典型石油化工工艺过程中防爆安全技术措施
摘?要介绍了典型石油化工工艺过程中产生爆炸的原因,提出了石油化工安全生产过程中应注意的事项和杜绝爆炸的具体措施。
?关键词石油化工工艺过程安全生产防爆措施
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1前言
石油化工行业和其他行业相比,在防爆方面有着特殊的重要性。这主要由其生产特点决定的。
a.石油化工行业爆炸源多,如原料、中间体、成品大多数都是易燃、易爆物质;同时,生产过程中的点火源很多,如明火、电火花、静电火花都可能成为爆炸的点火源。易燃、易爆物质或其蒸汽和氧气等助燃性气体混合达到一定的比例形成的混合气体遇点火源发生爆炸时,其破坏程度不亚于烈性炸药的威力,这一特点,决定了石油化工行业的防火防爆工作的艰巨性。
b.石油化工生产具有高温、高压、深冷冻的特点,并且多数介质具有较强的腐蚀性,加上温度应力,交变应力等的作用,受压容器、设备常常因此而遭到破坏,从而引起泄漏,造成大面积火灾和爆炸事故。
c.石油化工生产具有高度自动化、密闭化、连续化的特点。生产工艺条件日趋苛刻,操作要求严格,加之新老设备并存,多数设备已运行多年,可靠性下降,容易发生恶性爆炸事故。
d.石油化工工业发展迅速,生产规模不断扩大,加上对新工艺、新技术的爆炸危险性认识不足,防爆设计不完善等,运行中发生爆炸事故损失将十分严重。
2氧化还原
2.1氧化反应
氧化反应需要加热,反应过程又会放热,特别是催化气相氧化反应一般都是在250~600℃的高温下进行。有的物质的氧化,如氨在空气中的氧化和甲醇蒸气在空气中的氧化,其物料配比接近于爆炸下限,倘若配比失调,温度控制不当,极易爆炸起火。
某些氧化过程中还可能生成危险性较大的过氧化物,如乙醛氧化生产醋酸的过程中有过醋酸生成,性质极不稳定,受高温、摩擦或撞击便会分解或燃烧。
对某些强氧化剂,如高锰酸钾、氯酸钾、铬酸酐等,由于其有很强的助燃性,遇高温或受撞击、摩擦以及与有机物、酸类接触,皆能引起燃烧或爆炸。
氧化过程中,在以空气为氧化剂时,反应物料的配比(反应可燃气体和空气的混合比例)应控制在爆炸极限范围之外,空气进入反应器之前,应经过气体净化装置,清除空气中的灰尘、水汽、油污以及可使催化剂活性降低或中毒的杂质以保持催化剂的活性,减少着火和爆炸的危险。
在催化氧化过程中,对于放热反应,应控制适宜的温度、流量,防止超温超压和混合气处于爆炸极限范围。
为了防止接触器在万一发生爆炸或燃烧时危及人身和设备安全,在反应器前后管道上应安装阻火器,阻止火焰蔓延,防止回火,使燃烧不致影响其他系统。为了防止接触器发生爆炸,应有泄压装置。应尽可能采用自动控制或调节,以及警报联锁装置。使用硝酸、高锰酸钾等氧化剂时,要严格控制加料速度,防止多加、错加。固体氧化剂应该粉碎后使用,最好呈溶液状态使用。反应中要不间断地搅拌。
使用氧化剂氧化无机物,如使用氯酸钾生产铁蓝颜料时,应控制产品烘干温度不超过燃点,在烘干之前用清水洗涤产品,将氧化剂彻底除净,防止未起反应的氯酸钾引起已烘干的物料起火。有些有机化合物的氧化,特别是在高温下的氧化反应,在设备及管道内可能产生焦状物,应及时清除以防自燃。
氧化反应系统宜设置氮气或水蒸气灭火装置。
2.2还原反应
还原反应有的比较安全,但是有几种还原反应危险性较大,如初生态氢还原和催化加氢还原等均较危险。无论是利用初生态氢还原,还是用触媒把氢气活化后还原,都有氢气存在,氢气的爆炸极限为4%~75%。特别是催化加氢,大都在加热加压条件下进行,如果操作失误或因设备缺陷有氢气泄漏,与空气形成爆炸气体混合物,遇上火源即能爆炸。操作过程中要严格控制温度、压力和流量;车间内的电气设备必须符合该爆炸危险区域内的防爆要求,且不宜在车间顶部敷设电线及安装电线接线箱;厂房通风要好,采用轻质屋顶,设置天窗或风帽,使氢气及时逸出;反应中产生的氢气可用排气管导出车间屋顶,经过阻火器向外排放;加压反应的设备要配备安全阀,反应中产生压力的设备要装设爆破板;还可以安装氢气检测和报警装置。
雷内镍吸潮后在空气中有自燃危险,即使没有火源存在,也能使氢气和空气的混合物发生爆炸、燃烧。因此,用它们来催化氢气进行还原反应时,必须先用氮气置换反应器内的全部空气,经过测定证实含氧量降低到符合要求后,方可通入氢气。反应结束后,应先用氮气把反应器内的氢气置换干净,方能打开孔盖出料,以免外界空气与反应器内的氢气相混,在雷内镍触媒作用下发生燃烧、爆炸。雷内镍活化后应当储存于酒精中。钯炭回收时要用酒精及清水充分洗涤,过滤抽真空时不得抽得太干,以免氧化着火。
用保险粉(Na2S2O4)做还原剂时,要注意保险粉遇水发热,在潮湿空气中能分解析出硫,硫蒸气受热有自燃的危险。保险粉本身受热到190℃也有分解爆炸的危险,应妥善储藏,防止受潮;用水溶解时,要控制温度,可以在开动搅拌的情况下将保险粉分批加入冷水中,待溶解后,再与有机物接触进行反应。
还原剂硼氢化钾(钠)是一种遇火燃烧物质,在潮湿空气中能自燃,遇水和酸即分解放出大量氢气,同时产生高热,可使氢气燃烧而引起爆炸事故,应储于密闭容器中,置于干燥处,防水防潮并远离火源。在工艺过程中,调节酸、碱度时要特别注意,防止加酸过快、过多。使用氢化锂铝作还原剂时,要特别注意安全问题,因为这种催化剂危险性很大,遇空气和水都能燃烧,必须在氮气保护下使用,平时浸没于煤油中储存。
上述还原剂遇氧化剂会猛烈发生反应,产生大量热量,也有发生燃烧爆炸的危险。
还原反应的中间体,特别是硝基化合物还原反应的中间体具有一定的火灾危险。例如,邻硝基苯甲醚还原为邻氨基苯甲醚的过程中,产生氧化偶氮苯甲醚,该中间体受热到150℃能自燃。苯胺在生产中如果反应条件控制不好,可以生成爆炸危险性很大的环已胺。
采用危险性小,还原效率高的新型还原剂,对安全生产有很大的意义。例如采用硫化钠代替铁粉还原,可以避免氢气产生,同时还解决了铁泥堆积的问题。
3电解
电解在工业生产中有广泛的应用,食盐溶液电解是化学工业中最典型的电解反应例子之一。食盐电解中的安全问题,主要是氯气中毒和腐蚀、碱灼伤、氢气爆炸以及高温、潮湿和触电危险等。现就防爆问题叙述如下:
在正常操作中,应随时向电解槽的阳极室内添加盐水,使盐水始终保持在规定液面。否则,如盐水液面过低,氢气有可能通过阴极网渗入到阴极室内与氯气混合。要防止个别电解槽氢气出口堵塞,引起阴极室压力升高,造成氯气含氢量过高。氯气内含氯量达5%以上,则随时可能在光照或受热情况下发生爆炸。在生产中,单槽氯含氢浓度一般控制在2.0%以下,总管氯含氢浓度控制在0.4%以下,都应严格控制。如果电解槽的隔膜吸附质量差;石棉绒质量不好;在安装电解槽时碰坏隔膜,造成隔膜局部脱落或者在送电前注入的盐水量过大将隔膜冲坏;以及阴极室中的压力等于或超过阳极室的压力时都可能使氢气进入阳极室,引起氯含氢量高。此时应该对电解槽进行全面检查。
