王玉虎

(北京華福工程有限公司天津分公司)

異丁烷脫氫裝置的危險預防與安全防護

王玉虎

(北京華福工程有限公司天津分公司)

依據異丁烷脫氫裝置的特點，闡述了各生產單元的危險預防和安全防護對策。

異丁烷脫氫裝置 安全防護 儀表選型 控制系統(tǒng)應用

異丁烯是一種重要的有機化工原料，主要用于制備甲基叔丁基醚(MTBE)、丁基橡膠、異戊橡膠和聚異丁烯。但由于受到汽油油品升級需求的影響，異丁烯市場緊俏，諸多企業(yè)為了搶占市場紛紛斥巨資興建異丁烷脫氫裝置。為此，筆者根據異丁烷脫氫裝置的工藝特點，從儀表選型、控制系統(tǒng)應用等方面對裝置的危險預防和應對措施進行闡述，以保證異丁烷的安全生產與裝置的穩(wěn)定運行。

1 脫氫工藝簡介

異丁烷脫氫裝置采用脫氫工藝技術，工藝簡圖如圖1所示。

圖1 脫氫工藝簡圖

2 儀表的危險預防與安全防護

2.1 儀表防爆與防護

異丁烷脫氫裝置的主要危險介質為丙烷、醚后液化氣、異丁烯、氫氣、液化石油氣、丙烯、MTBE及正丁烯等，預計在正常運行時易燃物質不會釋放，即使釋放也僅是偶爾短時釋放，所以危險釋放源為二級釋放源。又考慮到裝置為戶外和局部棚式布置，即裝置爆炸危險區(qū)域劃分為2區(qū)，爆炸危險區(qū)域內低于地坪(0.00)的坑和溝劃分為1區(qū)。因此，所有現場安裝的電子式儀表應滿足防爆等級EEx iaⅡCT4[1]，電磁閥和限位開關應滿足防爆等級EEx d IICT6[1]。

現場安裝的電子式儀表應滿足IP65的防護等級[1]，非電子式現場儀表應至少滿足IP55的防護等級。

儀表信號電纜采用阻燃性屏蔽電纜，在催化劑連續(xù)再生(Continuous Catalyst Regeneration,CCR)裝置高溫場合中應選用阻燃性耐高溫電纜。

2.2 儀表接地與防雷

儀表接地采用等電位接地方式，儀表控制系統(tǒng)側設有工作接地和安全接地兩個匯流條，匯總后用兩根接地電纜與電氣接地網絡連接，接地電阻小于4Ω。

現場盤、分析小屋、儀表電纜橋架、儀表設備、儀表接線箱和儀表密封接頭的儀表安全接地在現場通過框架直接與電氣接地網絡連接；工作接地應在儀控系統(tǒng)側接至儀表工作接地匯流條上。

防雷保護區(qū)外的儀表設備，原則上應在現場電子儀表側和控制系統(tǒng)側加裝電涌保護器。

中央控制室、現場機柜室和現場控制室的儀表進線口應距電氣避雷引下線2m以上。

2.3 核子料位計

CCR裝置(圖2)催化劑料位的檢測采用放射性料位計和料位開關，放射源為Cs137。

圖2 CCR裝置結構簡圖

放射性料位計的選擇首先要符合GBZ 125-2009規(guī)定的II級防護標準，即距設備表面5cm處的劑量不大于25μSv/h；距設備表面1m處的劑量不大于2.5μSv/h[2]。其次，要符合GBZ 114-2006的要求，即鉛罐均帶氣動執(zhí)行機構、帶鎖，且開鎖位置不與放射源出射口同向。確保鉛罐開關靈活好用。制造商應采取可靠的安全措施，確保放射源對周圍環(huán)境的影響最低；確保安裝附件完整，鉛罐殼體外有放射源危險標示[3]。探測器的適用環(huán)境溫度為-40～60℃，當探測器處于環(huán)境溫度長期大于60℃的場合(緩沖料斗和反應器1～3還原區(qū)下部均屬于長期高溫場合)時，應采用水冷版本的探測器用于保護變送單元的電子元件，以防元件過熱受損。最后，放射性儀表的防護等級應滿足IP66，放射性儀表的防爆等級應滿足EEx d IICT6，而且必須在當地環(huán)保局辦理《輻射安全許可證》登記備案。

