環氧乙烷安全設計

  1工藝簡述   
    生產環氧乙烷與乙二醇是采用以乙烯為原料，用純氧進行氧化的工藝路線。簡要工藝流程是將乙烯、純氧、致穩甲烷以一定的比例與循環氣混合送入氧化反應器，在銀催化劑作用下進行氧化反應，生成環氧乙烷。反應溫度200-290℃，反應壓力2MPa。反應生成的環氧乙烷氣體用水吸收其中的環氧乙烷，再經解析、精餾，得到純凈的環氧乙烷。  
    將純凈的環氧乙烷與水按一定比例送入乙二醇反應器，反應生成乙二醇。再經蒸發、脫水、精餾得到產品乙二醇。  
    該裝置的物料乙烯和環氧乙烷都是易燃、易爆物質，且有毒 ；乙二醇可燃，有輕毒。  
2重點部位  
    2.1氧化反應器 乙烯與純氧的氧化反應在氧化反應器中進行，反應產物是環氧乙烷。由于乙烯、環氧乙烷都是易燃易爆物質，且又有氧存在，因此如果控制不好，就可能發生爆炸事故 <http://www.hbsafety.cn/article/33/>。  
    2.2環氧乙烷泵 環氧乙烷的分解爆炸溫度571℃，如果達到此溫度無需進空氣就會發生爆炸。由于環氧乙烷易氣化，如果對環氧乙烷泵操作不當，會產生氣蝕造成空轉，使泵內溫度升高，容易達到環氧乙烷的分解爆炸溫度；如環氧乙烷泵的葉輪安裝不正，會發生擦壁，也能使溫度升高達到分解爆炸溫度。為防止環氧乙烷泵的溫度升高，設有防止泵憋壓的聯鎖控制和軸承溫升聯鎖控制。該泵設有水噴淋保護。  
    2.3環氧慚烷貯罐 環氧乙烷在有酸、堿、醛的環境下易發生聚合反應，能放出大量的熱；與水反應也能放出大量的熱。由于這些反應放出的大量熱 ，會導致環氧乙烷的分解操作，因此環氧乙烷的貯罐中絕不能有酸、堿、醛、水等物質。為保證環氧乙烷貯罐的安全，用冷凍鹽水保持5℃左右的低溫，而且用0.2MPa的氮氣進行氮封，以使氣相組成過離爆炸極限。環氧乙烷貯罐設有水噴淋保護。  
    3安全要點  
    3.1氧化反應器  
    3.1.1嚴格控制好乙烯、純氧、致穩甲烷的混合比例。  
    3.1.2嚴格控制反應溫度不超過290℃，反應壓力不超過2.0MPa。  
    3.1.3聯鎖控制系統要處于完好狀態。  
    3.1.4定期用高溫測厚儀對反應器壁厚及其管道進行檢測，并做好記錄。  
    3.1.5裝銀催化劑時，必須保護好，銀脫落催化劑球會萎縮。生產進水會使銀催化劑中毒。  
    3.2環氧乙烷泵  
    3.2.1該泵不能有泄漏，如有泄漏要立即檢修。  
    3.2.2防泵憋壓和軸承溫升的聯鎖控制要處于完好狀態。  
    3.2.3定期檢查水噴淋保護系統，要保持暢通好用。  
    3.3環氧乙烷貯罐  
    3.3.1貯罐的液位要低于80%。  
    3.3.2貯罐中絕不能混入酸、堿、醛、水等。  
    3.3.3氮封系統要維持正常。水噴淋系統要保證暢通好用。  
    3.4其它部位  
    3.4.1純氧由氧壓機供給。氧壓機易發生著火事故 <http://www.hbsafety.cn/article/33/>，因此要加強巡檢，做好記錄，準確分析判斷異常情況，以便及時采取有力的防護和補救措施。輸送純氧的管道必須干凈，不能有油脂。  
    3.4.2定期檢測接地系統，保證良好接地，符合靜電接地要求。  
    3.4.3環氧乙烷裝槽車或鋼瓶長距離運輸，要充以0.7MPa的氮封進行保護，槽車或鋼瓶要符合有關安全要求。  
    3.4.4環氧乙烷沸點低，極易發揮，不要用手接觸，以防凍傷。  
    3.4.5環氧乙烷進入眼內會造成眼發炎或失明，因此在排放環氧乙烷時，要做好個人防護。  