盐水有杂质,特别是铁杂质,致使产生第二阴极而放出氢气;氢气压力过大,没有及时调整;隔膜质量不好,有脱落之处;盐水液面过低,隔膜露出;槽内阴阳极放电而烧毁隔膜;以及氢气系统不严密而逸出氢气等,都可能引起电解槽爆炸或着火事故。引起氢气或氢气与氯气的混合物燃烧或爆炸的着火源可能是槽体接地产生的电火花;断电器因结盐、结碱漏电及氢气管道系统漏电产生电位差而发生放电火花;排放碱液管道对地绝缘不好而发生放电火花;电解槽内部构件间由于较大的电位差或两极之间的距离缩小而发生放电火花;雷击排空管引起氢气燃烧;以及其他点火源等。水银电解槽若盐水中含有铁、钙、镁等杂质时,能分解钠汞齐,产生氢气而引起爆炸。若解汞室的清水温度过低,钠汞齐来不及在解汞室还原完,就可能在电解槽继续解汞而生成大量氢气,这也是水银电解发生爆炸的原因之一。因此,加入的水温应能保持解汞室的温度接近于95℃,解汞后汞中含钠量宜低于0.01%,一般每班应作一次含钠量分析。
由于盐水中带入铵盐,在适宜的条件下(pH值<4.5时),铵盐和氯作用产生三氯化氮,这是一种爆炸性物质。三氯化氮和许多有机物质接触或加热至90℃以上,以及被撞击时,即以剧烈爆炸的形式分解。因此在盐水配制系统要严格控制无机铵含量。
突然停电或其他原因突然停车时,高压阀门不能立即关闭,以避免电解槽中氯气倒流而发生爆炸。
电解槽食盐水入口处和碱液出口处应考虑采取电气绝缘措施,以免漏电产生火花。氢气系统与电解槽的阴极箱之间亦应有良好的电气绝缘。整个氢气系统应良好接地,并设置必要的水封或阻火器等安全装置。
电解食盐厂房应有足够的防爆泄压面积,并有良好的通风条件,应安装防雷设施,保护氢气排空管的避雷针应高出管顶3m以上。
电解过程由于有氢气存在,有起火爆炸危险。电解槽应安置在自然通风良好的单层建筑物内。
4聚合
由于聚合物的单体大多是易燃易爆物质,聚合反应多在高压下进行,本身又是放热过程,如果反应条件控制不当,很容易引起事故。
例如高压聚乙烯反应一般在13~30MPa压力下进行,反应过程流体的流速很快,停留于聚合装置中的时间仅为10s到数分钟,温度保持在150~300℃。在该温度和高压下,乙烯是不稳定的,能分解成碳、甲烷、氢气等。一旦发生裂解,所产生的热量,可以使裂解过程进一步加速直到爆炸。国内外都曾发生过聚合反应器温度异常升高,分离器超压而发生火灾;压缩机爆炸以及反应器管路中安全阀喷火而后发生爆炸等事故。因此,严格地控制反应条件是十分重要的。在高压聚乙烯生产中,主要危险因素有:
a.该过程处在高压下,所以当设备和管道的密封有极小损坏时,即会导致气体大量喷出到车间中,并和空气形成爆炸性气体混合物。
b.该过程为放热和热动力不稳定过程。乙烯聚合反应产生的热效应为96.3kJ/mol,所以当热量来不及导出时,会引起乙烯爆炸性分解。
c.乙烯可能在设备和管道中聚合,使温度上升到危险程度,导致乙烯分解和聚合产品堵塞设备。
d.如果违反压力条件和规定的混合气体流量比,在设备中乙烯和氧气可能形成易爆混合物。
e.乙烯分解时产生的分解细粒状炭黑有可能堵塞反应器和管道,从而使过程难以正常进行,以致不得不停产进行设备清理。
由上述危险因素可见,必须对工艺流程的所有工序进行温度、压力和物料流速的严格自动控制和调节。尤其应该准确地控制乙烯中氧的限制含量,因为当氧含量超过允许量时,反应速度将迅速加快,反应热来不及导出,以致使过程反应强度显著提高,最终使过程由乙烯爆炸性分解为甲烷和碳而结束。此外,当过量供氧时,还会形成爆炸性混合物。
高压聚乙烯的聚合反应在开始阶段或聚合反应进行阶段都会发生暴聚反应,所以设计时必须充分考虑到这一点。可以添加反应抑制剂或加装安全阀来防止。在紧急停车时,聚合物可能固化,停车再开车时,要检查管内是否堵塞。高压部分应有两重、三重防护措施;要求远距离操作;由压缩机出来的油严禁混入反应系统,因为油中含有空气,进入聚合系统能形成爆炸性混合物。
氯乙烯聚合是属于连锁聚合反应,连锁反应的过程可分为3个阶段,即链的开始、链的增长、链的终止。聚合反应中链的引发阶段是吸热过程,所以需加热。在链的增长阶段又放热,需要将釜内的热量及时导走,将反应温度控制在规定值。这两个过程要分别向夹套通入加热蒸汽和冷却水。温度控制多采用串级调节系统。为了及时导走热量必须有可靠的搅拌装置。由于氯乙烯聚合是采用分批间歇方式进行的,反应主要依靠调节聚合温度,因此聚合釜的温度自动控制十分重要。
丁二烯聚合过程中接触和使用酒精、丁二烯、金属钠等危险物质。酒精和丁二烯与空气混合都能形成爆炸性混合物,金属钠遇水、空气激烈燃烧,引起爆炸,因此不能暴露于空气中。
为了控制猛烈反应,应有适当的冷却系统,并需严格控制反应温度。冷却系统应保证密闭良好,特别在使用金属钠的聚合反应中,最好采用不与金属钠反应的十氢化萘或四氢化萘作为冷却剂。如用冷水做冷却剂,应在微负压下输送,不可用压力输送。这样可减少水进入聚合釜的机会。
丁二烯聚合釜上应装安全阀,通常的办法是同时安装爆破板。爆破板应装在连接管上,在其后再连接一个安全阀。这样可以防止安全阀堵塞,又能防止爆破板爆破时大量可燃气逸出而引起二次爆炸。爆破板不能用铸铁,必须用铜或铝制作,避免在爆破时铸铁产生火花引起二次爆炸事故。
聚合生产系统应配有氮气保护系统,所用氮气要经过精制,用铜屑除氧,用硅胶或三氯化铝干燥,纯度保持在99.5%以上。无论在开始操作或操作完毕打开设备前,都应该用氮气置换整个系统。当发生故障,温度升高或发现有局部过热现象时,须立即向设备充入氮气加以保护。正常情况下,操作完毕后,从系统内抽出气体是安全生产的一项重要措施,可消除或减少爆炸的可能性,当工艺过程被破坏,发生事故,不能降低温度或发现局部过热现象时,应将气体抽出,同时往设备中送入氮气。以上是在聚合过程中,为了防爆而必须采取的安全措施。
5催化
催化反应分单相反应和多相反应两种,单相反应是在气态下或液态下进行的,危险性较小,因为在这种情况下,反应过程中的温度、压力及其他条件较易调节。在多相反应中,催化作用发生于相界面及催化剂的表面上,这时温度、压力较难控制。从防爆安全要求来看,催化过程中除要正确选择催化剂外,要注意散热需良好;催化剂加量适当,防止局部反应激烈;并注意严格控制温度。采用温度自动调节系统,就可以减少其危险性。
在催化反应过程中有的产生氯化氢,有腐蚀和中毒危险;有的产生硫化氢,则中毒危险性更大。另外,硫化氢在空气中的爆炸极限较宽(4.3%~45.5%),生产过程还有爆炸危险。在产生氢气的催化反应中,有更大的爆炸危险性,尤其高压下,氢的腐蚀作用使金属高压容器脆化,从而造成破坏性事故。
如原料气中某种能与催化剂发生反应的杂质含量增加,就可能生产爆炸危险物,也是非常危险的。例如,在乙烯催化氧化合成乙醛的反应中,由于在催化剂体系中含有大量的亚铜盐,若原料气含乙炔过高,则乙炔与亚铜会反应生成乙炔铜。乙炔铜呈红色,自燃点是260~270℃,干燥状态下极易爆炸,在空气作用下易氧化成暗黑色,并易起火。
