苯乙烯裝置應急加藥設施的設計

臺寧寧,鄒培軒

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101)

苯乙烯是一種重要的化工原料，可用于生產聚苯乙烯、合成橡膠等產品。苯乙烯化學性質活潑，極易聚合，且苯乙烯的聚合反應為放熱反應，溫度升高反過來會加快聚合反應，若不加以控制，苯乙烯會在儲存容器或操作容器內發生“爆聚”。輕度的苯乙烯聚合會影響產品質量，而苯乙烯發生“爆聚”會影響裝置的重新開工周期，“爆聚”放出的大量熱量導致苯乙烯氣化，并在設備管口、塔內件等位置聚合，同時設備內壓力持續升高，最終導致設備爆裂。

發生苯乙烯“爆聚”的工況主要為停電工況，此時裝置停止運行，阻聚劑停止加注，苯乙烯裝置精餾單元塔釜內存有大量的苯乙烯，塔釜內溫度較高，且阻聚劑為消耗型的藥劑，其濃度隨時間延長不斷降低，若不采取措施，一段時間后就會發生苯乙烯“爆聚”。為避免苯乙烯發生“爆聚”，本文以某煉廠苯乙烯裝置為例，設計了一套應急加藥設施，在該裝置停電及其它非正常工況，可向精餾單元苯乙烯塔釜內注入大量的阻聚劑，在一定程度上抑制苯乙烯“爆聚”傾向，

1 應急加藥設施流程

苯乙烯裝置的應急加藥設施流程見圖1。應急加藥設施包括一個應急阻聚劑罐、一臺應急阻聚劑卸料泵和一臺應急阻聚劑進料泵。其中應急阻聚劑卸料泵采用氣動隔膜泵，用于一次性向應急阻聚劑罐內加入阻聚劑。應急阻聚劑罐設置氮封，并設置一臺安全閥。應急阻聚劑進料泵采用隔膜計量泵，并設置副線。應急阻聚劑罐及阻聚劑管線采用電伴熱，伴熱維持溫度25℃，以防止阻聚劑凝結。

在苯乙烯裝置正常生產過程中，應急阻聚劑進料泵處于關停狀態，副線關閉，應急阻聚劑罐保持氮封。當發生非停電應急情況，保持副線關閉，啟動應急阻聚劑進料泵，實現應急阻聚劑的加注。當發生停電應急情況，關閉應急阻聚劑進料泵進出口切斷閥，打開副線，同時關閉應急阻聚劑罐氮封，打開連接氮氣管網管線閥門，將氮氣引入應急阻聚劑罐，以氮氣作為壓力源，實現應急阻聚劑的加注。

圖1 苯乙烯裝置應急加藥設施

應急阻聚劑加注點按需要設置。對于塔釜含有大量苯乙烯的塔，必須設置加注點。該裝置加注點包括精餾單元的脫氫液預分塔、乙苯/苯乙烯塔及精苯乙烯塔的塔釜。加注點可設置在塔最下一層填料的上方，阻聚劑經過填料后，能分布較為均勻的到達塔釜，以提高阻聚效果。加注管線上需設置流量計，方便對加注流量進行監控。

2 阻聚劑選擇

自20世紀70～80年代至今，阻聚劑經歷了三代發展歷程。第一代阻聚劑目前大多與其它組分復配使用，其單獨使用效果差，且具有較大的毒性。第二代阻聚劑以DNPC、DNBP、哌啶類氮氧自由基阻聚劑為代表，阻聚性能有了較大的提高，在苯乙烯裝置被廣泛的使用。第三代阻聚劑為復配型阻聚劑，其特點為低毒高效。

目前該裝置使用的阻聚劑有DNBP、精餾阻聚劑(哌啶類氮氧自由基阻聚劑)及TBC。TBC化學組分為對叔丁基鄰本二酚，DNBP化學組成為2-仲丁基-4,6-二硝基苯酚，這兩類阻聚劑相較精餾阻聚劑，毒性都較大。考慮到加藥安全性，本應急加藥設施選用精餾阻聚劑作為應急阻聚劑，其化學組成為4-羥基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基，該阻聚劑屬于第二代阻聚劑，其性質穩定，毒性小，阻聚效果好。應急阻聚劑性質見表1。

表1 應急阻聚劑性質

3 平面布置

苯乙烯裝置內正常運行過程中使用的阻聚劑需集中布置在裝置邊界，以方便阻聚劑的卸車裝罐。應急阻聚劑毒性較小，為減少應急加注的管路長度，減短應急加注反應時間，將應急加藥設施布置在精餾區。應急加藥設施周邊設置圍堰，以防止阻聚劑泄露。考慮到應急阻聚劑對眼睛的毒性作用，在應急加藥設施附近設置洗眼器。

4 操作過程中的注意事項

為保證應急加藥設施的正常使用，在應急工況下起到抑制“爆聚”的效果，同時保證人員安全，應急加藥設施使用過程中應注意以下事項：

(1)應急阻聚劑一次性加入到應急阻聚劑罐中，加藥時操作工需注意個人防護。操作工應身穿防護服，頭戴面罩或安全護目鏡，加藥完成后應徹底清洗臉部、手部、及任何暴露的皮膚。若加藥過程中阻聚劑飛濺至眼睛內，應立即使用洗眼器，用大量清水清洗，必要時送醫診治。

(2)應急阻聚劑加入到應急阻聚劑罐中后，阻聚劑罐采用氮封，以保證阻聚劑罐的封閉和罐內壓力的穩定。

(3)精餾阻聚劑溫度不能超過55℃，否則會發生分解。為防止阻聚劑凝結堵塞管道或發生局部超溫分解，應急設施及加注管道采用電伴熱便于控溫。

(4)應急阻聚劑進料泵至塔管線上設置有流量計，在應急加藥過程中要密切關注流量計數值，保證有足量的應急阻聚劑加入到塔釜內。

(5)在應急阻聚劑正常加注的情況下，仍應密切關注精餾單元塔頂的溫度及壓力變化情況，若溫度升高或壓力升高，應加大應急阻聚劑的加注量，同時采取有效措施降低塔內壓力。

5 其它輔助措施

塔釜內苯乙烯溫度是導致苯乙烯“爆聚”的主要因素。建議的苯乙烯儲存溫度應小于25℃[1]。而塔釜內的溫度可達115℃。苯乙烯溫度超過65℃，就會發生“爆聚”[2]。因此，在應急工況下除了需注入大量阻聚劑外，降低塔釜內苯乙烯的溫度同樣是抑制“爆聚”的關鍵。建議在塔釜位置設備外壁設循環水盤管，通過水的降溫作用將塔釜溫度降至65℃以下。

停電對于苯乙烯裝置而言屬于嚴重事故工況，即使已設置有應急處理措施，平時仍應注意避免此類工況的發生。操作工應定期檢查事故電機，保證事故電機位于自動位置。當裝置停電時，若6s內未啟動事故電源，操作工應手動打開事故電機，保證裝置快速恢復到正常運轉狀態。

6 結論

苯乙烯裝置精餾單元塔釜內存有大量的苯乙烯，在停電工況下有“爆聚”的危險。本文提供的應急加藥設施可在停電工況下使用，快速地向精餾單元塔釜內注入大量的阻聚劑，抑制苯乙烯“爆聚”傾向，保證設備和人員安全。