廠間環氧乙烷管道輸送的工藝及安全設計

蘭建義

（上海藍科石化環保科技股份有限公司，上海 201803）

環氧乙烷，英文名稱 Ethylene Oxide（EO），化學式為C2H4O，應用十分廣泛。目前環氧乙烷主要采用槽車運輸的方式，隨著化工產業的不斷發展，道路運輸量不斷增加，裝卸車過程中的卸料、充裝操作更加頻繁，使得環氧乙烷在槽車運輸過程中的泄漏事故經常發生，嚴重威脅著人員生命和財產安全。徐鑑亮等調查搜索1991—2014年這23年中共計有26起與環氧乙烷相關的重大安全事故，其中有9起發生在道路運輸和裝卸車過程中[1]。槽車運輸方式存在溫度不易控制、流動性強、危險性高、不確定因素多等缺點，而管道輸送是一種安全性高、連續性強、綜合成本低、人為因素影響小的運輸方式，具有廣泛的應用前景。由于廠間管道輸送物料的特殊性，該管道輸送系統設計的好壞不單單影響某一個企業的安全，甚至會對整個化工園區的正常生產造成重大影響。這就對廠間環氧乙烷輸送管道的安全設計提出了更高的要求。

1 環氧乙烷的特性及危害

環氧乙烷具有易燃易爆、有毒、易聚合等理化特性，化學性質極其活潑，特別是當溫度高于40℃時就會發生聚合反應，常溫下也會受到某些金屬氧化物、酸堿、氯化物的催化作用而發生聚合。環氧乙烷的主要物性見表1。

表1 環氧乙烷主要物性參數

在設計中，依據《石油化工企業設計防火標準GB50160—2008（2018年版）》，環氧乙烷屬于甲A類。依據《危險化學品目錄（2015版）》，環氧乙烷屬于1類易燃氣體、A類化學不穩定性氣體、致癌性為1A類的高致癌化學品，可致中樞神經系統、呼吸系統損害，重者引起昏迷和肺水腫。依據《首批重點監管的危險化學品安全措施和應急處置原則》，環氧乙烷屬于重點監管的危險化學品，極易燃，蒸汽能與空氣形成范圍廣闊的爆炸性混合物。根據環氧乙烷的性質，在管道輸送的設計中需嚴格執行相關法規和標準，盡可能避免危害的發生。

2 管道輸送的技術方案

2.1 管道輸送的工藝系統

廠間管道輸送系統由上游輸送動力單元、廠區間的輸送管道單元、下游企業內的接收單元三個部分組成。本項目將某石化企業生產的環氧乙烷用管道輸送至周邊園區內的五個用戶，輸送管道的系統簡圖詳見圖1。

圖1 環氧乙烷管道輸送系統簡圖

2.1.1 輸送方案

環氧乙烷生成的聚合物會阻塞管道和儀表，存在潛在危險，故環氧乙烷不能長時間靜置，必須設置循環管線保持其一直處于流動狀態[2]。由于下游五個用戶均為間斷接受物料，如果采用點對點的輸送方式（即每戶設置一根輸送管道），不僅管道根數多，而且停止輸送時管道內的環氧乙烷長時間靜置容易自聚。故采用環管輸送的方式，總管依次經過下游五個用戶的接入口，每個用戶從總管上接出支管，然后總管回流返回至上游環氧乙烷球罐，保持管道內的環氧乙烷一直處于流動狀態。

2.1.2 溫度控制

在較低溫度時，環氧乙烷的自聚緩慢，達到一定溫度，聚合速度很快，同時產生大量的熱，引起爆炸性降解。所以應嚴格控制環氧乙烷的溫度，儲存溫度一般在-5℃左右。質技監鍋字[2000]95號《關于加強環氧乙烷儲運容器安全管理的通知》中規定環氧乙烷儲罐的操作溫度為-10～20℃。本設計將上游企業的-5℃的環氧乙烷冷卻至-10℃后再外送，回流的環氧乙烷冷卻至-5℃后再返回球罐，保證整根輸送管道內環氧乙烷的溫度不高于0℃。同時在輸送管道的不同部位分別設置溫度監控報警，超溫連鎖切斷物料輸送。

2.1.3 支管防倒流

在下游用戶接入口，分支管線在靠近總管根部設置切斷閥，然后依次設置壓力和溫度變送器、開關閥、止回閥、流量計、調節閥、壓力變送器和止回閥，此后進入客戶端界面，客戶端設置相應的自控開關閥和安全閥。分支管線根部設置8字盲板，當支管進行吹掃時，需將8字盲板切換到關閉狀態。2 臺止回閥選用不同品牌型號，降低共同失效風險。為防止下游用戶支管因不正常工況倒流而影響主管，在支管上下游設置差壓聯鎖，一旦前后壓差低于正常值，立即聯鎖關閉開關閥。