6裂化
裂化可分为热裂化、催化裂化、加氢裂化3种类型。
6.1热裂化
热裂化在加热和加压下进行。根据所用压力的高低分高压热裂化和低压热裂化。高压热裂化在较低温度(约450~550℃)和较高压力(2~7MPa)下进行,低压热裂化在较高温度(约550~770℃)和较低压力(0.1~0.5MPa)下进行。处于高温下的裂解气,要直接喷水急冷,如果因停水和水压不足,或因操作失误,气体压力大于水压而冷却不下来,会烧坏设备从而引起火灾。为了防止此类事故发生,应配备两种电源和水源。操作时,要保证水压大于气压,发现停水或气压大于水压时要紧急放空。
裂解后的产品多数是以液态储存,有一定的压力,如有不严之处,储槽中的物料就会散发出来,遇明火发生爆炸。高压容器和管线要求不泄漏,并应安装安全装置和事故放空装置。压缩机房应安装固定的蒸汽灭火装置,其开关设在外边易接近的地方。机械设备、管线必须安装完备的静电接地和避雷装置。
分离主要是在气相下进行的,所分离的气体均有火灾爆炸危险,如果设备系统不严密或操作错误泄漏可燃气体,与空气混合形成爆炸性气体混合物,遇火源就会燃烧或爆炸。分离都是在压力下进行的,原料经压缩机压缩有较高的压力,若设备材质不良,误操作造成负压或超压;或者因压缩机冷却不好,设备因腐蚀、裂缝而泄漏物料,就会发生设备爆炸和油料着火。再者,分离又大都在低温下进行,操作温度有的低达-30~100℃。在这样的低温条件下,如果原料气或设备系统含水,就会发生冻结堵塞,以至引起爆炸起火。
分离的物质在装置系统内流动,尤其在压力下输送,易产生静电火花,引起燃烧,因此应该有完善的消除静电的措施。分离塔设备均应安装安全阀和放空管;低压系统和高压系统之间应有止逆阀;配备固定的氮气装置、蒸汽灭火装置。操作过程中要严格控制温度和压力。发生事故需要停车时,要停压缩机、关闭阀门,切断与其他系统的通路,并迅速开启系统放空阀,再用氮气或水蒸气、高压水等扑救。放空时应当先放液相后放气相。
6.2催化裂化
催化裂化装置主要由3个系统组成,即反应再生系统、分馏系统以及吸收稳定系统。在生产过程中,这3个系统是紧密相连的整体。反应系统的变化很快地影响到分馏和吸收稳定系统,后两个系统的变化反过程又影响到反应部分。在反应器和再生器间,催化剂悬浮在气流中,整个床层温度要保持均匀,避免局部过热,造成事故。
两器压差保持稳定,是催化裂化反应中最重要的安全问题,两器压差一定不能超过规定的范围。目的就是要使两器之间的催化剂沿一定方向流动,避免倒流,造成油气与空气混合发生爆炸。当维持不住两器压差时,应迅速启动自动保护系统,关闭两器间的单动滑阀。在两器内存有催化剂的情况下,必须通以流化介质维持流动状态,防止造成死床。正常操作时,主风量和进料量不能低于流化所需的最低值,否则应通入一定量的事故蒸汽,以保护系统内正常流化态度,保证压差的稳定。当主风量由于某种原因停止时,应当自动切断反应器进料,同时启动主风与原料及增压风自动保护系统,向再生器与反应器、提升管内通入流化介质,而原料则经事故旁通线进入回炼罐或分馏塔,切断进料,并应保持系统的热量。催化裂化装置关键设备应当具有两路以上的供电电源,自动切换装置应经常检查,保持灵敏好用,当其中一路停电时,另一路能在几秒内自动合闸送电,保持装置的正常运行。
6.3加氢裂化
加氢裂化是在有催化剂及氢气存在下,使蜡油通过裂化反应转化为质量较好的汽油、煤油和柴油等轻质油。它与催化裂化不同的是在进行裂化反应时,同时伴有烃类加氢反应、异构化反应等,所以称加氢裂化。
由于反应温度和压力均较高,又接触大量氢气,火灾爆炸危险性较大。加热炉平稳操作对整个装置安全运行十分重要,要防止设备局部过热,防止加热炉的炉管烧穿或者高温管线、反应器漏气。高压下钢与氢气接触易产生氢脆。因此应加强检查,定期更换管道和设备。
7硝化
硝化反应是强烈放热的反应,故硝化需在降温条件下进行。因为温度控制是安全的基础,所以应当安装温度自动调节装置。
常用的硝化剂是混酸(浓硝酸与浓硫酸的混合物)制备混酸时放出大量热,温度可达到90℃或更高。在这个温度下,硝酸部分分解为二氧化氮和水,假若有部分硝基物生成,高温下可能引起爆炸。
硝化器夹套中冷却水压力微呈负压,在水引入管上,必须安装压力计,在进水管及排水管上都需要安装温度计。应严防冷却水因夹套焊缝腐蚀而漏入硝化物中,因硝化物遇到水后温度急剧上升,反应进行很快,可分解产生气体物质而发生爆炸。
为严格控制硝化反应温度,应控制好加料速度,硝化剂加料应采用双重阀门控制。搅拌机应有自动启动的备用电源,以防止机械搅拌在突然断电时停止而引起事故,搅拌轴采用硫酸作润滑剂,温度套管用硫酸作导热剂。不可使用普通机械油或甘油,防止它们被硝化而形成爆炸性物质。由填料出落入硝化器中的油能引起爆炸事故,因此,在硝化器盖上不得放置用油浸过的填料。在搅拌器的轴上,应备有小槽,借以防止齿轮上的油落入硝化器中。
硝化过程中最危险的是有机物质的氧化,其特点是放出大量氧化氮气体的褐色蒸气并使混合物的温度迅速升高,引起硝化混合物从设备中喷出而引起爆炸事故。仔细地配制反应混合物并除去其中易氧化的组分、调节温度及连续混合是防止硝化过程中发生氧化作用的主要措施。
由于硝基化合物具有爆炸性,同时必须特别注意处理此类物质过程中的危险性。例如,二硝基苯酚甚至在高温下也无危险,但当形成二硝基苯酚盐时,则变为危险物质。三硝基苯酚盐(特别是铅盐)的爆炸力是很大的。在蒸馏硝基化合物时,必须特别小心。
硝化设备应确保严密不漏,防止硝化物料溅到蒸气管道等高温表面上而引起爆炸或燃烧。如管道堵塞时,可用蒸汽加温疏通,切不可用金属棒敲打或明火加热。
车间内禁止带入火种,电气设备要防爆。当设备需动火检修时,应拆卸设备和管道,并移至车间外安全地点,用水蒸汽反复冲刷残留物质,经分析合格后,方可施焊。需要报废的管道,应专门处理后堆放起来,不可随便挪用,避免意外事故发生。
8氯化
氯是强氧化剂,能与可燃气体形成易爆混合物。氯代烃与空气和氧气也能形成易爆混合物。氯与氢的混合物的爆炸浓度极限范围更宽。氯和可燃烃类、醇、羧酸和氯代烃的二元混合物在绝大多数情况下容易爆炸。众所周知,许多烃(乙烯、丙烯、正丁烯、正戊烯)能在100℃温度下,甚至在室温下以明显的速度与氯气反应,生成含氯产物。当烯烃与氯气形成混合物并将它加热时,可能产生由绝热反应引起的自燃。所以在一定条件下,工艺设备中会发生自行加速过程,并进而转为爆炸。乙炔加入氯气的反应过程非常剧烈,添加少量氧对这一反应可起催化作用。在氧存在下,乙炔与氯气在室温,甚至-78℃下即能相互作用,并引起爆炸。乙炔和氯气的相互作用会引发乙炔爆炸性分解。含氯的可燃混合物具有低温自燃特性,当形成爆炸性混合物时,这一特性会增加引起燃烧的危险性。
氯化过程的特点是被氯化的大多数烃和获得的一氯或二氯代衍生物能与空气或氧气形成爆炸性混合物,所以氯化过程的设备构造、控制和自动化系统均应不让可燃产物有可能与氧气或空气形成爆炸性混合物。反应时放热量大和与乙炔等不饱和烃作用时氯有活性是氯化过程的主要危险。