畢業(yè)于泉州師院美術學院美術教育專業(yè)，2013年創(chuàng)辦小鳥天堂兒童攝影工作室，2017通過英國攝影大師協(xié)會LMPA認證。獲得榮譽包括：WPPI銀獎、PPAC國際線上攝影大賽兒童組第一名、PPAC國際十大攝影師、AsiaWPA國際線上大賽兒童組第一名、AsiaWPA年度兒童組總冠軍。

3 控制系統(tǒng)的危險預防與安全防護

3.1 氣體檢測系統(tǒng)

異丁烷脫氫裝置存在可燃氣體(丙烷、丁烷、異丁烯和氫氣)，在生產運行過程中可能發(fā)生泄漏的地方設置氣體檢測器和聲光報警裝置，能夠有效預防可燃氣體擴散，避免發(fā)生爆炸事故。烴類氣體和氫氣檢測首選催化燃燒型檢測器，測量范圍0～100%LEL[4]。

異丁烷脫氫裝置存在有毒氣體(Cl2和H2S)，在生產運行過程中可能發(fā)生泄漏的地方設置氣體檢測器和聲光報警裝置，能夠有效預防有毒氣體擴散，避免發(fā)生中毒事故。有毒氣體檢測首選電化學型檢測器，測量范圍0～300%MAC[4]。

在CCR裝置再生器鹵化區(qū)和燃燒區(qū)注入氯氣是為了實現氧化/再分散的金屬功能，因此注氯系統(tǒng)需配置漏氯報警儀和氯氣檢測器，每個漏氯報警儀設置兩個區(qū)域的低漏氯濃度和高漏氯濃度輸出接點。當氯氣檢測器檢測到空氣中含氯量不小于1mg/m3時[4]，預警系統(tǒng)啟動并發(fā)出聲光報警，提醒有關人員及時采取措施。

異丁烷脫氫是一個強烈的吸熱過程，受動力學控制，高溫有利于提高收率，但高溫下催化劑易失活；較低的氫壓對脫氫有利，但實際操作中為抑制結焦和清除積炭又需要臨氫環(huán)境，故實現該過程具有一定的難度。為了有效防止反應器內催化劑結焦，采用注硫系統(tǒng)嚴格控制硫的注入流量(采用科里奧利質量流量計測量)和速率，一旦注射中斷會造成反應器內迅速裂解結焦[4]。

釋放源確定建議的篩選原則：

a. 動設備、動機構。如氣體壓縮機的動密封、液體泵的動密封及調節(jié)閥閥蓋等。

b. 經常操作的設施。如采樣口、人工排液(水)口及放空口等。

d. 介質密度。如露天場所被測介質密度比空氣重。

e. 介質濃度。如管道/設備中被測介質濃度較高。

f. 環(huán)境特點。如引起周圍環(huán)境可能發(fā)生爆炸或對人身健康造成危險的泄漏，空間、地形造成被測氣體易集聚。將氣體檢測器的輸出信號引入DCS系統(tǒng)機柜獨立的I/O卡件，DCS操作站實時在線監(jiān)控氣體泄漏情況，一旦發(fā)現泄漏，及時提醒操作人員采取相應措施。

3.2 DCS系統(tǒng)

異丁烷脫氫裝置中大部分的控制屬于生產過程的連續(xù)測量、常規(guī)控制(連續(xù)、順序及間歇控制等)和操作控制管理，以保證生產裝置的平穩(wěn)運行。DCS系統(tǒng)是動態(tài)系統(tǒng)，始終對過程變量進行連續(xù)檢測、運算和控制，對生產過程進行動態(tài)控制，以確保產品的質量和產量。復雜控制系統(tǒng)有分程控制系統(tǒng)、串級控制系統(tǒng)、選擇性控制系統(tǒng)及順序控制系統(tǒng)等。

3.3 SIS系統(tǒng)

為了保證現場操作人員的人身安全和大型壓縮機、反應器、再生器、精餾塔、加熱爐、冷箱及透平膨脹機等重要設備的安全運行，依據裝置的生產運行特點，在異丁烷脫氫裝置中需要設置SIS系統(tǒng)[5]。

