苯乙烯儲罐安全設施設計與管理研究

張超

(斯泰潘(南京)化學有限公司，江蘇 南京 210000)

0 引言

按照GHS 原則，苯乙烯的物理危害：易燃液體，類別3，健康危害：急性毒性—口服，類別5；皮膚腐蝕/ 刺激，類別2；嚴重眼損傷/ 眼刺激，類別2A；急性毒性—吸入，類別4；生殖毒性，類別2；特定目標器官毒性—重復接觸，類別1。主要理化性質：閃點(閉杯)：34.4 ℃、爆炸極限(體積比)1.1%～6.1%。穩(wěn)定性和反應性：在空氣中會發(fā)生聚合(氧含量高)，遇光照會發(fā)生聚合。急性毒性：LD50(大鼠，經口)2 650 mg/kg；LC50(大鼠，吸入，4 h)12 mg/L。致癌性：苯乙烯(CAS No. 100-42-5)第2B 類對人類是可能致癌物(IARC)。持久性和降解性：揮發(fā)性極強，在大氣中易被光解，也可被生物降解和化學降解。綜上所述，苯乙烯具有顯著的急性毒性、易揮發(fā)性、易燃易爆性，如何對苯乙烯進行安全儲存，是職工健康防護與企業(yè)安全穩(wěn)定運行亟待解決的問題。合理的安全設施設計能夠最大限度降低風險，減少災害帶來的財物損失，避免因為各種事故引起人員傷害[1]。

1 典型事故及誘因分析

結合苯乙烯理化性質及儲存特點，在其儲存過程中，一旦發(fā)生泄漏，苯乙烯將以極快的速度揮發(fā)，形成爆炸性氣體環(huán)境，遇引燃能發(fā)生火災爆炸；同時，揮發(fā)出的氣體具有急性毒性，人員吸入或皮膚毒性將導致急性中毒，引發(fā)人員傷亡。苯乙烯同時具備生殖毒性和致癌性，短暫大量接觸也可能引發(fā)癌變或者生殖畸形等嚴重后果。苯乙烯具有自聚性，在氧含量環(huán)境或者光照條件下發(fā)生，自聚反應將造成設備、管道局部溫度、壓力升高而設備破裂，引發(fā)泄漏，造成更大的事故后果。其主要潛在風險及其可能的誘因具體如下。

1.1 自聚引發(fā)儲罐超壓、泄漏，發(fā)生火災爆炸

誘因1：苯乙烯循環(huán)冷卻失效，循環(huán)管線和儲罐溫度升高，自聚加快，同時，溫度上升將導致苯乙烯自聚反應加快，進一步促進苯乙烯自聚失控；誘因2：苯乙烯儲罐加入錯誤原料或抑制劑不夠的原料(例如非標準原料，經常偏離正常操作條件)；誘因3：吹掃過程中，較高氧含量的吹掃氣體進入導致儲罐內氧氣濃度增加，超出苯乙烯自聚抑制劑的最佳活性氧濃度范圍，苯乙烯自聚抑制失效，最終導致苯乙烯自聚加快直至失控。

1.2 設備超壓或真空過大損壞

誘因1：吹掃管路上開關閥故障導致吹掃過程中開關閥全開，壓力過高的吹掃氣體進入管道或者設備，超出管道或者設備的設計壓力，導致管道與儲罐破裂，苯乙烯泄漏。誘因2：苯乙烯儲罐出料時，儀表氣供應閥門故障，壓力過高的儀表氣進入管道或者設備，超出管道或者設備的設計壓力，導致管道或者設備破裂損壞。誘因3：苯乙烯從貨車卸料至儲罐期間，排氣管道上閥門關閉，導致儲罐憋壓，苯乙烯輸送泵的輸出壓力超過儲罐的設計壓力，最終導致儲罐超壓破裂。