在化工生产中,最常用的氯化剂是氯气,它通常液化储存和运输。
储罐中的液氯在进入氯化器使用之前必须先进入蒸发器使其气化。通常不能把储存氯气的气瓶或槽车当储罐使用,因为这样有可能使被氯化的有机物质倒流进气瓶或槽车而引起爆炸。对于一般氯化器应装设氯气缓冲罐,防止氯气断流或压力减小时形成倒流。
氯化反应的危险性主要决定于被氯化物质的性质及反应过程的控制条件。由于氯气本身的毒性较大,储存压力较高,一旦泄漏是很危险的。反应过程所用的原料大多是有机物,易燃易爆,所以生产过程有燃烧爆炸危险,应严格控制各种点火能源,电气设备应符合防爆的要求。氯化反应是一个放热过程,尤其在较高温度下进行氯化,反应更为激烈。例如环氧氯丙烷生产中,丙烯预热至300℃左右进行氯化,反应温度可升至500℃,在这样高的温度下,如果物料泄漏就会造成燃烧或引起爆炸。因此,一般氯化反应设备必须备有良好的冷却系统,并严格控制氯气的流量。
篇2:石油化工生产应急排液防火防爆安全措施
针对石油化工生产中,事故情况下紧急排放可燃液体可能带来的火灾爆炸危险,阐述了在工艺上和设计上应急安全排液应采取的防火防暴技术措施。
在石油化工生产中,可燃液体的应急安全排放,是防止火灾、爆炸蔓延扩展的重要措施。甲、乙、丙类的设备均应有事故应急排放设施。为了确保排放安全,防止火灾爆炸事故发生,必须从排放设施的设计上、排放工艺上和操作上采取相应的安全措施。
1可燃液体排放设施的功能
可燃液体的应急排放设施主要是用于事故情况下的排放,当生产装置发生故障,反应物料发生剧烈反应,采取加强冷却,减少投料等措施难以奏效,不能防止反应设备超压、超温、暴聚、分解爆炸事故,应将设备内物料及时排放。尤其是在火灾状态下,为了减少物料损失或防止火灾蔓延扩大,并协助灭火,需将装置内的液态物料泄压排放。
2可燃液体的排放设施
可燃液体物料的排放系统可以利用专门的设施,或利用通常的工艺管线和容器进行排放。
可燃液体的排放设施有抽送系统和压力自流系统两种类型。抽送系统由紧急冷却器、紧急排液管线、事故储槽或排放罐等组成。压力自流系统由紧急排液管线、紧急放空塔、紧急排放池及隔油、转油和排污系统组成。紧急放空塔、池设施也可以用于抽送系统。
紧急冷却器是用于冷却排放的所有料液,使之降温而消除火灾与爆炸危险的安全设备。一般为蛇管式,可以专用,也可以设计成两用的,即在正常操作时作为冷却器组的一部分。事故储槽是专门用于接受冷却后紧急排泄物料的安全设备,一般为立式钢罐。容积较大的直接火加热器、危险性较大的反应器,如氧化、硝化、氯化反应器等,均需装设事故储槽。大型石油化工装置油品的排放,需通过紧急放空塔、池进行。紧急放空塔下段有5~6层挡板,下部进油,上部喷淋冷却水,紧急放空塔下段的上部还应接入消防蒸汽。紧急放空塔可放在池内,塔池相通,但紧急放空池内应经常保持1/3以上的水,塔底应浸在水面以下。
3可燃液体应急排放的安全技术措施
3.1事故排放设备设置在安全位置
设在厂房里的生产设备或容器,在紧急情况下,其内液体应放流到设在厂房外的地下或半地下专用事故贮槽或排放罐中。厂房到事故储槽或排放罐的距离应与到设在厂房外的工艺设备相同。从露天装置或工艺台架到事故储槽或排放罐的距离应布置在装置或台架范围以外,不应当将其设在厂房和与这些厂房有联系的露天装置或台架之间。
紧急排液时,紧急放空塔、池都有着火的危险。因此,紧急放空塔、池应设置在安全地带,通常应与其他装置或设施的安全距离为30m。用动力输送紧急排放物料的转油泵,距紧急排液池的距离应为15m以上。紧急放空塔或紧急排放池应设置在污水处理厂附近,尽量缩短排污管线的距离。
3.2及时启动排放设施
发生时故事,应能及时启动安全排放设施。事故阀门通常设在厂房外或第一层靠近出口的位置。如果阀门有远距离传动装置,则事故阀门应安在需放空的设备或装置附近,起动按钮要设在厂房外出口旁。事故放空最好是自动打开阀门,并与设备或装置停止运转的设施相联动。起动阀门的自动系统传感器,要安装在可能发生火灾的区域。
紧急排放的管道要向事故储槽或排放罐一侧倾斜,并且尽可能取直线减少弯曲。除设备闸阀外,所有事故放空管道上不准安装闸阀。
紧急排放管线要经常检查,如有可能,应经常用300℃、0.3MPa(表压)的过热蒸汽吹扫,以确保其畅通。
3.3事故排放设备应有足够容积
主要紧急排液安全处理设备的规格,需依据最大紧急排液量来确定。最大紧急排液量一般按在同一时间内只有一个装置发生事故来考虑。如果几个装置或全厂共用一个紧急放空设施,则按一次紧急排液量最大的装置考虑紧急排液安全处理设施。在炼油厂,一般最大紧急排液量按管式炉或分馏塔底油考虑,如60万t/a或120万t/a的催化裂化装置,一次最大紧急排液量为300m3,50~60万t/a的热裂化和延迟焦化装置为200m3。一个事故储槽可以同若干个容器相连,其容量不应小于其中最大一个容器的容积。
在车间里,一些容量不大的设备,如计量槽、分配器、压力箱、燃料柜、淬火池等,不必设置专门的事故储槽。它们可利用设在室外或设在毗连的厂房内,但需用实体墙分隔开的生产容器作为紧急放空排放储罐。此时,液体的放空只能采取自流式。
3.4控制排放液体流速
处理事故要求的时间较短,小于10~15min,最好采用抽送和压放的方式排放,如石油炼制企业的催化裂化装置,就是采用此法排放其中物料的。利用惰性气体压放,既可加快排放速度,又可消除在设备中发生爆炸的可能性。
通常在操作中出现异常事故,或在设备运行中发生故障,或在火灾情况下须进行紧急排放的易燃易爆液态物料,都是处于沸点的温度条件下,通过管线进入紧急放空塔等设备中,若流速过快,易引起闪蒸。另外,排液速率过快时,生产装置内可造成瞬间真空,吸入空气或火焰,带来更大的爆炸危险。因此,应适当控制排放速率。对于密度较大而泄放压力较小的液态物料,一般闪蒸量较少,紧急排液时间也可较长,一般按30min考虑,如石油炼制企业的常减压蒸馏、延迟焦化、热裂化等装置,主要应采用自流排液方式,经紧急排液管线、紧急冷却器转送紧急放空塔、紧急事故罐等储存处理系统。
紧急排液管直径应根据排液量和紧急排液的限制时间及安全性来确定。石油炼制企业,60万t/a或120万t/a的催化裂化装置要求紧急排液时间较短,排放管径应较大,其余装置的排放管径一般与加热炉入口管径相同。
3.5防止排放设备发生火灾爆炸
为了预防排放的液体物料发生闪蒸,蒸出的可燃蒸气与空气形成爆炸性混合物,紧急冷却的冷却面积要足够大,保证其冷却效果。紧急放空塔的冷却水量,应根据最大紧急放空量和泄放物料的温度确定。
事故储槽要制成密闭式的。但它在使用过程中可能积存凝结水。此时,若放进高温液体,可能使水急剧汽化,槽内压力急剧上升而发生蒸汽物理性爆炸。因此,积存的水要定期放掉。事故储槽的底要做成有坡度的,以便将水排干净。