    3.4.6定期校驗可燃氣體報警儀，保證處于完好狀態。 
安全設計：
1）儲存工藝條件的確定3 {% f) L0 q8 r0 G  E6 l0 t
①并列布置兩臺環氧乙烷貯罐，基于環氧乙烷氣體的極易爆炸性和很高的火焰溫度，故在儲罐的氣相空間設置了惰性氣體充填保護措施（氮氣濃度不低于99.5%），可使貯罐內氣相空間環氧乙烷混合氣體處于爆炸極限范圍之外。
( \5 G0 G6 t4 `! \②根據有關資料顯示，環氧乙烷儲存溫度在30℃以下，儲罐壓力應在0.22MPa以上,基于減緩環氧乙烷聚合、防止輸送中汽化、減少排空損失降低氮氣系統負荷及盡量避免儲存溫度壓力較高帶來的危險因素等綜合對比，設計中貯罐帶半夾套，夾套內通入冷凍水，采用了較低的儲存溫度-5～-10℃，儲罐的設計壓力達到了0.8MPa，以確保安全。* O$ Q& ~5 }8 d) @
③儲存量的確定
( C/ w5 W) ]8 o; B; u, x根據環氧乙烷日消耗量，在滿足生產供應的前題下，選最低貯存量?？紤]供應的時間周期，儲存量按7～8天設計，所以設計中采用了兩臺環氧乙烷貯罐。裝填系數約50%。既可在一旦事故出現時，將其中一臺內的物料導入另一臺儲罐內，減少事故危險和物料損失。8 X" U) p3 n7 u, ^+ o! N0 D
（2）儲罐、管路和儀表材質的選擇; Z( j# ~# A% [+ e% v4 d7 v$ D
前提條件是避免鐵銹及防止銅、鎂合金及其他乙炔氧化物，因為它們會導致環氧乙烷聚合和污染。本工藝設計儲罐采用16MnR，在使用前必須經過嚴格徹底除銹并用氮氣保護。進料管線采用不銹鋼材料，因為出料體積一般在300升/次以內，并且在6個小時內即可使用完，所以出料管線采用的是碳素鋼。
3 G4 S, G. f3 B: d, Q（3）冷凍系統設置5 c% G( n" W2 Q$ [- B* R% W
環氧乙烷儲罐采用外夾套低壓鹽水循環導冷方式進行冷卻。并且外加冷水噴淋裝置，以防停車時缺乏冷凍鹽水時使用。- M4 h2 M. M2 A8 ?# z6 W& y+ m
（4）輸送方式的確定1 X' Y* {. H+ d5 n  C
本設計環氧乙烷的輸送不采用輸送泵輸送，而采用0.3～0.4MPa的氮氣壓料輸送。這樣既可減低輸送泵在各個方面帶來的不確定的不安全性，又節約了動力。
5 L: }) c1 I0 j7 ~* p" t. p（5）管路系統的布置和安裝
' H( X+ W' v  }: t8 i' x4 A①管路連接除閥門及其它管件和設備等需要法蘭連接處外，其余則選用焊接結構并盡量減少焊接點，以減少泄漏。
4 a/ s' y+ f% N; A, n% V- a+ J7 v②管路布置遵循盡可能使環氧乙烷在停車時能自行靠重力從管路中排凈的原則，避免出現“U”形和氣袋。在不可避免出現上述情況時，必須設立排凈或排空裝置。絕對不可以出現長期停車時兩端完全封閉的管路，遇此情況則應設置自由泄出端或安全閥。
( z0 ?9 I$ ?$ k③為防止環氧乙烷聚合物阻塞管路，在管路的適當部位設置了氮氣吹掃系統。- y# q* h" F4 z
（6）墊片及保冷材料
0 o; P( V: U2 p0 s8 ^天然橡膠和石棉墊片因會被環氧乙烷溶解促進環氧乙烷聚合，故選擇了聚四氟乙烯和不銹鋼纏繞式墊片。系統內的保冷隔熱材料，選擇閉孔泡沫玻璃，外裹玻璃纖維，外刷防火涂料。$ （7）設置貯罐安全泄放系統
, b1 l) Z5 D* n  K$ J1 u  }①為確保安全，環氧乙烷貯罐上必須設置的安全泄放系統不應是簡單意義上的安全閥，因為它一旦失靈，后果則可能十分嚴重。也不應以爆破膜作為通常的泄壓手段，因為它不能控制排出，直到會將物料排盡。所以每臺環氧乙烷儲罐設置了兩個安全閥，安全閥下設置兩個閥門，平時閥門為敞開狀態，一旦安全閥再現故障，即可關閉該安全閥下部的閥門。