1.3 儲罐溢流發(fā)生泄漏，發(fā)生火災爆炸、人員傷亡

誘因1：從槽車等卸貨車輛向儲罐進行卸貨時，因儲罐原有物料與卸貨物料總量超出儲罐容積，導致儲存的苯乙烯溢流出儲罐，考慮到苯乙烯具有極強的揮發(fā)性，溢流的苯乙烯將在極短的時間內揮發(fā)，與空氣形成爆炸性混合型氣體，遇火引燃后，導致爆炸。

1.4 苯乙烯氣體爆炸或人員吸入傷亡

誘因1：苯乙烯卸車、出料過程中，揮發(fā)出的苯乙烯氣體遇苯乙烯流動產生靜電，引發(fā)爆炸。誘因2：儲罐內苯乙烯儲存溫度大于閃點，儲罐內形成爆炸性氣體氛圍，遇引燃能發(fā)生爆炸。誘因3：卸車過程槽車呼吸閥氣體集聚或儲罐呼吸口揮發(fā)性氣體聚集，遇引燃能引發(fā)爆炸，或人員吸入造成傷害。誘因4：槽車卸料過程溜車，卸料軟管斷裂，苯乙烯泄漏，遇引燃能發(fā)生爆炸，或噴濺導致操作人員傷亡。

2 安全設施設計

2.1 自聚引發(fā)火災爆炸事故安全設施設計

(1)苯乙烯單體出廠時，由生產企業(yè)添加阻聚劑[2]，確保苯乙烯在運輸及后續(xù)儲存中，減少自聚反應。要求供應商在隨車資料中，明確所添加阻聚劑的有效期限，做好阻聚劑的有效性管理。

(2)對儲罐設置貧氧封(氧氣含量4%～8%)，避免儲存中的苯乙烯與過量氧氣接觸而加快自聚。有研究表明苯乙烯阻聚劑需要在氧含量為4%～8% 的情況下，才能發(fā)揮活性，同時，在此氧含量情況下，苯乙烯無法達到爆炸極限。因此，貧氧是相較于氮封更好的惰化措施。

(3)在儲罐頂部裝設阻聚劑系統(tǒng)，在儲罐溫度失控、溫度急劇上升的情況下(例如：儲罐溫度達到45 ℃)，溫度模塊聯(lián)鎖打開阻聚劑，并向儲罐內部緊急釋放抑制劑，終止自聚反應或減少反應失控。

2.2 設備超壓或真空過大引發(fā)損壞設施設計

儲罐、管道設置為壓力管道，同時設置壓力表作為安全附件。為避免在苯乙烯進出料結束后吹掃異常導致超壓，在苯乙烯儲罐頂部配置高高壓聯(lián)鎖，在吹掃時報警并關閉儲罐吹掃管線，避免吹掃閥門故障導致開度過大引發(fā)管道、儲罐超壓損壞，高高聯(lián)鎖壓力的設置，根據(jù)儲罐、管道設計壓力及吹掃需要設置聯(lián)鎖壓力。

針對苯乙烯儲罐出料時，儀表氣供應閥門故障導致壓力過高的儀表氣進入儲罐的情形，可以設置儲罐壓力探測與動作(PIC)聯(lián)鎖打開廢氣排放管道閥門，通過廢氣排放口進行一部分泄壓動作。為避免槽車卸料過程因苯乙烯儲罐排氣閥門誤關閉或堵塞導致儲罐超壓破損泄漏，可將苯乙烯儲罐設置的壓力探測與槽車卸料泵進行聯(lián)鎖，當儲罐壓力高于設定值(0.01 MPa)時報警并停止裝卸苯乙烯泵。

為苯乙烯儲罐設置呼吸閥門，根據(jù)苯乙烯飽和蒸汽壓等設置呼吸閥啟動壓力(如可設置啟動壓力0.02 MPa)，能夠有效預防儲罐和循環(huán)管道的超壓。設置安全閥和爆破片(根據(jù)儲罐設計壓力設置具體起爆壓力)，在苯乙烯急劇自聚的情況下，及時有效地進行泄壓，防止儲罐爆炸導致苯乙烯積聚擴散，從而引發(fā)火災爆炸事故。同時，對儲罐的揮發(fā)氣體，可引入焚燒爐等方式進行焚燒處理。爆破片等異常工況，可結合裝置規(guī)模及廠區(qū)配套設施情況，配備火炬系統(tǒng)等應急處理系統(tǒng)，在苯乙烯儲存、生產裝置發(fā)生異常工況時，進行安全緊急處置。