为了防止高温液体流入封闭式事故储槽和空气接触形成爆炸性混合物而发生爆炸,排放高温液体之前,要用水蒸气或惰性气体吹洗事故储槽及其管道。
3.6排放设施的安装符合要求
紧急排放的物料温度往往较高,因此,紧急排液管线要认真考虑热补偿问题,防止管线受高温作用,破裂失效。事故放空管道应用水封保护,以防火焰沿管发生蔓延。
事故储罐上面要安装呼吸管以控制罐内压力,呼吸管应对着安全方向,并且阻火器加以保护。如果排放的油品较重,事故储罐应具有保温或加热设施。蒸汽加热盘管的面积应按48h升温30℃设计。
几个装置共用一个放空塔、池设施排液时,冷却器就布置在装置内,由各装置自行管理。几个装置共用一条紧急排液管线时,其连接处必须各加单向阀,防止物料窜流。
紧急放空池应设简易的隔油设施和可将污油抽送至污油罐或燃料油罐的蒸汽泵或电力油泵。污油泵的输送能力以8h内送完一次最大排放量选定。池内污水应靠自流流入污水处理厂进行安全和净化处理,并且宜设置用蒸汽吹扫污水管的接管。
3.7加强消防安全管理
应急排放可燃液体物料属于火灾危险性操作,必须加强消防安全管理。应制订完善的安全操作规程,并且严格执行,确保操作安全。在紧急排液的状态下应实施消防现场监护,及时处理意外情况。紧急排液后,必须用蒸汽吹扫整个排放管线和冷却器。
篇3:石油化工生产防火防爆措施
一、石油化工生产中火灾爆炸危险性分析
?石油化工生产中火灾爆炸危险性可以从生产过程中的物料的火灾爆炸危险性和生产装置及工艺过程中的火灾爆炸危险性两个方面进行分析。具体地说,就是生产过程中使用的原料、中间产品、辅助原料(如催化剂)及成品的物理化学性质、火灾爆炸危险程度,生产过程中使用的设备、工艺条件(如温度、压力),密封种类、安全操作的可靠程度等,综合全面情况进行分析,以便采取相应的防火防爆措施,保证安全生产。(一)石油化工生产中使用物料的火灾爆炸危险性石油化工生产中,所作用的物料绝大部分都具有火灾爆炸危险性,从防火防爆的角度,这些物质可分为七大类。即:(1)爆炸性物质,如硝化甘油等;(2)氧化剂,如过氧化钠、亚销酸钾等;(3)可燃气体,如苯蒸气等;(4)自燃性物质,如磺磷等;(5)遇水燃烧物质,如硫的金属化合物等;(6)易燃与可燃液体,如汽油、丁二烯等;(7)易燃与可燃固体,如硝基化合物等。(二)生产装置及工艺过程中的火灾爆炸危险性(1)装置中贮存的物料越多,发生火灾时灭火就越困难,损失也就越大;(2)装置的自动化程度越高,安全设施越完善,防止事故的可能性就越高;(3)工艺程度越复杂,生产中物料经受的物理化学变化越多,危险性就增加。(4)工艺条件苛刻,高温、高压、低温、负压,也会增加危险性;(5)操作人员技术不熟练,不遵守工艺规程,事故状态时欠镇静、处理不力,也会造成事故;(6)装置设计不符合规范,布局不合理,一旦发生事故,还会波及邻近装置。
二、石油化工生产防火防爆措施石油化工生产防火防爆措施
(一)火源控制石油化工生产中,常见的着火源除生产过程本身的燃烧炉火、反应热、电火花等以外,还有维修用火、机械摩擦热、撞击火花、静电放电火花以及违章吸烟等。这些火源是引起易燃易爆物质着火爆炸的常见原因。控制这些火源的使用范围,对于防火防爆是十分重要的。1.明火控制石油化工生产中的明火主要是指生产过程中的加热用火、维修用火及其它火源。
加热易燃液体时,应尽量避免采用明火,而采用蒸气、过热水、中间载热体或电热等。如果必须使用明火,设备应严格密闭,燃烧室应与设备建筑分开或隔离。在有火灾爆炸危险场所的贮罐和管道内部作业,不得采用普通电灯照明,而应采用防爆电器。在有火灾爆炸危险的厂房内,应尽量避免焊割作业,进行焊割作业时应严格执行工业用火安全规定。在积存有可燃气体、蒸气的管沟、深坑、下水道内及其附近,在没有消除危险之前,不能有明火作业。电焊线破残应及时更换或修理,不能利用其与易燃易爆生产设备有联系的金属件作为电焊接地线,以防止在电器通路不良的地方产生高温或电火花。对熬炼设备要经常检查,防止烟道窜火和熬锅破漏。盛装物料不要过满,防止溢出。在锅灶设计上可采用“死锅活灶”的方法,以便随时搬出灶火。在生产区熬炼时,应注意熬练地点的选择。喷灯是一种轻便的加热工具,主要用于维修方面。在有火灾爆炸危险场所使用喷灯,应按动火管理制度进行并将可燃物清理干净。烟囱飞火,汽车、拖拉机、柴油机等排气管喷火,都可能引起可燃气体、蒸气燃烧爆炸。为防止烟囱飞火,炉膛内燃烧要充分,烟囱要有足够的高度,周围一定距离内不搭建易燃建筑,不堆放易燃易爆物质。为防止机动车辆排气管喷火引进火灾,可在排气管上安装火星熄灭器。2.摩擦与撞击火花的控制机器中轴承等转动部分的摩擦,铁器的相互撞击或铁器工具打击混凝土地坪等都可能发生火花,当管道或铁制容器裂开物料喷出时也可能因摩擦而起火花。为避免这类火花产生,必须做到:(1)对轴承及时添油,保持良好润滑,并经常清除附着的可燃污垢。(2)凡是撞击的两部分应采用两种不同的金属制成,例如钢与铜、钢与铝等,撞击的工具用镀青铜或镀铜的钢制成。不能使用特种金属制造的设备,应采用惰性气体保护或真空操作。(3)为防止金属零件随物料带人设备内发生撞击起火,要在这些设备上安装磁力离析器。不宜使用磁力离析器的,如特别危险的物质(硫、碳化钙等)的破碎,应采用惰性气体保护。(4)搬运盛装有可燃气体和易燃液体的金属容器时,不要抛掷、拖拉、震动。(5)不准穿带钉子的鞋进入易燃易爆车间。特别危险的厂房内,地面应铺设不发生火花的软质材料。3.其它火源的控制要防止易燃易爆物件与高温的设备、管道表面相接触。可燃物料排放口应远离高温表面,高温表面要有隔热保温措施,不能在高温管道和设备上烘烤衣服及其它可燃物件。油麻布、油棉纱等易自燃引进火灾,应装入金属桶、箱内,放置在安全地点并及时清理。吸烟是人们比较广泛的一种嗜好。烟头虽是一个不大的热源,但它能引起许多物质的燃烧。烟头表面温度为200~300℃,中心温度达700~800℃,超过一般可燃物的燃点。据在自然通风的条件下试验,烟头扔进深度为5cm的锯末中,经过75~90min的阴燃,便开始出现火焰;烟头扔进深度为5~10cm的刨花中有75%的机会,经过60~100min开始燃烧;把烟头放在甘蔗板上,60min后,燃烧面积扩展到直径15cm的范围,170min后,爆发出火焰燃烧,烟头的烟灰在弹落时,有一部分呈不规则的颗粒,带有火星,落在比较干燥疏松的可燃物上,也会引进燃烧。因此,在石油化工厂区内应禁止吸烟,避免因吸烟而造成火灾爆炸事故。4.电器火花的控制