4 J  L" q* T9 f4 ^②為保證放空系統安全，放空出口設計了列管鹽水冷卻器和氮氣吹掃管線，列管鹽水冷凝器在進料變壓時可以將揮發的環氧乙烷冷凝回流，氮氣管線用以吹掃泄放物和殘留物。9 ]6 A6 G6 w" D* e9 ?% e
③設置了**的帶阻火器的放空管。. H' _, e+ Q: E2 T0 G
（8）消防設施/ \7 l1 J$ I0 X) p: z, {  d
環氧乙烷極易溶解于水，4%濃度的水溶液是火災安全區。為此，采用水稀釋是最方便經濟和有效的安全保護和消防方案。
4 R; _2 F3 E4 v5 r' V6 i①在儲罐上端設置了水噴淋裝置，并保證水呈噴射狀，噴射水量在10～15L/min·m3。采用手動控制。
5 Y- y' M& n! J②在儲罐周邊設置兩個消防水栓。1 Q# ]5 D( I, p: ^
1 u0 D) ]. ^# ~) P2 Z9 x③關于事故儲液池的設置：本裝置設計了一座300m3的儲液池，且儲液池外另建有24m×20m×2m的圍墻。儲罐上端加蓋了7m高的敞開式的遮陽棚。
3 X1 Y; Z9 @  y% X" e/ W66環氧乙烷輸送泵的安全設計
由于環氧乙烷所具有的危險特性，其輸送泵須給予特殊的安全防護，這些泵均裝有安全裝置以保護泵本身、工廠環境以及操作人員。所有輸送環氧乙烷的泵均采用DURAMETALLIC串行軸封，因為它具有更加安全的特質。

每一臺泵均有密封液小槽，本場使用50﹪EG水溶液以為環氧乙烷泵之軸封漏供應一種抑制液體，每一個封液槽都有一個液位開關，槽中液位低時輸出一個訊號至控制室，經共享警示系統在主控板發生警報，液位低即表示外側軸封漏，封液槽亦裝有壓力開關，壓力高時作動警報器，封液槽之高壓警報即表示內側軸封漏，無論發生壓力高或液位低的警報，現場操作員應立刻去檢視發生問題的泵，并決定是否應予停車并啟動備用泵，操作員絕不可僅仰賴警報系統來偵測環氧乙烷設備，必須定時巡視檢查，因為儀器／警報系統也有發生故障的時候。

環氧乙烷泵亦具有內端及外端頸軸承溫度偵測儀，軸承溫度高時在控制室發出警報，軸承溫度高是軸承故障，泵軸線對準不佳及機械振動等現象很好的指示，一個熱的軸承可以點燃環氧乙烷汽，發現軸承溫度上升時應立即檢查，若判斷軸承已損壞，即停車檢修。
所有環氧乙烷泵均以兩臺并聯使用，其中一臺為備用泵。泵設有低流量保護停車裝置，當測得低流量時，控制室警報器被作動，而且經30秒延遲時間后令泵跳車，每組泵亦有電路連鎖，兩臺泵不能同時運轉超過2分鐘，經過兩分鐘的延遲時間后，較早啟動的泵將自動停掉，這個防護裝置可防止泵發生滯流及過熱，每一臺泵均可從控制室予以按停。

環氧乙烷泵之進出口管在線裝有隔離閥，當發生大量泄漏或火災時可用遙控手動開關關閉隔離閥，隔離閥的儀器空氣侍應管線，有一段系用聚乙烯管，并繞經近于泵軸封之處，發生火災時聚乙稀管將熔斷放出空氣而令隔離閥關閉，每一臺泵上方裝設一條附有可熔管塞的引導管，可作動灑水系統，每一臺泵至少有2m2/hr之噴水量噴灑在軸封上。
每臺環氧乙烷泵軸封上面或泵浦附近都裝設可燃性氣體偵測器，一旦偵測到環氧乙烷漏出，控制室表板上的監視器紅燈亮，火警系統警報同時作響。此外制程區運轉設備中含有液態環氧乙烷的設備附近裝設有環氧乙烷MONITOR，共有16臺(包含環氧乙烷槽車灌裝站的一臺)可偵測環境中微量的環氧乙烷(精確度至0.1PPM)當測得微量的環氧乙烷含量達設定點時即會作動主控制室環氧乙烷 MONITOR警報作響，提示操作人員至該處探查，或同時攜測爆器測爆以追蹤其環氧乙烷來源予以適當之處理。