光氣化裝置安全設(shè)計及光氣防護措施

王文波(萬華化學(xué)(福建)有限公司，福建 福州 350311)

1 光氣化裝置安全設(shè)計

1.1 8層次保護

典型化工裝置的獨立保護層呈“洋蔥”形分布，從內(nèi)到外設(shè)計為：安全設(shè)計、基本過程控制系統(tǒng)(BPCS)、人員干預(yù)及關(guān)鍵報警、主動型物理防護、被動型物理防護、工廠應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)、社區(qū)應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)。

1.2 本質(zhì)安全設(shè)計

通過采用最小化、替代、緩和、簡化的四種策略消除風(fēng)險。

選擇合適的工藝路線(最小化、替代、緩和、簡化)[1]，例如：

(1)遵循裝置設(shè)備及管線最小和最短化原則，簡化工藝流程，設(shè)備布局緊湊，減小管道長度，降低光氣存量；

(2)選擇合適的制備方法，采用CO和Cl2在活性炭催化下進行反應(yīng)，且入口催化劑稀釋，減緩反應(yīng)速率；

(3)CO和Cl2反應(yīng)過程，投入CO量比Cl2量多7%～10%，保證Cl2能完全反應(yīng)；

(4)光氣合成塔采用列管式固定床反應(yīng)器，用水或者導(dǎo)熱油將反應(yīng)熱移除，防止局部高溫；

(5)光氣合成塔殼側(cè)冷媒增加pH在線檢測計，定期取樣分析；

(6)增加光氣合成保護塔，監(jiān)測Cl2反應(yīng)效果，防止Cl2過量，光氣合成出口管線增加蒸汽伴熱，防止光氣液化；

(7)選擇合適的溶劑(比如氯苯、鄰二氯苯)吸收、稀釋光氣，光氣化反應(yīng)選用氯苯、鄰二氯苯作為溶劑，低壓力控制；

(8)光氣化反應(yīng)低溫控制，低壓力控制，采用加入液態(tài)光氣，氣化潛熱移除冷反應(yīng)產(chǎn)生熱量；

(9)當(dāng)管線的液態(tài)光氣濃度超出20%時需要使用夾套管，對夾套內(nèi)充氮氣采取正壓監(jiān)測保護措施；

(10)密封連接光氣反應(yīng)器的溢流管可以使用雙波紋管，同時聯(lián)系光氣分解；

(11)運用R22、冷凍水等介質(zhì)冷凝排氣，盡可能降低排氣中光氣含量；

(12)反應(yīng)器材質(zhì)采用316 L內(nèi)襯哈氏C合金或者碳鋼襯內(nèi)襯哈氏C合金，提高管道材質(zhì)、增加壓力等級、增加壁厚、選用榫槽面法蘭等，定期檢測壁厚；

(13)關(guān)鍵管道采用對焊，焊口采用100% X射線探傷；

(14)采用雙回路供電回路，關(guān)鍵泵備用柴油發(fā)電機機組，設(shè)置UPS電源；

(15)采用12% 的氫氧化鈉溶液吸收光氣，設(shè)計大容量儲槽足以中和系統(tǒng)內(nèi)光氣的堿液，緊急情況下中和光氣，堿液循環(huán)泵除正常供電外還要配備柴油泵。

嚴(yán)格的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(管線、設(shè)備等)[2]，例如：