为防止因电火花引起火灾爆炸事故,在有爆炸危险的场所,应按规定选用相应的防爆设备(见第三章)。(二)火灾爆炸危险物的安全处理1.按物质的物理化学性质采取措施(1)尽量通过改进工艺的办法,以无危险或危险性小的物质代替有危险或危险性大的物质,从根本上消除火灾爆炸的条件。(2)对于本身具有自燃能力的物质、遇空气能自燃的物质以及遇水能燃烧爆炸的物质等,可采取隔绝空气、充入惰性气体保护、防水防潮或针对不同情况采取通风、散热、降温等措施来防止自燃和爆炸的发生。如黄磷、二硫化碳在水中储存,金属钾、钠在煤油中保存,烷基铝在纯氮中保存等。(3)互相接触会引进剧烈化学反应,温度升高,燃烧爆炸的物质不能混存,运输时不能混运。(4)遇酸或碱有分解爆炸燃烧的物质应避免与酸、碱接触;对机械运动(如震动、撞击)比较敏感的物质要轻拿轻放,运输中必须采取减震防震措施。(5)易燃、可燃气体和液体蒸气要根据贮存、输送、生产工艺条件等不同情况,采取相适应的耐压容器和密封手段以及保温、降温措施。排污、放空均要有可靠的处理和保护措施,不能任意排入下水道或大气中。(6)对不稳定的物质,在贮存中应添加稳定剂、阻聚剂等,防止贮存中发生氧化、聚合等反应而引起温度、压力升高而发生爆炸。如丁二烯、丙烯腈在贮存中必须加对苯二酚阻聚剂,防止聚合。(7)要根据易燃易爆物质在设备、管道内流动时产生静电的特征,在生产和储运过程中采取相应的静电接地设施。另外,液体具有流动性,为防止因容器破裂后液体流散或火灾事故时火势蔓延,应在液体贮罐区较集中的地区设置防护堤。2.系统密封及负压操作为防止易燃气体、蒸气和可燃性粉尘与空气构成爆炸性混合物,应使设备密闭,对于在负压下生产的设备,应防止空气吸入。为保证设备的密闭性,对危险设备及系统应尽量少用法兰连接,但要保证安装检修方便,输送危险气体的管道要用无缝管。应做好气体中水分的分离和保温,防止冬季气体中冷凝水在管道中冻结胀裂管道而泄漏。易燃易爆物质生产装置投产前应严格进行气密性实验。负压操作可防止系统中的有毒和爆炸性气体向容器外逸散。但也要防止在负压下操作,由于系统密闭性差,外界空气通过各种孔隙进入负压系统。加压或减压在生产中都必须严格控制压力,防止超压,并应按照压力容器的管理规定,定期进行强度耐压试验。系统检修时应注意密闭填料的检查调整或更换,凡是与系统密闭的关键部件都不能忽视检修质量,以防渗漏。3.通风置换通风是防止燃烧爆炸物形成的重要措施之一。在含有易燃易爆及有毒物质的生产厂房内采取通风措施时,通风气体不能循环使用。通风系统的气体吸人口应选择空气新鲜、远离放空管道和散发可燃气体的地方,在有可燃气体的厂房内,排风设备和送风设备应有独立分开的通风机室,如通风机室设在厂房内,应有隔绝措施。排除输送温度超过80℃的空气或其它气体以及有燃烧爆炸危险的气体、粉尘时的通风设备,应用非燃
烧材料制成。排除具有燃烧爆炸危险粉尘时的排风系统,应采用不发生火花的设备和能消除静电的除尘器。排除与水接触能生成爆炸混合物的粉尘时,不能采用湿式除尘器。通风管道不宜穿越防火墙等防火分隔物,以免发生火灾时,火势通过通风管道而蔓延。4.惰性介质保护惰性气体在石油化工生产中对防火防爆起着重要的作用。常用的惰性气体有氮气、二氧化碳、水蒸气等。惰性气体在生产中的应用主要有以下几个方面:(1)易燃固体物质的粉碎、筛选处理及其粉末输送,采用惰性气体覆盖保
护;(2)易燃易爆物料系统投料前,为消除原系统内的空气,防止系统内形成爆炸性混合物,采用惰性气体置换;(3)在有火灾爆炸危险的设备、管道上设置惰性气体接头,可作为发生危险时备用保护措施和灭火手段;(4)采用氮气压送易燃液体;(5)在有易燃易爆危险的生产场所,对有发生火花危险的电器、仪表等采用充氮正压保护;(6)易燃易爆生产系统需要检修,在拆开设备前或需动火时,用惰性气体进行吹扫和置换,发生危险物料泄漏时用惰性气体稀释,发生火灾时,用惰性气体进行灭火;使用惰性气体应根据不同的物料系统采用不同的惰性介质和供气装置,不能乱用。因为惰性气体与某些物质可以发生化学反应,如水蒸气可以同许多酸性气体生成酸而放热,二氧化碳可同许多碱性气体物质生成盐而堵塞管道和设备。还要特别指出的是:许多生产装置在生产中将惰性气体系统与危险物料系统联接在一起,要防止危险物料窜入惰性气体系统造成事故。一般临时用惰性气体的装置应采用随用随接,不用断开的方式。常用惰性气体的装置应该设置超压报警自动切断装置,生产停车时应将惰性气体断开。(三)工艺参数的安全控制石油化工生产中,工艺参数主要是指温度、压力、流量、液位及物料配比等。防止超温、超压和物料泄漏是防止火灾爆炸事故发生的根本措施。1.温度控制温度是石油化工生产中主要的控制参数之一。不同的化学反应都有其自己最适宜的反应温度,正确控制反应温度不但对保证产品质量、降低消耗有重要意义,而且也是防火防爆所必须的。温度过高可能会引起剧烈反应而压力突增,造成冲料或爆炸,也可能会引起反应物的分解着火。温度过低,有可能会造成反应速度减慢或停滞,而一旦反应温度恢复正常时,则往往会因为未反应的物料过多而发生剧烈反应而引起爆炸;温度过低还会使某些物料冻结,造成管路堵塞或破裂,致使易燃物料泄漏而发生火灾爆炸。为严格控制温度,应在以下几个方面采取措施:(1)除去反应热或适当采取加热措施。化学反应一般都伴随着热效应,放出或吸收一定热量。例如基本有机合成中的各种氧化反应、氯化反应、水合和聚合反应等均是放热反应;而各种裂解反应、脱氢反应、脱水反应等则是吸热反应。为使反应在一定温度下进行,必须向反应系统中加入或移去一定热量,以防因过热而发生危险。
(2)防止换热在反应中突然中断。化学反应中热量平衡是保证反应正常进行所必须的条件。放热反应中的热量采出往往是保证不发生超温超压事故的基础。若在生产工艺控制中不能保证换热系统正常工作,那么就必须有在中断换热的同时中断化学反应的手段。例如:苯与浓硫酸混合进行磺化反应,除有冷却系统以外还需用搅拌器加速热的传导防止局部过热,但是若在反应中搅拌器突然停电,物料分层,当搅拌器再开动后,反应剧烈,冷却系统来不及移去大量反应热,造成温度升高,尚未反应的苯会受热气化,造成超压爆炸。为防止换热突然中断可用双路供电、双路供水(指冷却用的传热介质)。(3)正确选择传热介质。石油化工生产中常用的热载体有水蒸气、水、矿物油、联苯醚、熔盐、汞和熔融金属、烟道气等。正确选择热载体,对加热过程的安全有十分重要的意义。应当尽量避免使用与反应物料性质相抵触的物质作为热载体。例如:环氧乙烷很容易与水发生剧烈反应,甚至有极其微量的水渗进液体环氧乙烷中,也容易引起自聚发热而爆炸。这类物质的冷却或加热不能用水和水蒸气,而应该使用液体石蜡等作为传热介质。(4)加强保温措施。合理的保温对工艺参数的控制,减少波动,稳定生产都有好处,同时也可防止高温设备与管道对周围易燃易爆物质产生着火爆炸的威胁,在进行保温时最好选用防漏防渗的金属铁皮做外壳,减少外界易燃物质泄漏渗入保温层中积存,发生危险。2.投料控制对于放热反应的装置,投料速度不能超过设备的传热能力,否则,物料温度将会急剧升高,引起物料的分解、突沸而产生事故。加料温度如果过低,往往造成物料积累、过量,温度一旦适宜反应便会加剧进行,加之热量不能及时导出,温度及压力都会超过正常指标,造成事故。反应物料的配比应严格控制,参加反应的物料浓度、流量等要准确的分析和计量。