有機過氧化工藝的安全設計

胡亮華，丁應新，林 海

（浙江天成工程設計有限公司，浙江 杭州 311100）

0 引言

有機過氧化物廣泛應用于合成樹脂、合成橡膠等樹脂及高分子工業領域，是一種具有重要用途的化工原料，其生產工藝早被歐洲、美國以及日本的化工企業所壟斷。近年來，得益于我國高分子工業的高速發展，國內有機過氧化物的需求持續增大，本土的有機過氧化物生產企業也得到長足的發展，行業競爭能力不斷增強。然而有機過氧化物是一種特殊的化工品，它具有易燃易爆、極易分解、對熱、振動或摩擦極為敏感[1]。有機過氧化物在生產和使用過程中極易引起火災、爆炸事故的發生。河南許昌某制藥廠干燥器內的過氧化苯甲酰發生化學分解爆炸，造成4人死亡，1人重傷，2人輕傷。鄭州某食品添加劑廠內7噸多過氧化苯甲酰發生爆炸，導致27人死亡，33人受傷[2]。因此，在有機過氧化反應生產車間的化工設計過程中需采取有效的安全控制措施，最大限度地降低生產的安全風險。

1 有機過氧化工藝簡介

向有機化合物分子中引入過氧基（-O-O-）的反應稱為有機過氧化反應，得到的產物為有機過氧化物的工藝過程叫有機過氧化工藝。該工藝有以下危險特性[3]：

（1）過氧化物都含有過氧基（-O-O-），屬含能物質，由于過氧鍵結合力弱，斷裂時所需的能量不大，對熱、振動、沖擊或摩擦等都極為敏感，極易分解甚至爆炸；

（2）過氧化物與有機物、纖維接觸時易發生氧化、產生火災；

（3）反應氣相組成容易達到爆炸極限，具有燃爆危險。

2 有機過氧化反應過程的危險性

過氧化物生產中，反應溫度的控制很重要。反應溫度越高，過氧化反應速度越快，但產物的分解速度也加快。由于產物分解釋放的熱量比過氧化反應釋放的熱量大得多，使得反應難以控制，甚至發生爆炸性分解而引起爆炸。

在過氧化反應釜中，被氧化物與氧化劑、產物的配比是反應過程中另一個重要的危險因素，如果控制不當，釜內超溫引發產物快速分解釋放氧氣，當氧氣與物料形成混合氣體進入爆炸極限，就易引起爆炸。

3 有機過氧化反應安全措施

3.1 工藝設計的安全措施

（1）過氧化反應過程中嚴格控制氧化劑的加入速度，發現異常情況立即停止加入，防止反應失控而引起爆炸。

（2）工藝設計應該考慮裝置內危險物料的儲存量最小化，合理設置貯存過氧化物容器的數量和容積。

（3）在有機過氧化物生產過程中，從原料進入反應釜到產品稀釋進入包裝罐，整個生產過程都應在低于其自分解溫度的條件下進行，以防止過氧化物在裝置內受熱分解發生爆炸事故。

（4）輸送過氧化物應盡量采用小直徑的管道，因為小直徑管道的管壁散熱快，從而減少或防止產物分解引起爆炸。必須采用大直徑的管道時，該管道應有冷卻措施，可用水冷卻工藝管線和輸送設備。

（5）過氧化反應釜上設置兩路惰性氣體管線，一路作為惰性保護氣體；另一路在釜內超溫、超壓或氧含量超限時，緊急送入惰性氣體。

3.2 建筑結構的安全措施

有機過氧化物火災爆炸危險性極大，在設計有機過氧化物生產車間時，應該嚴格按照防火設計規范要求設置安全防爆泄壓措施，有文獻[4]報道關于阿克蘇諾貝爾公司相關項目的設計經驗，把過氧化反應主要反應設備置于厚600 mm的混凝土防爆墻洞室（被稱為CELL室）內，室內部分區域設置有天井，敞開泄壓，為半密閉結構，CELL室泄爆結構如圖1所示。

圖1 CELL室的平立面示意圖

這種建筑結構設計能有效地降低生產時發生爆炸產生的危害，即使主體設備發生爆炸，也能將經濟損失和人員傷亡降到最低。

3.3 自動化控制的安全措施

根據國家安監總管三[2009]116號文件規定，過氧化工藝屬于首批重點監管的危險化工工藝，應按該文件要求設置自動化控制系統，對過氧化反應的重點工藝參數及操作過程進行監控。

（1）過氧化反應重點監控工藝參數：過氧化反應釜內溫度；pH值；過氧化反應釜內攪拌速率；（過）氧化劑流量；參加反應物質的配料比；過氧化物濃度；氣相氧含量等。

（2）過氧化工藝采用的自動控制方案：將反應釜內溫度、壓力與反應物的配比和流量、反應釜夾套冷卻介質進出口切斷閥、緊急冷卻系統、緊急通入惰性氣體切斷閥形成連鎖關系。

（3）設置緊急冷卻系統。反應釜內置盤管，盤管通入冷卻介質，當釜內重點監控工藝參數達到高高限時，啟動緊急冷卻系統，使釜內快速降溫。

（4）設置緊急停車系統。當釜內超溫或攪拌系統故障時，自動停止進料并緊急停車。

（5）采用流量計與調節閥、切斷閥連鎖的方式控制氧化劑的流速和進料量。為防止儀表故障時氧化劑快速大量進料而引發安全事故，可在氧化劑進料管上設置限流孔板。

（6）設置反應釜攪拌電機電流監控報警裝置，當電流異常時報警，連鎖關閉氧化劑進料切斷閥，并啟動緊急冷卻系統。

（7）反應釜及過氧化物儲罐等易爆設備上安裝爆破片及安全閥等安全泄放裝置。

（8）對過氧化反應進行反應熱風險評估、HAZOP分析及SIL定級，根據評估、分析和定級結果，設置相應的安全儀表系統（SIS）。

3.4 其他方面的安全措施

（1）車間內過氧化物區域為爆炸危險場所，電氣設備均應達到整體防爆要求，開關也應采用防爆型，并設置防雷和防靜電等安全措施。

過氧化反應釜的攪拌系統和冷卻系統的供電按二級用電負荷。

（2）車間內應設置可燃氣體檢測器，檢測器與車間內事故排風機連鎖，事故狀態下報警并連鎖開啟排風機。

（3）車間內應設置滅火設施，如干式噴水滅火系統，并配置干粉、二氧化碳滅火器等滅火器材。

（4）車間內還應設置復合型緊急沖淋洗眼器等應急設施。處理過氧化物時，必須佩戴安全手套及護目鏡，防止操作人員接觸過氧化物后引起皮膚或眼睛腐蝕。

4 結論

過氧化物易燃易爆，且極易分解，過氧化反應過程中溫度超高，容易引發產物分解劇烈放熱，導致安全事故，因此需要針對其工藝特點，確定重點監控工藝參數，合理選擇自動控制方案和安全儀表系統，并結合具體生產操作流程，設計完善的安全措施。