(1)光氣管線選擇16Mn、316 L低溫管線材質(zhì)，閥門采用進口不銹鋼無泄漏光氣閥門；(2)采用較高壓力設(shè)計余量，選用較高的管道設(shè)計等級，對于設(shè)計中存在腐蝕裕量較高的情況加以考慮；(3)使用焊制造工藝，重要焊口利用100%射線來探傷，光氣閥門入場進行嚴(yán)格的氨滲測試；(4)工藝配管盡量采用重力自流形式，以減少泵的數(shù)量，采用無泄漏屏蔽泵，對反應(yīng)器攪拌采雙端面機械密封保護；(5)光氣管線的法蘭密封面使用榫槽面密封這一形式，需要盡可能的將法蘭數(shù)量減少，布置光氣管線，同時分開具有危險性以及腐蝕性的管線；(6)裝置一般使用雙回路的供電系統(tǒng)，同時需要配備緊急柴油發(fā)電機組，在安全報警、DCS、照明、信號等系統(tǒng)上配備UPS連續(xù)供電系統(tǒng)；(7)對于用電機械和儀表系統(tǒng)采取等級較高的靜電防護及防爆設(shè)計；(8)對于重要回路以及控制而言，需采用不同測量原理的的儀表，采用DCS及ESD系統(tǒng)，連鎖控制越限報警以及安全問題，當(dāng)電源、氣體存在故障時應(yīng)該保證氣開或者是氣關(guān)切斷閥處于安全位置。

2 光氣防護措施

2.1 基本過程控制(BPCS)

基本過程控制系統(tǒng)(BPCS)是對日常生產(chǎn)過程進行不間斷監(jiān)測與控制的系統(tǒng)，輸出信號產(chǎn)生需經(jīng)過響應(yīng)過程以及操作人員的信號輸入，從而能夠使過程達到期望的運行方式。其主要組成有邏輯控制器、傳感器以及最終執(zhí)行元件。BPCS能夠在一定程度上發(fā)揮出安全保護作用，一般在安全儀表系統(tǒng)(SIS)前做出反應(yīng)。

例如：

(1)CO和Cl2的串級控制等；

(2)日常溫度、壓力、液位、流量的自動控制程序；

(3)光氣合成系統(tǒng)的壓力控制；

(4)光氣吸收塔日常低液位控制。

2.2 關(guān)鍵報警及人員干預(yù)

操作人員在系統(tǒng)常規(guī)檢查、報警響應(yīng)后避免不良后果出現(xiàn)的行動為報警與響應(yīng)。

光化裝置設(shè)置了溫度、液位、流量等一級、二級報警機制，提醒操作人員及時對報警信息進行干預(yù)。

例如：

(1)光氣合成塔的出口溫度報警，光氣合成塔冷媒流量、溫度等報警，光氣冷凝器下液溫度報警，熱反應(yīng)器溫度報警等；

(2)換熱器殼側(cè)增加pH計和檢測電導(dǎo)率的儀表；

(3)裝置各種開停車SOP，緊急處理SOP等。

2.3 安全儀表系統(tǒng)(SIS)

該系統(tǒng)指的是工廠控制系統(tǒng)之中的連鎖和報警部分，對于控制系統(tǒng)檢測的結(jié)果進行停機控制或者是報警動作與調(diào)節(jié)。當(dāng)基本過程控制系統(tǒng)(BPCS或DCS)不能維持裝置生產(chǎn)在可接受的狀態(tài)時，安全儀表系統(tǒng)能夠使裝置回到安全狀態(tài)下；安全儀表功能基于儀表檢測的超限條件，對過程加以控制進入功能安全狀態(tài)。安全儀表的主要組成部分有邏輯控制器、傳感器以及最終執(zhí)行元件。

光化裝置設(shè)置了各種聯(lián)鎖，以應(yīng)對各種溫度、壓力、液位等異常和有可能造成泄漏的突發(fā)狀況的聯(lián)鎖按鈕，保證系統(tǒng)能及時有效地回歸安全狀態(tài)。并且定期檢測聯(lián)鎖系統(tǒng),確保正常運行。

例如：

(1)光氣合成緊急停車系統(tǒng)，光氣化反應(yīng)緊急停車系統(tǒng)；

(2)光氣合成系統(tǒng)出口超壓排放，光氣化反應(yīng)差壓排放系統(tǒng)；

(3)光氣合成系統(tǒng)聯(lián)鎖壓力選3選2系統(tǒng)。

2.4 主動性物理防護系統(tǒng)