对连续化程度较高、危险性较大的生产更应特别注意。如环氧乙烷的生产中,乙烯与氧混合进行反应,其配比临近爆炸范围,尤其在开停车过程中,乙烯和氧的浓度都在发生变化,且开车时催化剂活性较低,容易造成反应器出口氧浓度过高,为保证安全,应设置联锁装置,经常核对循环气的组成,尽量减少开停车次数。许多聚合物的生产,特别是可燃物质参加反应的生产,常用氧化剂(过氧化剂)做催化剂,若控制不当将产生剧烈反应产生爆炸。高压聚乙烯反应器的分解爆炸就是因控制配比失调而发生爆炸的居多。能形成爆炸性混合物的生产,其配比应严格控制在爆炸极限范围以外,如果工艺条件允许,可以添加惰性气体进行稀释保护。在投料过程中,另一个值得注意的问题就是投料顺序。石油化工生产中的投料顺序是根据物料性质、反应机理等要求而进行的。例如氯化氢的合成,应先投氢气后投氯;三氯化磷的生产应先投磷后投氯,否则有可能发生爆炸。在石油化工生产中,许多化学反应由于反应物料中危险杂质的增加会导致副反应、过反应的发生而造成燃烧或爆炸。因此,生产原料、中间产品及成品都应有严格的质量检验,保证其纯度。例如:聚氯乙烯的生产中乙炔与氯化氢反应生成氯乙烯,氯化氢中游离氯一般不允许超过0.005%,因为氯与乙炔反应会生成四氯乙烷而立即爆炸。3.防止跑冒滴漏
石油化工生产中的跑冒滴漏往往导致易燃易爆物质在生产场所的扩散,是发生火灾爆炸事故的重要原因之一。因此在工艺指标控制、设备结构形式等方面应采取相应的措施,操作人员要精心操作,坚持巡回检查,稳定工艺指标,加强设备维护,提高设备完好率。4.紧急情况停车处理在石油化工生产中,当发生突然停电、停水、停汽、可燃物大量泄漏等紧急情况时,生产装置就要停车处理,此时若处理不当,就可能发生事故。在紧急情况下,整个生产控制,原料、气源、蒸汽、冷却水等都有一个平衡的问题,这种平衡必须保证生产装置的安全。一旦发生紧急情况,就应有严密的组织,果断的指挥、调度,操作人员正确的判断,熟练的处理,来达到保证生产装置和人员安全的目的。(1)停电。为防止因突然停电而发生事故,关键设备一般都应具备双电源联锁自控装置。如因电路发生故障装置全部无电时,要及时汇报和联系,查明停电原因,并要特别注意重点设备的温度、压力变化,保持必要的物料畅通,某些设备的手动搅拌、紧急排空等安全装置都要有专人看管。发现因停电而造成冷却系统停车时,要及时将放热设备中的物料进行妥善处理,避免超温超压事故。(2)停水。局部停水可视情况减量或维持生产,如大面积停水则应立即停止生产进料,注意温度压力变化,如超过正常值时,应视情况采取放空降压措施。(3)停汽。停汽后加热设备温度下降,汽动设备停运,一些在常温下呈固态而在操作温度下为液态的物料,应防止凝结堵塞管道。另外,应及时关闭物料连通的阀门,防止物料倒流至蒸汽系统。(4)停风,。当停风时,所有以气为动力的仪表、阀门都不能动作,此时必须立即改为手动操作。有些充气防爆电器和仪表也处于不安全状态,必须加强厂房内通风换气,以防可燃气体进入电器和仪表内。(5)可燃物大量泄漏的处理。在生产过程中,当有可燃物大量泄漏时,首先应正确判断泄漏部位,及时报告有关领导和部门,切断泄漏物料来源,在一定区域范围内严格禁止动火及其它火源。操作人员应控制一切工艺变化,工艺控制如果达到了临界温度、临界压力等危险值时,应正确进行停车处理,开动喷水灭火器,将蒸汽冷凝,液态烃回收至事故槽内,并用惰性介质保护。有条件时可采用大量喷水系统在装置周围和内部形成水雾,以达到冷却有机蒸气,防止可燃物泄漏到附近装置中的目的。(四)自动控制与安全保险装置1.自动控制自动化系统,按其功能可分为四类:(1)自动检测系统。是对机器、设备及过程自动进行连续检测,把工艺参数等变化情况提示或记录出来的自动化系统。(2)自动调节系统。是通过自动装置的作用,使工艺参数保持为给定值的自动化系统。(3)自动操作系统。是对机器、设备及过程的启动、停止及交换、接通等工序,由自动装置进行操纵的自动化系统。(4)自动讯号联锁和保护系统。是在机器、设备及过程出现不正常情况时,会发出报警或自动采取措施,以防事故,保证安全生产的自动化系统。
以上四种系统都能起到控制作用。自动检测和自动操作系统主要是使用仪表和操纵机构,调节则还需人工判断操作,通常称为“仪表控制”。自动调节系统,则不仅包括检测和操作,还包括通过参数与给定值的比较和运算发出的调节作用,因此也称为“自动控制”。2.安全保险装置(1)信号报警。在石油化工生产过程中,可安装信号报警装置,当出现危险情况时,警告操作人员及时采取措施消除隐患。发出的信号有声音、光或颜色等,它们通常都和测量仪表相联系。例如在硝化过程中,硝化器内的冷却水如漏进硝化系统则会造成温度升高,引起硝基化合物的分解爆炸。为及时发现冷却水管在硝化器内的渗漏现象,在冷却水排出管上装有带铃的导电性测量仪,若设备出现渗漏,水中酸性增加,导电性提高,铃响报警。(2)保险装置。信号装置只能提醒人们注意事故正在形成和即将发生,但不能自动排除故障,而保险装置则能在发生危险时自动消除
危险状态,达到安全目的。例如氨氧化反应是在氨和空气混合爆炸边缘进行的,在反应过程中,若空气的压力过低或氨的压力过低,都可能使混合气体中氨的浓度提高而达到爆炸下限,若装有保险装置,则在此时可使电流切断,系统中只允许空气流过,氨气中断。因此可防止爆炸事故的发生。又如气体燃烧炉在燃料气压力降低时,火焰熄灭,气体扩散到燃烧室,再重新点火时可能发生爆炸。为防止这类事故,可在输气管上安装保险装置。当炉膛熄火时切断气源。(3)安全联锁。所谓联锁是利用机械或电气控制依次接通各个相关的仪器及设备,使之彼此发生联系,达到安全生产的目的。在石油化工生产中,联锁装置常被用于下列情况:①同时或依次排放两种液体或气体时;②在反应终止需要惰性气体保护时;③打开设备前预先解除压力或需降温时;④多个设备、部件的操作先后顺序不能随意变动时;⑤当工艺控制参数一旦超出极限值必须立即处理时;⑥危险部位或区域禁止无关人员人内时,例如硫酸与水混合的操作中,必须先往设备中注入水后再注入硫酸,否则将会发生喷溅和灼伤事故,为此可将注水阀和注硫酸阀联锁,防止疏忽而颠倒顺序。(五)限制火灾爆炸的扩散蔓延在考虑限制火灾爆炸的扩散蔓延的措施中,不仅要研究物料的燃烧爆炸性质、设备装置情况、工艺操作条件等,而且要注意生产过程中由于工艺参数的变化所带来的新问题。因为各种情况的发生,将会给阻火和灭火的效果带来新的困难,所以限制火灾爆炸的扩散蔓延的措施应该是整个工艺装置的重要组成部分。在石油化工生产中,某些设备与装置由于危险性较大,应采用分区隔离、露天布置和远距离操纵等措施。另外,在一些具体的过程中,应安装安全阻火装置。阻火设备包括安全液封、阻火器和单向阀等。其作用是防止外部火焰窜入有爆炸危险的设备、管道,或阻止火焰在设备和管道内扩展。1.安全液封一般安装在压力低于0.2表压的气体管线与生产设备之间,常用的安全液封有敞开式和封闭式两种。如图2—6、图2—7所示。
