氧化反應本質安全設計探討

吳李張娟(．浙江省天正設計工程有限公司， 浙江 杭州 300；．杭州市余杭區環境檢測站， 浙江 杭州 300)

氧化反應本質安全設計探討

吳李1張娟2(1．浙江省天正設計工程有限公司， 浙江 杭州 310012；2．杭州市余杭區環境檢測站， 浙江 杭州 311100)

從氧化反應操作單元設置要求，氧化反應裝置控制要求，氧化反應裝置設備材質的選擇等方面，總結了化工設計中氧化反應本質安全需注意的問題。

氧化反應；設計；安全；控制

氧化反應為反應物質與氧原子化合或者脫去氫的反應。氧化工藝是涉及氧化反應的化工工藝。主要使用氧化劑有：雙氧水、氯酸鉀、氧氣和高錳酸鉀等。氧化反應具有反應溫度高，放熱量大，升溫速度快等特點。反應物質及其產物具有燃燒爆炸性。高錳酸鉀，氯酸鉀等部分氧化劑受碰撞、加熱及與酸接觸，能引起劇烈化學反應。氧化反應所生成的過氧化物，容易分解，加熱或撞擊易使其分解或爆炸。所以氧化反應具有較大的火災危險性。在氧化反應化工設計過程中必須采取有效本質安全控制措施。

1 氧化反應操作單元設置要求

氧氣進料系統應設置流量計、壓力表、開關閥、安全閥、止回閥、氮氣吹掃、泄放系統及截流裝置(如限流孔板)。液體氧化劑進料系統應設置高位槽(帶液位計)，氧化劑管道應設置開關閥、流量計及截流裝置(如限流孔板)。氧化反應安全泄放系統應設置安全泄放閥、安全閥及爆破片以及事故應急接受槽。氧化反應釜設置雙套溫度計和壓力表，進料管應設置流量計。氧化反應釜夾套應接入冷卻介質，冷卻介質管道上設置開關閥(或調節閥)。氧化反應釜應接入氮氣管道并接放空管道。

2 氧化反應裝置控制要求

氧化反應重點監控工藝參數包括氧化反應釜內溫度和壓力；氧化反應釜內攪拌速率；氧化劑流量；反應物料的配比；氣相氧含量；過氧化物含量等。氧化反應安全控制的基本要求包括反應釜溫度和壓力的報警和聯鎖；反應物料的比例控制和聯鎖及緊急切斷動力系統；緊急斷料系統；緊急冷卻系統；緊急送入惰性氣體的系統；氣相氧含量監測、報警和聯鎖；安全泄放系統；可燃和有毒氣體檢測報警裝置等。氧化反應工藝應采用的控制方法如下：將氧化反應釜內溫度和壓力與反應物的配比和流量、氧化反應釜夾套冷卻介質進出管道開關閥、緊急冷卻系統形成聯鎖關系。設置緊急停車系統，當氧化反應釜內溫度超標或攪拌系統發生故障時自動停止加料并緊急停車。氧化反應裝置配備安全閥、爆破片等安全設施[1]。氧化反應裝置具體自控方式：氧化反應釜超溫超壓或攪拌電機異常則報警，關氧化劑進料開關閥，開安全泄放閥，關加熱介質管道進出口管道開關閥，開冷卻介質進出口管道開關閥。

3 氧化反應裝置設備材質的選擇

設備材質的選擇不僅要從反應物料特性、制造工藝、設備結構、使用條件和使用時間等方面考慮，而且還應從設備工作條件下材料的物理性能，力學性能、耐腐蝕性能、材料價格、來源及供應等方面綜合考慮。設備運行過程中應精心維護，保持良好的運轉狀態。

4 氧化反應工藝設計中應注意的其他問題

液體氧化劑高位槽應設置液位計，氮氣及放空系統。泄爆系統應設置事故應急接受槽，建議事故應急接受槽為立式罐。事故應急接受槽接氮氣管道，設尾氣處理系統。緊急泄放時，泄放管承受的力較大，泄放罐需用大半徑彎頭。氧化反應結束后應采取氧化劑的去除措施，如加還原劑等。氧化反應如有廢渣應密閉裝卸處理，涉及過氧化物的殘留物應注意其受熱、振動分解而發生爆炸的危險性。氧化劑如為液氧應有確保液氧氣化的措施，設置汽化器及緩沖罐，提供足夠的加熱熱量，一般冬天使用熱水加熱空冷器。注意連鎖報警裝置及其他安全裝置定期校驗，確保正常使用。以環氧乙烷為氧化劑時，環氧乙烷設備應設置氮封。環氧乙烷設備的安全閥前原則上應設置爆破片。氮封系統應設置在爆破片入口管道處，安全閥的出口管道應充惰性氣體。

氧化反應器的布置可設置操作面和配管面。操作面是為設備運行操作及維修而設置的。包括人孔、安全閥、儀表、和物料入口等。為了保證操作面設備的維修，必須保證有足夠維修空間，氧化反應器還應考慮進出通道。所有進、出反應器的物料管線應避免死角。氣相氧化反應器系統應設置反應物料的比例控制和聯鎖系統及氧含量檢測儀。氧化設備布置在封閉式廠房內時，應采用防止可燃氣體和腐蝕性氣體積聚，并具有防爆、泄壓等措施，事故通風機應與設置的有毒氣體或可燃氣體檢測、報警裝置聯鎖。

反應釜需防止反應失控而產生飛溫，其措施有：反應釜應有較大的換熱面積，要連續通入冷卻介質，利用原料氣的溫度調節反應溫度。在大規模氧化反應生產中應采用外循環器冷卻。在爆炸極限附件進行的氧化反應時，需控制物料氣與氧化氣的比例。生產裝置要有自控系統，氧化劑含量分析的安全聯鎖警報裝置等。在原料混合設備和氧化反應設備等易爆設備上安裝爆破片及安全閥等泄放裝置。阻火器應安裝在氧化反應器前的氣態進料管道以及放空管上，防止回火在系統蔓延。

[1]國家安全監管總局關于公布首批重點監管的危險化工工藝目錄的通知[M].安監總管三[2009]116號.

吳李(1985-)，男，碩士研究生，工程師，從事醫藥化工設計工作。