2.2 管道的布置

（1）從上游石化企業出圍墻至下游用戶之間，且通過公共區域的這段長度約3km的管道屬于廠際管道范疇，管道的設計、規劃、防火間距等必須嚴格按照《石油化工企業設計防火標準》和《石油化工廠際管道工程技術標準》來執行，同時還需滿足《危險化學品輸送管道安全管理規定》的要求。環氧乙烷屬于液化烴，架空敷設時其與相鄰工廠的防火間距為30m，與其他公路（除高速公路和一級公路）的防火間距為10m，跨越公路時凈空不得小于5.5m。跨越公路時設置限高架，管架立柱與路邊沿距離小于10m時設置防撞柱，沿管架全程設置隔離網，避免無關人員進入。

（2）管道布置時按照步步低的原則，特別是在外管廊部分，不得出現液袋，當管道停運時可以通過自流的方式將管道內的物料排凈。

（3）在總管及各用戶分支點處設置氮氣吹掃線，當用戶長時間不再接收物料，需將支管內的物料吹掃干凈，用于環氧乙烷管道吹掃的氮氣純度不低于99.9%。

（3）管道布置時需避免死角，不流動的支管切斷閥應盡量靠近主管根部布置。

（4）除必須采用法蘭連接外，輸送管道采用全焊接，配管時盡量減少焊接點數量，并對焊縫進行100%射線探傷。

（5）環氧乙烷屬于液化烴，管道敷設時需遠離熱源。

2.3 管道材料的選用

當有鐵的氧化物存在的情況下，環氧乙烷發生聚合反應的起始溫度會大幅度降低，而且反應的升溫速率也明顯加快，甚至會發生爆炸。因此接觸或輸送環氧乙烷的設備、管道等采用304不銹鋼。閥門采用全通徑的旋塞閥，且必須具有防火、防靜電結構。輸送管道的操作壓力為1.0MPa（G），溫度為-10～0℃，選用壓力等級為PN2.0MPa（G）的帶頸對焊法蘭，密封面為RF。與環氧乙烷接觸的地方不能使用天然橡膠或石棉墊片，因為它們會催化環氧乙烷聚合，故選用帶內外環的不銹鋼和聚四氟乙烯的金屬纏繞墊。管道的保冷材料采用閉孔泡沫玻璃，捆扎材料用不銹鋼絲，保冷層外的保護層采用304不銹鋼薄板，避免使用鍍鋅鐵絲和鋁合金薄板等。

2.4 設計采用的其他安全措施

（1）選取合適的管徑，管徑太大則加大投資成本，太小則增大輸送阻力，增加泵的運行成本，而且流速過快容易使靜電聚集，環氧乙烷輸送管道的流速一般不超過1.5m/s。

（2）根據介質易燃易爆、有毒有害的特點，輸送泵應符合 API610標準，泵體、軸、葉輪為304不銹鋼材質，采用雙端面機械密封形式，密封沖洗及輔助管路方案為Plan53A。在泵體上設有測溫點，一旦超溫立即發出報警聯鎖停泵并自動進行噴淋；為避免泵空轉，設定儲罐低液位連鎖停泵；輸送泵設有最小回流線，在最小流量的情況下，可以保證泵的正常運行。

（3）對存在泄漏風險的區域設置有毒氣體檢測報警器，并將報警信號送至有24h值班的外操室和內操室。根據《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計標準》的要求，設置兩級報警，由于環氧乙烷的MAC值為5mg/m3，故報警器的一級設定值為5mg/m3，二級設定值為10mg/m3。當報警器發出一級報警信號，操作人員配備空氣呼吸機、防護服去現場檢查泄漏點，如發現管道有泄漏，立即關掉輸送泵；當報警器發出二級報警信號，自動聯鎖停泵，同時聯鎖打開上方的消防噴淋并采取應急措施。

（4）按照爆炸和火災危險類別等級選擇可靠的電氣、儀表設備，本項目電氣防爆等級為dIIBT4。

（5）輸送環氧乙烷的設備和管道均需按標準設置靜電接地，閥門、法蘭等均需靜電跨接。

（6）在輸送總管上設置安全閥，由于存在環氧乙烷聚合堵塞安全閥入口管道的風險，故在安全閥入口管道上設置爆破片，并在安全閥與爆破片間安裝可供在線校驗使用的四通組件接口，安全閥泄放至安全地點，并在安全閥出口管道上設置氮氣吹掃線。

（7）為控制輸送管道在低溫下運行，輸送總管采用兩根DN25冷凍水（50%乙二醇水溶液，-15℃）不銹鋼管道逆向伴冷。

（8）根據項目特點和工藝要求，在下游各用戶接入點處，以及輸送管道沿線較危險地段設置視頻監控系統，對現場的情況進行實時監控。

（9）環氧乙烷輸送管道在進料前，必須用純度不低于99.9%氮氣進行置換，置換后需取樣分析合格后方可進料。

3 結論

雖然環氧乙烷本身具有易燃易爆、有毒、易聚合等特性，但在設計中嚴格遵循相關法規、標準的要求，科學地規劃走向，合理地選擇材質、管徑、壁厚等，并且在采取一系列切實可行的安全措施后，相對于槽車輸送來說，管道輸送將是更安全可靠的方式。