業(yè)消防安全責任人、消防安全管理人和消防控制室操作人員、消防巡查檢查人員等重點人員進行專業(yè)培訓，力爭在每個石油化工企業(yè)都有一批消防“明白人”。在此基礎上，要對外來人員、新入職員工開展針對性培訓，要讓大家了解原料產品理化性質、了解工藝流程、了解重點部位的火災危險性，讓大家在內心深處心存敬畏、在工作中高度重視、嚴格遵守操作規(guī)程。

3.2 加大設備維護保養(yǎng)力度

對于一些投產時間較早的老牌企業(yè)，很多設備、裝置都已經進入超期服役狀態(tài)，出現問題的概率大大增加。這就要求消防部門要協(xié)助企業(yè)充分利用好廠里每次的設備檢修期，利用好第三方檢測公司每年一次的消防設施全面檢測的機會，利用好消防、應急、質監(jiān)等相關部門每一次專項檢查的機會，將企業(yè)自查、第三方服務、部門監(jiān)管、專家“體檢”相結合，提前發(fā)現問題、主動解決問題、積極消除隱患。

3.3 加強探測報警系統(tǒng)的設置

石化企業(yè)應在廠區(qū)的火災危險性場所均按要求設置火災自動報警系統(tǒng)和火災電話報警，在可能積聚可燃氣體的場所均按要求設置可燃氣體檢測報警系統(tǒng)。確保一旦出現泄露，能夠第一時間探測、第一時間報警、第一時間聯動啟動相關設備、第一時間處置事故現場。

3.4 加強企業(yè)應急處置能力

凡事預則立，不預則廢。這就要求企業(yè)要居安思危，要打有準備之仗。一方面，要組織成立工藝處置隊，微型消防站等消防組織，制定有針對性、可行性的滅火應急預案并定期開展演練。另一方面，要加強應急物資儲備，確保泡沫等滅火劑在保質期內，確保消防滅火用水水量充足，確保消防水泵、固定設施完好有效，確保消防車道、消防操作場地、消防車取水點等的設置符合規(guī)范要求。

4.結語

壬基酚裝置在生產過程中涉及易燃易爆介質，并伴隨著高溫高壓，必須針對壬基酚裝置在生產各個環(huán)節(jié)進行風險防控，落實企業(yè)消防安全管理的主體責任，確保石油化工企業(yè)安全平穩(wěn)生產。