2.3 儲罐溢流、泄漏導致火災爆炸設施設計

在苯乙烯儲罐設置LI 液位計和LSA 液位開關，配置LI 液位計高高液位(95%液位)聯(lián)鎖停止苯乙烯卸料泵。同時，在LSA 開關上配置高高液位聯(lián)鎖停止苯乙烯卸料泵。

2.4 揮發(fā)遇靜電爆炸或人員吸入傷亡事故安全設計

針對靜電消除，設置槽車靜電消除措施，將靜電夾導電情況與卸料泵聯(lián)鎖，靜電夾導電不正常時聯(lián)鎖停止卸料泵。同時，從卸車SOP 的角度要求，槽車到達卸料區(qū)域需要靜置、導電半小時(經驗值)。

根據(jù)苯乙烯閃點約為31 ℃的特性，對苯乙烯儲罐設置夾套進行保冷，并設置冷凍水進行溫度控制，同時設置儲罐溫度探測，可設定保冷20 ℃，設置溫度報警(例如15 ℃低低報、18 ℃低報、22 ℃高報、25 ℃高高報；一般控制乙類可燃液體儲存溫度低于28 ℃)。

針對揮發(fā)氣體聚集，將儲罐廢氣口呼出氣體引入廢氣處理設施(多個儲罐廢氣并入同一廢氣管線的，需要開展廢氣化學物質相容等安全評估)。設置槽車卸料氣相平衡管，將槽車呼吸閥呼出的氣體，收集引入廢氣處理設施處置。同時，在卸料區(qū)域設置可燃氣體探測器，接入GDS 主機，根據(jù)儲罐容積與風險評價結果，必要時設置可燃氣體報警聯(lián)鎖停泵。

針對槽車卸料過程溜車可能導致軟管損壞引發(fā)苯乙烯大量泄漏的情況，在卸料泵出口處設置流量計，低流量情況聯(lián)鎖停泵；槽車出料口設置拉斷閥，出現(xiàn)拉斷情況，切斷槽車出料。

在槽車卸料區(qū)域或微型消防站(就近便于取用位置)，按照GB 30077—2023《危險化學品單位應急救援物資配備要求》配備SCBA、A 級防護服、應急吸附材料等應急器材。

同時，除以上提到的苯乙烯儲罐溫度、壓力、液位探測聯(lián)鎖模塊，苯乙烯儲罐、管道及設備應采用相應耐腐蝕材質設計，按照《建筑設計防火規(guī)范》《石油化工防火設計規(guī)范》《精細化工防火設計規(guī)范》等相關規(guī)范內容，在儲罐區(qū)設置防火堤、不同性質的儲罐之間設置隔堤，儲罐與生產設施、儲存設施等保持足夠防火間距，管廊及配套建構筑物符合相應耐火等級要求。

3 安全設施與人員操作安全管理

3.1 壓力容器、管道及其安全附件管理

開展苯乙烯儲罐、管道正規(guī)設計，對構成壓力容器和壓力管道的元件，必須由正規(guī)壓力容器制造單位進行制造、檢驗。同時，在完成安裝后，進行使用前檢驗和注冊登記。在日常使用過程中，按照特種設備相應的規(guī)范要求，開展定期檢驗。并根據(jù)公司實際情況及國家關于化工企業(yè)防腐檢查發(fā)文要求，進行定期的腐蝕性檢查和檢測，確保設備設施完好。對特種設備和壓力管道的操作人員，按照特種作業(yè)人員相關的管理要求，開展培訓考核與上崗。針對設備的安全閥、壓力表、溫度計、爆破片等安全附件，建立健全設施臺賬，根據(jù)檢驗法規(guī)要求，開展定期校驗、檢查與維護，確保設備設施的良好運行。

