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        銀法甲醇氧化制甲醛自動控制改造方案及安全性分析

        2017-12-08 02:11:41陳德波江蘇中安科技服務有限公司
        化工管理 2017年34期
        關鍵詞:閥門

        陳德波(江蘇中安科技服務有限公司)

        銀法甲醇氧化制甲醛自動控制改造方案及安全性分析

        陳德波(江蘇中安科技服務有限公司)

        本文簡述了早期銀法甲醛裝置氧化工藝的自動控制方法,對其存在的危險有害因素進行分析,根據實踐總結了較為經濟合理的自動控制改造方案,對改造后系統(tǒng)的火災爆炸危險指數(shù)進行了定量計算。

        甲醇;甲醛;氧化;自動控制;安全性

        1 甲醇氧化工藝介紹

        甲醛生產關鍵工序氧化過程是甲醇蒸汽、空氣和水蒸汽三元氣體混合后,在氧化器中經催化發(fā)生甲醇氧化和脫氫反應,一般反應溫度580~690℃,反應式如下:

        原甲醛生產裝置在氧化器的設計上采用正路管道進氣,手動蝶閥控制物料流量。在開車前一階段,一定量空氣和甲醇混合氣體經旁路將冷卻液體吹入吸收塔,待達到一定過熱溫度和蒸發(fā)溫度,操作人員到現(xiàn)場打開氧化器正路進氣閥門關閉旁路排空閥,進行氧化器內氣體置換并調節(jié)一定量的氧醇比,控制好物料流量進行點火升溫,達到一定反應溫度后提高原料流量至工藝要求范圍,進入正常的氧化反應狀態(tài)。在這一過程中,反應溫度的控制不僅關系產品的質量,更關系到生產的安全性。

        2 原有控制方案介紹

        早期甲醛裝置控制系統(tǒng)基本采用電動指示調節(jié)儀、電氣轉換器和氣動調節(jié)閥構成回路,通過控制甲醇、空氣、水蒸氣比例來控制氧化反應溫度。這種控制方式未將氧化反應溫度接入控制系統(tǒng)回路,而是通過操作人員觀察氧化溫度變化情況,判斷是否需要調整原料配比。

        3 危險有害因素分析

        甲醇氧化工藝涉及易燃易爆物質和高溫反應(580~690℃),主要危險有害因素包括火災爆炸、中毒窒息、灼燙事故。

        (1)在開車點火升溫階段,操作人員需經常到氧化器現(xiàn)場調節(jié)閥門,未能實現(xiàn)遠程控制,人員處于火災爆炸危險環(huán)境中頻率過高,同時可能發(fā)生人員灼燙傷事故。

        (2)遇到停電、鼓風機故障、變頻器等電氣故障,需緊急到現(xiàn)場切換閥門,尤其夜間生產時存在多種事故隱患。如不能迅速切換氧化器閥門,不僅不利于催化劑床層的保護,更易發(fā)生系統(tǒng)回火爆炸事故。

        (3)設備故障或操作失誤,造成氧化溫度迅速上升,操作人員一時無法正確采取處理措施,系統(tǒng)不能緊急停車,不能及時切斷氧化器進料,此種情況極易造成催化劑熔化和發(fā)生火災爆炸事故。

        4 火災爆炸危險指數(shù)定量分析

        4.1 分析方法選擇

        采用《火災、爆炸危險指數(shù)法》(第七版)進行裝置分析,危險性等級劃分見表1。

        表1 危險性等級

        4.2 分析對象和物質系數(shù)

        選取50000T/A甲醛裝置氧化器(直徑1800mm,空間容積約4m3)進行火災爆炸危險指數(shù)分析。

        物質系數(shù)MF由美國防火協(xié)會(NFPA)確定的物質可燃性Nf和化學活潑性Nr求得。甲醇數(shù)據見表2。

        表2 甲醇物質系數(shù)表

        4.3 工藝危險系數(shù)F3及火災、爆炸指數(shù)F&EI

        工藝裝置危險系數(shù)求取及火災爆炸指數(shù)計算見表3。

        表3 氧化器危險系數(shù)取值分析

        4.4 小結

        根據危險系數(shù)取值及火災爆炸指數(shù)計算,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的暴露區(qū)域半徑和暴露區(qū)域面積均較大,火災爆炸危險等級很大。