提供差壓保護，防止容器災(zāi)難性破裂，主要包括爆破片、XV泄放閥、安全閥等。

光化裝置在重要的壓力控制點，設(shè)置了超壓泄放系統(tǒng)，并且配備了系緊分解系統(tǒng)，保證光氣系統(tǒng)穩(wěn)定。

例如：

(1)合成塔出口和冷凝系統(tǒng)出口設(shè)置超壓泄放XV閥；

(2)光氣吸收塔氣相入口設(shè)置差壓泄放XV閥和爆破片等密閉排放泄壓系統(tǒng)；

(3)光氣化反應(yīng)系統(tǒng)設(shè)置超壓泄放XV閥和爆破片等。

2.5 被動型物理防護系統(tǒng)

在釋放危險物質(zhì)之后，是一種將釋放后果降低的保護措施；其包括防火堤、消防、氣防系統(tǒng)、自動噴淋系統(tǒng)。

例如：

(1)裝置周圍增加圍堰，無水監(jiān)測收集排放系統(tǒng)；

(2)消防水噴淋系統(tǒng)；

(3)氨水噴淋系統(tǒng)(濃度19%)，裝置周圍和關(guān)鍵光氣設(shè)備上方設(shè)置氨水噴淋管線；

(4)光氣設(shè)備周圍增加密閉空間卷簾門系統(tǒng)，設(shè)置負(fù)壓抽吸系統(tǒng)；

(5)現(xiàn)場設(shè)置光氣報警儀，人員配備光氣檢測徽章，現(xiàn)場設(shè)置應(yīng)急空氣呼吸器和防化服；(6)中控室設(shè)置正壓通風(fēng)系統(tǒng)，配備長管呼吸器；(7)現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)。

2.6 工廠應(yīng)急響應(yīng)

對含光氣管線以及設(shè)備進行計劃維修時 ，需應(yīng)用個人呼吸器設(shè)施保證不會吸入光氣。

工人通過光氣檢測徽章能夠立即探測到光氣吸入這一潛在危險，同時評估出人體極易吸入的光氣。

構(gòu)建裝置以及公司級兩級事故的搶險預(yù)案，開展定期演習(xí)演練。現(xiàn)場及其附近人員需要掌握，并反復(fù)練習(xí)緊急響應(yīng)計劃，對檢驗應(yīng)急響應(yīng)準(zhǔn)備做好指引與指導(dǎo)工作。

洗眼器等安全淋浴裝置能夠?qū)w濺在個人皮膚與衣服上的液體光氣以及含有光氣溶液快速去除。

廠內(nèi)需要設(shè)置接受藥物治療設(shè)施以及場所，比如設(shè)置氣防車以及氣防站，同時保證其能夠24小時待命。

常備專業(yè)醫(yī)護人員聯(lián)系方法，保證在緊急狀態(tài)下能夠采取有效措施加以應(yīng)對。

2.7 社區(qū)應(yīng)急響應(yīng)

針對光氣泄漏，制定I級響應(yīng)級別的處置方案，防止事故擴大至工廠外圍，保障周圍民眾的生命財產(chǎn)安全，并定期組織人員進行預(yù)案演習(xí)；在園區(qū)的要定期組織園區(qū)及光氣泄漏源演練，定期組織撤離應(yīng)急預(yù)案演練。

3 結(jié)語

隨著光氣生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，各類應(yīng)急措施以及安全防護措施越來越完善，在光氣化產(chǎn)品快速發(fā)展的條件下，光氣因為具有特殊化學(xué)活性，在化工領(lǐng)域占據(jù)重要位置。

針對這一情況，需要從根本上確保生產(chǎn)、使用、儲存光氣的安全。首先應(yīng)該減緩光氣反應(yīng)、提升設(shè)備材質(zhì)、采用低溫低壓工藝等；其次，可以從增加系統(tǒng)監(jiān)控、設(shè)置系統(tǒng)聯(lián)鎖保護、增加人為干預(yù)措施等保證安全，降低事故發(fā)生的概率；最后，為了減輕事故發(fā)生的后果，盡可能完善光氣泄漏處置設(shè)施和人員防護用品，保證財產(chǎn)和生命安全。