3.2 聯(lián)鎖執(zhí)行機構的年度測試與評估

針對前文提到的安全聯(lián)鎖，需要按要求開展定期測試，對測試動作執(zhí)行情況進行評估。針對“兩重點一重大”的相關設施，參照工藝設計階段的Hazop 和Lopa 分析結果，判定其SIS 系統(tǒng)的建設需要，選定符合其可靠性要求的執(zhí)行元件和設備設施，在SIS 系統(tǒng)中，必須確保其執(zhí)行機構和協(xié)防管道等保護層的獨立性，例如：不能使用DCS 調節(jié)閥作為SIS 系統(tǒng)緊急切斷閥；不能使用循環(huán)管線作為SIS 系統(tǒng)緊急泄放管線，同時，泄放管線需要考慮其泄放收集、泄放量的參數(shù)。

3.3 設備設施的預防性維護與備品備件管理

針對關鍵裝置或備件，按照預防性檢修的原則，定期開展預防性維護檢查，結合測溫、測厚、設備震動數(shù)據(jù)等信息化管理手段，收集關鍵設備設施的日常運行情況進行統(tǒng)計分析，查找異常，及時處理。針對安全閥、卸料泵等關鍵設施，進行備件管理，發(fā)現(xiàn)異常及時替換。

3.4 報警等級劃分與應急培訓

針對前文提到的溫度、壓力、液位等報警，按照要求設置低低報、低報、高報、高高報等報警分級，不同的報警設置不同顏色提示，在SOP 應急處置流程和現(xiàn)場應急處置方案中明確報警發(fā)生后的響應時間、響應措施、具體的執(zhí)行人員，并定期對操作人員進行培訓、考核與演練。

3.5 配備相應的應急救援器材，并進行定期維護保養(yǎng)

針對配備的SCBA、A 級防護服等應急物資進行建檔登記。定期開展檢查與維護，如SCBA 每年開展背架、氣管等檢測，三年開展一次氣瓶校驗，發(fā)現(xiàn)SCBA 存在氣瓶皸裂、軟管老化等情況及時進行更換或維修。

4 設施設計參數(shù)說明

以上安全設施設計對應動作參數(shù)設置，結合了苯乙烯理化性質及筆者過往工作經歷，僅供參考，不同區(qū)域氣候條件、廠址環(huán)境及人員操作習慣存在差異，需要根據(jù)實際情況進行設計與應用。

5 結語

為避免苯乙烯儲存過程中，因自聚、泄漏等情況發(fā)生的火災爆炸和人員中毒，在苯乙烯基本理化性質及現(xiàn)有化工企業(yè)實際應用的基礎上，結合風險分析與運營過程中出現(xiàn)過的異常情況，開展安全設施設計，建議從苯乙烯出廠即添加阻聚劑，儲罐設置貧氧或氮封，安裝溫度和壓力探測，探測模塊根據(jù)具體情況聯(lián)鎖進料泵、冷卻水、儀表風、廢氣排放開關等執(zhí)行機構，進行降溫、泄壓、排空等調節(jié)。同時，在儲罐頂部設置抑制劑系統(tǒng)，儲罐急劇升溫時自動添加，終止自聚反應或減小反應失控。配備的設施按照法規(guī)要求進行定期校驗、檢測與測試，開展預防性檢維修，確保設施完好。針對設置的報警，從管理上區(qū)分低低報、低報、高報、高高報，通過不同顏色、聲光的形式進行反饋，同時，在SOP 和現(xiàn)場應急處置中，明確各級報警的應急響應時限和應急處置措施，定期開展培訓與演練，確保應急報警能夠得到及時、有效的響應和處置。在此基礎上，通過設施的本質安全設計、人員的規(guī)范操作、異常的及時處置，化工企業(yè)能夠有效地進行苯乙烯儲罐的安全管理，為化工企業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定運行提供安全保障。