環氧乙烷儲罐工藝控制及安全設計

劉書華 廣東寰球廣業工程有限公司 廣州 510655

環氧乙烷是一種易燃、易爆和易發生聚合反應的化學物質。主要用于制造乙二醇、表面活性劑、洗滌劑、增塑劑以及樹脂等。環氧乙烷閃點＜－17.8℃ (開杯)，沸點10.4℃，在1個大氣壓條件下爆炸極限為3% ～100%(V)，危險程度為甲A類。環氧乙烷是一種強麻醉劑，能引起急性中毒及慢性中毒，屬于高度危害化學介質。因此對環氧乙烷的儲存和運輸要求非常嚴格。本文主要介紹環氧乙烷儲罐的工藝控制及安全設計。

1 工藝控制設計

1.1 設計條件

(1)環氧乙烷蒸氣能與空氣形成范圍較廣的爆炸性混合物，因此儲罐需要氮氣密封，且氮封中的氧含量不得大于0.5%。

(2)環氧乙烷溫度高于40℃開始聚合，因此儲罐操作溫度范圍為:－10～20℃，設計壓力根據氮封系統壓力確定。

(3)儲罐的充裝系數不大于0.79kg/l，確定儲罐的容積與數量時，應當綜合考慮生產要求、供應能力以及滿足最大儲存量與防火安全距離的要求，并且考慮當事故發生時，事故儲罐內的物料能夠導入其他儲罐內，以便減少事故危險和物料的損失。

(4)為了確保環氧乙烷的低溫儲存，采用罐內設換熱管的制冷方式，同時對罐內介質進行循環。

(5)罐體保冷材料采用發泡玻璃，厚度根據保冷要求確定。

(6)儲罐上設置水冷卻噴淋裝置，保證有充足的水源提供。

(7)環氧乙烷接觸堿金屬、氫氧化物或高活性催化劑如鐵、錫和鋁的氧化物可大量放熱，并可能發生爆炸。為避免環氧乙烷的聚合和污染，罐體材料優先采用不銹鋼或不銹鋼復合板，密封墊片采用聚四氟乙烯材料，禁止使用石棉、橡膠等材料。

1.2 壓力控制

由于環氧乙烷沸點較低，常溫下飽和蒸氣壓力較高 (在20℃時，環氧乙烷飽和蒸氣壓為145.91kPa)，工藝上采用低溫壓力加上氮封儲存。為了減少環氧乙烷蒸汽的揮發和排放對環境造成的污染，環氧乙烷儲罐設有氮氣的加壓保護，通過分程控制系統，使環氧乙烷儲罐內的氮封壓力維持在正常操作值范圍內。當儲罐內的壓力過低時，調節閥PCV－A自動打開向罐內補氮;當罐內的壓力過高時，調節閥PCV－B自動打開，少部分含有環氧乙烷的氮氣通過壓力控制閥排放到廢氣處理設施進行處理。

1.3 配套泵的設計

環氧乙烷儲罐輸送泵一般采用罐內介質循環和向生產車間供料共用同一輸送泵的工藝。罐內介質循環的好處是防止環氧乙烷聚合物阻塞泵出、入口等管路。泵出口設置限流孔板，保證備用泵內的液體循環流動。由于環氧乙烷易氣化，如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，也可能使溫度升高至分解爆炸溫度。為防止環氧乙烷泵的溫度升高，設置防止泵憋壓的聯鎖控制和軸承溫升聯鎖控制，且環氧乙烷泵需要設置水噴淋保護。

1.4 主要工藝控制

主要工藝控制簡圖見圖1。

圖1 工藝控制流程圖

此流程圖僅為工藝控制簡圖，沒有包括倒罐及備用泵系統。

2 安全設計

2.1 安全泄放系統

(1)環氧乙烷是極危險的物料，設計除提高環氧乙烷儲罐的設計壓力外，還在儲罐上設置了安全泄放系統，保證環氧乙烷儲存安全。針對環氧乙烷易聚合、高度危害、在工作過程中不允許有任何泄漏的特性，設計采用爆破片與安全閥串聯使用的安全泄放系統，且安裝互為備用的兩套安全泄放系統。兩套安全泄放系統的進口采用一套三通聯鎖裝置，以確保在任何時候 (包括故障，維修，檢修期間)都能滿足儲罐所要求的泄放面積。

(2)在安全泄放系統入口設置氮氣吹掃裝置，防止聚合物堵塞，保證安全泄壓系統的可靠性。

(3)安全泄放系統出口排放的環氧乙烷氣體有可能處于爆炸極限范圍之內，因此不能將其與其他裝置的放空系統或者火炬連通。而應通過獨立設置的帶有阻火器裝置的管道高空排放至大氣，以消除危險隱患。

2.2 聯鎖控制系統

(1)采用低溫儲存，降低環氧乙烷的分壓。儲罐上設置溫度指示和高溫報警，確保罐內溫度穩定在儲存低溫范圍內。

(2)罐上設置液位指示和高、低液位報警，設置高高液位聯鎖切斷進料閥，低低液位聯鎖停泵。罐底設置緊急切斷閥。

(3)氮封系統設置氮氣壓差聯鎖系統和雙閉鎖－排空系統 (即在氮氣供應管道上安裝兩個快速啟動的切斷閥，并且在兩切斷閥之間設置一套帶有快速啟動切斷閥的自動排空系統，且此三個切斷閥與氮氣上、下游管道內的壓力差自動聯鎖)，從而避免罐內環氧乙烷氣體倒流。

(4)環氧乙烷泵帶有空載保護器，避免汽蝕的發生;環氧乙烷泵設置冷凍冷卻夾套和泵流量顯示報警以及低流量聯鎖功能，避免造成泵體發熱和泵的空轉。

3 操作注意事項

(1)環氧乙烷儲罐進料前，儲罐必須用氮氣置換，置換用的氮氣純度不低于99.9%，分析合格后方可進環氧乙烷。

(2)環氧乙烷儲罐上的采樣點僅作為進環氧乙烷前氮氣、氧含量的分析采樣點。在廠區內不得對環氧乙烷進行采樣。

(3)一旦環氧乙烷儲罐發生泄漏，用24倍的水進行稀釋，并將污水單獨排到環氧乙烷事故收集池中。

(4)環氧乙烷泵應保持運行，避免管道內的物料長期停滯，一旦長時間不用，應該用氮氣將管道吹掃干凈。

4 結語

針對環氧乙烷的易燃、易爆、易發生聚合反應和高度危害的特殊性，環氧乙烷儲罐的工藝控制和安全設計一定要安全可靠，防止事故的發生。本文介紹的環氧乙烷儲罐工藝控制及安全設計已應用于裝置生產，經4年多的運行，從未發生任何工藝及安全上的問題，證明此工藝控制及安全設計是安全可靠的。

1 國家質量技術監督局質技監鍋字【2000】95號文關于加強環氧乙烷儲運容器安全管理的通知.

2 陳丕尊.環氧乙烷貯罐區安全措施設計［J］.沈陽化工，2000，29(4).

3 周國泰主編.危險化學品安全技術全書［M］.北京:化學工業出版社，1997.

4 HG/T 20570.3－1995，爆破片的設置和選用［S］.