图2—6
开敞式液封
1—外壳;2——进气管;3—安全管;4—验水栓;5—气体出口
图2—7
封闭式液封
1—气体进口;2—单向阀;3—防爆膜;4—气体出口;5—验水栓
液封的基本原理是:液封封住气体进出口之间,进出口任何一侧着火,都在液封中被熄灭。2.水封井是安全液封的一种,使用在散发可燃气体和易燃液体蒸气等油污的污水管网上,可防止燃烧、爆炸沿污水管网蔓延扩展,水封井的水封液柱高度,不宜小于250mm。如图2—8、图2—9。
图2—8
水封井
1—污水进口;2—井盖;3—污水出口
图2—9
增修溢水槽示意图
1—污水进口管;2—增修的潜水槽;3—井盖;4—污水出口管
3.阻火器。在易燃易爆物料生产设备与输送管道之间,或易燃液体、可燃气体容器、管道的排气管上,多采用阻火器阻火。阻火器有金属网、砾石、波纹金属片等形式。金属网和砾石阻火器示意图见图2—10、图2—11。
图2—10
金属网阻入器
1—外壳;2—金属网;3—垫圈;4—上盖;5—进口;6—出口
图2—11
砾石阻火器
1—外壳;2—下盖;3—上盖;4—砂粒;5—进口;6—出口
4.单向阀亦称止逆阀、止回阀。生产中常用于只允许流体在一定的方向流动,阻止在流体压力下降时返回生产流程。如向易燃易爆物质生产的设备内通人氮气置换,置换作业中氮气管网故障压力下降,在氮气管道通人设备前设一单向阀,既可防止物料倒入氮气管网。单向阀的用途很广,液化石油气钢瓶上的减压阀就是起着单向阀作用的。
装置中的辅助管线(水、蒸汽、空气、氮气等)与可燃气体、液体设备、管道连接的生产系统,均可采用单向阀来防止发生窜料危险。5.阻火闸门是为防止火焰沿通风管道或生产管道蔓延而设置的。跌落式自动阻火闸门在正常情况下,受易熔金属元件的控制而处于开启状态,一旦温度升高(火焰),易熔金属被熔断,闸门靠本身重量作用自动跌落关闭管道。6.火星熄灭器也叫防火帽,一般安装在产生火花(星)设备的排空系统上,以防飞出的火星引燃周围的易燃物料。火星熄灭器的种类很多,结构各不相同,大致可分为以下几种形式。降压减速:使带有火星的烟气由小容积进人大容积,造成压力降低,气流减慢。改变方向:设置障碍改变气流方向,使火星沉降,如旋风分离器。网孔过滤:设置网格、叶轮等,将较大的火星挡住或将火星分散开,以加速火星的熄灭。冷却:用喷水或蒸汽熄灭火星,如锅炉烟囱(使用鼓风机送风的烟囱)常用。7.防爆泄压设施防爆泄压设施包括采用安全阀、爆破片、防爆门和放空管等。安全阀主要用于防止物理性爆炸,爆破片主要用于防止化学性爆炸;防爆门和防爆球阀主要用于加热炉上;放空管用来紧急排泄有超温、超压、爆聚和分解爆炸的物料。有的化学反应设备除设置紧急放空管(包括火炬)外还宜设置安全阀、爆破片或事故贮槽,有时只设置其中一种。8.消防设施和器材石油化工生产中,除采用上述几种措施来防止火灾蔓延以外,还应根据各工艺装置危险程度的大小,在现场设置水、水蒸气、氮气等惰性气体的固定或半固定灭火设施,配备一定数量的各种手提式灭火器和其它简易灭火器材。(六)安全设计安全生产,首先应当强调防患于未然,把预防放在第一位,石油化工生产装置在开始设计时,就要重点考虑安全,其防火防爆设计应遵守现行国家有关标准、规范和规定。1.火灾危险性分类设计中应采取的防火防爆措施,主要是根据生产的火灾危险性而制定的。生产的火灾危险性分为五类,见表2—12。
表2—12
生产的火灾危险性分类
2.防火间距防火间距一般是指两座建筑物和构筑物之间留出来的水平距离。在此距离之间,不得再搭建任何建筑物和堆放大量可燃易爆材料,不得设置任何有可燃物料的装置和设施。确定防火间距的目的,就是为了防止火灾扩散蔓延。
防火间距的计算方法,一般是从两座建筑物或构筑物的外墙(壁)最突出的部分算起;计算与铁路的防火间距时,是从铁路中心线算起;计算与道路的防火间距时,是从道路的邻近一边的路边算起。石油化工厂总平面布置的防火间距,应符合《石油化工企业设计防火规范》(GB50160—92,1999版)的规定。3.厂址选择与总平面布置(1)正确选择厂址是保障化工生产安全的重要前提。选择厂址的基本安全要求是:①有良好的工程地质条件。厂址不应设置在有滑坡、断层、泥石流、严重流砂、淤泥溶洞、地下水位过高以及地基土承载力低于98.07kPa(1kgf/cm2)的地域;②在沿河、海岸布置时,应位于临江河、城镇和重要桥梁、港区、船厂、水源地等重要建筑物的下游;③避开爆破危险区、采矿崩落区及有洪水威胁的地域;在位于坝址下游方向时,不应设在当水坝发生意外事故时,有受水冲毁危险的地段;④有良好的卫生气象条件,避开窝风积雪的地段及饮用水源区,并考虑季节风向、台风强度、雷击及地震的影响和危害;⑤厂址布置应在火源的下风侧,毒性及可燃物质的上风侧;⑥要便于合理配置供水、排水、供电、运输系统及其它公用设施。(2)工厂总平面布置。石油化工厂的总平面布置,宜根据工厂各组成部分的火灾危险性类别、生产特点及生产流程,将全厂的工艺生产装置、贮罐及其它建筑物、构筑物分区集中布置,做到安全合理。(3)厂区道路。工厂主要出入口不应少于两个,且应设于不同的方位。厂区道路应尽量作环状布置,对火灾危险性大的工艺生产装置,贮罐区及桶装易燃、可燃液体堆场,在其四周应设道路。(4)厂内铁路。易燃及可燃液体和液化石油气及危险晶的铁路装卸线应为平直段。甲、乙类生产区域内不宜设有铁路线。(5)厂内外管线。全厂性外管线宜集中架设,其平面布置与竖向布置均应有利于消防和方便交通,全厂性的输送易燃、可燃液体和液化石油气与可燃气体的管道,宜采用地上敷设,且不得在无生产联系的生产单元及贮罐区上方和地下穿越。临近散发可燃气体、可燃蒸气的工艺生产装置的电缆沟,易燃可燃液体或气体管廊下面的电缆沟,均应采取防火措施。4.工艺装置在石油化工生产中工艺装置设计应符合下列安全要求:(1)从保障整个生产系统的安全出发,全面分析原料、成品、加工过程、设备装置等的各种危险因素,以确定安全的工艺路线,选用可靠的设备装置,并设置有效的安全装置及设施。(2)能有效地控制和防止火灾爆炸的发生。在防火设计方面应分析研究生产中存在的可燃物、助燃物和点火源的情况和可能形成的火灾危险,采用相应的防火、灭火措施;在防爆设计方面,应分析研究可能形成爆炸性混合物的条件、起爆因素及爆炸传播的条件,并采取相应的措施,以控制和消除形成爆炸的条件以及阻止爆炸波冲击。(3)有效地控制化学反应中的超温、超压和爆聚等不正常情况,在设计中应预先分析反应过程中各种动态、特性,并采取相应的控制设施。
(4)对使用物料的毒害性进行全面分析,并采取有效的密闭、隔离、遥控及通风排毒等措施,以预防工业中毒和职业病的发生。(5)对于有潜在危险、可能使大量设备和装置遭受毁坏或有可能泄放出大量有毒物料而造成多人中毒的工艺流程和生产装置,必须采取可靠的安全防护系统,以消除与防止这些特殊危险因素。