SIS系統(tǒng)按照獨立原則要求，獨立于DCS系統(tǒng)，其安全級別高于DCS系統(tǒng)。在正常情況下SIS系統(tǒng)是靜態(tài)的，不需要人為干預，實時在線監(jiān)測裝置的安全性。一旦生產裝置出現緊急情況，不需經過DCS系統(tǒng)，直接由SIS系統(tǒng)發(fā)出保護聯(lián)鎖信號，對現場設備和人員進行安全保護，避免危險擴散造成巨大的經濟損失和人員傷亡。

例如，脫丁烷塔再沸器停車(UC-36011)是典型的脫異丁烷塔頂壓力控制，在異丁烷塔頂設置3臺壓力變送器(3oo2模式)，聯(lián)鎖切斷脫異丁烷塔底再沸器的熱源(低壓蒸汽)，切斷閥氣路配置雙電磁閥能夠有效保證脫丁烷塔的安全平穩(wěn)運行，其聯(lián)鎖邏輯如圖3所示。

圖3 雙切斷閥雙電磁閥控制聯(lián)鎖邏輯

4 惡劣工況下的危險預防與安全防護

由于脫氫反應為強吸熱反應，因此采用3臺加熱爐和3臺反應器進行接力式加熱和脫氫反應。冷卻后的反應產物經反應產物壓縮機升壓后送至脫氯部分和反應器干燥器，以除去反應產物中的HCl、H2S和H2O。從反應產物干燥器出來的含氫氣體分為兩部分，一部分進入變壓吸附(Pressure Swing Adsorption,PSA)裝置進行氫氣提純，另一部分進入冷箱系統(tǒng)進行分離。PSA產品氫經壓縮機增壓后送至選擇性加氫過程反應器、完全飽和過程反應器和甲烷化反應器。PSA尾氣可用作CCR反應器的吹掃氣。冷箱分離出的氫氣一部分用作反應產物干燥器再生氣和CCR反應器用氣，另一部分作為裝置的燃料氣。冷箱系統(tǒng)產出的液體產品送至醚化部分，異丁烯與甲醇反應生成的MTBE送至罐區(qū)，醚化后的C4返回脫氫部分的進料段。

工藝管線和設備采取防燙措施，能夠有效防止熱能損失和操作人員接觸高溫管道灼傷。閥門采用散熱型結構以防止高溫灼傷。反應器下部催化劑管線高溫檢測采用K型表面熱電偶，長形集熱塊與管線采取焊接形式連接于管線表面，溫度變送器引至安全處。工藝管線和設備采取保冷措施，能夠有效防止冷能損失和操作人員接觸低溫管道凍傷。閥門采用延長型結構以防止低溫凍傷。輸送可燃介質的切斷閥采用防火結構，以避免火災發(fā)生時的災情擴大。

5 結束語

目前，已經建成投產的異丁烷脫氫裝置運行平穩(wěn)，并取得了可觀的經濟效益，同時也為化工產品的更新注入了新活力。無論從儀表選型到控制系統(tǒng)應用都要嚴格遵守國家標準和行業(yè)規(guī)范，提高異丁烷脫氫裝置在生產運行過程中的安全設計理念和危機意識，將安全融入到設計的每一個環(huán)節(jié)中，確保生產裝置能夠安全高效平穩(wěn)運行。

[1] 陸德民,張振基,黃步余.石油化工自動控制設計手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,2000.

[2] GBZ 125-2009,含密封源儀表的放射衛(wèi)生防護要求[S].北京:人民衛(wèi)生出版社,2009.

[3] GBZ 114-2006,密封放射源及密封γ放射源容器的放射衛(wèi)生防護標準[S].北京:人民衛(wèi)生出版社,2006.

[4] GB 50493-2009,石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2009.

[5] GB/T 50770-2013,石油化工安全儀表系統(tǒng)設計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2013.

TQ086.3

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1000-3932(2017)02-0205-04

2016-07-14，

2016-12-08)

王玉虎(1981-)，工程師，從事石油化工、煤化工自控工程設計工作，291035340@qq.com。