        5 改造措施

        根據《首批重點監(jiān)管的危險化工工藝安全控制要求、重點監(jiān)控參數(shù)及推薦的控制方案》要求,在原控制系統(tǒng)接入氧化溫度,能夠實現(xiàn)緊急停車、緊急斷料、遠程控制。

        (1)氧化器正路、旁路手動閥門更換為氣動調節(jié)閥,安裝電氣轉換裝置和調節(jié)裝置。

        (2)控制甲醇蒸發(fā)量。設定氧化溫度690℃,氧化溫度信號傳至智能調節(jié)儀(帶開關量的智能儀表即可實現(xiàn),如PN-3000智能PID調節(jié)器),通過繼電器斷開蒸溫控制點電動調節(jié)儀電源信號,現(xiàn)場氣動薄膜調節(jié)閥打開,升高蒸溫,增加甲醇蒸發(fā)量,降低氧醇比,降低氧溫。氧溫低于690℃后,恢復正常控制。

        (3)控制配料蒸汽。如上步操作氧化溫度沒有降至安全范圍,并繼續(xù)上升,可設定氧化溫度達到700℃,斷開配料蒸汽控制點電動調節(jié)儀電源信號,現(xiàn)場氣動薄膜調節(jié)閥打開,增加配料蒸汽,提高水醇比,降低氧溫。氧溫低于700℃后,電源接通恢復正??刂?。

        (4)緊急停車。如上述兩種方案均沒有控制氧化溫度下降,設定氧化溫度達到720℃,斷開控制鼓風機變頻器開關電源,停止鼓風機運行,同時打開旁通閥門,關閉氧化器進料閥門,系統(tǒng)停車。

        如遇停電或變頻器故障停機均可實現(xiàn)緊急停車。

        6 安全補償系數(shù)計算

        補充緊急停車和溫度聯(lián)鎖,可以降低裝置危險性,結合裝置原采取安全措施進行安全補償計算。

        根據道化學公司《火災、爆炸危險指數(shù)評價法》,對裝置安全措施選取補償系數(shù)C1、C2、C3,并按公式C= C1×C2×C3求出裝置補償系數(shù),見表4。

        表4 裝置安全措施補償系數(shù)計算

        d.聯(lián)鎖裝置 0.98 0.98物質隔離安全補償系數(shù)C2值 0.96 3.防火設施安全補償系數(shù) 補償系數(shù)范圍 補償系數(shù)a.泄漏檢測裝置 0.94~0.98 0.98 b.結構鋼 0.95~0.98 c.消防水供應系統(tǒng) 0.94~0.97 0.97 d.特殊滅火系統(tǒng) 0.91 e.灑水滅火系統(tǒng) 0.74~0.97 f.水幕 0.97~0.98 g.泡沫滅火裝置 0.92~0.97 h.手提式滅火器材/噴水槍 0.93~0.98 0.88 i.電纜防護 0.94~0.98 0.94防火設施安全補償系數(shù)C3值 0.79安全措施總補償系數(shù)C= C1×C2×C3 0.67補償火災、爆炸危險指數(shù)(F&EI)'= F&EI×C 85.49補償后危害系數(shù) 0.51暴露區(qū)域半徑(米) 21.89暴露區(qū)域面積(平方米) 1505.23補償火災、爆炸危險等級 較輕

        7 火災爆炸危險指數(shù)分析結果

        甲醇氧化器火災爆炸危險指數(shù)分析匯總見表5。

        表5 火災爆炸危險分析匯總表

        通過上述分析,氧化器火災爆炸危險等級為很大,在采取了安全補償措施后,其火災爆炸危險指數(shù)降低到了較輕的等級。

        8 結論

        通過對裝置原自動控制系統(tǒng)的評估,采用上述較為經濟合理的改造方案,可實現(xiàn)超溫或停電緊急停車、氧化反應器緊急自動斷料、氧化反應器進料閥門遠程控制,可以較大程度減低系統(tǒng)的危險程度。輔以其他安全措施及管理手段,能夠有效的減少、預防氧化反應工段出現(xiàn)火災爆炸、人員中毒窒息等安全事故。

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