王慶(中海油石化工程有限公司，山東 濟南 250101)

0 引言

環(huán)氧乙烷易燃、易爆、易自聚，依據(jù)其與人接觸的毒性危害指標被劃分為極度危害介質(zhì)(Ⅰ級)[1,2]，被國家安監(jiān)總局列入首批重點監(jiān)管的危險化學品名錄，在生產(chǎn)、儲存、運輸?shù)确矫鎽?yīng)予以極大的重視，不僅要嚴格遵守石油化工的設(shè)計標準和操作規(guī)程，還要根據(jù)其易聚合、易氣化、高溫分解、有毒、爆炸極限范圍寬等特殊危險性質(zhì)采取相應(yīng)的安全措施。

1 泵安全措施

由于環(huán)氧乙烷具有危險特性，其輸送泵的選擇至關(guān)重要。

1.1 泵的選型

基于環(huán)氧乙烷的危險特性，其輸送泵應(yīng)選用具有可靠機械密封性能的泵。規(guī)范中規(guī)定Ⅰ、Ⅱ級毒性液體的輸送泵應(yīng)選用屏蔽泵或磁力泵[3,4]。屏蔽泵因為其無動密封、完全無泄漏、無需潤滑液和密封液、結(jié)構(gòu)緊湊等特點，適用于易氣化的有毒有害危險物料的輸送。因此環(huán)氧乙烷推薦選用屏蔽泵。

1.2 泵溫度控制措施

環(huán)氧乙烷的沸點為10.7℃，極易氣化。環(huán)氧乙烷的儲存溫度為-6～0℃[5]，通常要求環(huán)氧乙烷以較低溫度泵送至生產(chǎn)裝置，溫度一旦高于沸點，介質(zhì)將氣化導致泵氣蝕。另外，環(huán)氧乙烷易自聚，酸、堿、氯化物、氧化物等催化劑的存在，以及高溫都會導致環(huán)氧乙烷聚合，放出大量熱量。若不采取有效措施降溫，聚合反應(yīng)會自動加速使環(huán)氧乙烷氣化并可能導致爆炸分解[1,6,7]。

因此，應(yīng)采取措施防止環(huán)氧乙烷泵溫度升高。應(yīng)采取以下措施：(1)選用逆循環(huán)性屏蔽泵，利用環(huán)氧乙烷介質(zhì)本身作為循環(huán)液為軸承、電機及泵內(nèi)部件進行冷卻、潤滑，防止泵體發(fā)熱[8]。循環(huán)液從葉輪排出，經(jīng)屏蔽套間隙、軸承和后蓋后，通過一根較小尺寸管線返回儲罐氣相空間。(2)環(huán)氧乙烷泵設(shè)置冷卻夾套，利用乙二醇冷凍液保證泵體溫度在0℃以下。(3)泵內(nèi)設(shè)置流體溫度檢測與軸承溫度檢測及報警、聯(lián)鎖控制。當軸承溫度達到15℃時聯(lián)鎖停泵，對泵體與連接管線進行降溫。(4)環(huán)氧乙烷泵設(shè)置噴淋裝置，并保證噴淋水量充足。當夏季氣溫較高時打開噴淋裝置為泵體進行噴淋冷卻。(5)采取措施防止泵空轉(zhuǎn)，避免電機功率轉(zhuǎn)換為熱能導致泵體與介質(zhì)溫度上升。

1.3 泵空轉(zhuǎn)

若泵發(fā)生空轉(zhuǎn)，泵軸承得不到液體冷卻與潤滑導致干磨，泵軸承、轉(zhuǎn)子部件、泵體迅速升溫，造成泵體損壞，另一方面，高溫引發(fā)泵內(nèi)液體聚合，強烈放熱，導致氣化及分解爆炸。防止泵空轉(zhuǎn)的安全措施主要有：(1)環(huán)氧乙烷儲罐設(shè)置液位聯(lián)鎖，當儲罐液位達到低低值時聯(lián)鎖停外輸泵，10s 后聯(lián)鎖關(guān)閉泵前后管線自控閥門。(2)泵出口管線設(shè)置流量檢測，當介質(zhì)流量達到泵允許的最小連續(xù)流量時聯(lián)鎖停泵。(3)泵出口外輸管線上設(shè)置回流管線，泵體始終有穩(wěn)定流量通過回流管線返回儲罐，保證泵的輸出功率。回流管線上閥門應(yīng)保證在執(zhí)行機構(gòu)故障時保持開啟狀態(tài)。(4)泵體設(shè)置空載保護器，設(shè)置最低保護電流，當泵流量降低至最小要求連續(xù)流量時自動停泵。

1.4 其他安全措施

環(huán)氧乙烷泵電機定子上設(shè)置壓力變送器以檢測泵體泄漏，避免屏蔽套泄漏后環(huán)氧乙烷進入定子內(nèi)部與空氣混合造成爆炸危險。環(huán)氧乙烷泵應(yīng)連續(xù)穩(wěn)定運行，長期停泵時應(yīng)用氮氣將泵與前后管道吹掃干凈[3]。

2 安全閥放空

為環(huán)氧乙烷儲罐設(shè)置超壓保護，在罐頂設(shè)置安全閥，并設(shè)置在線備用安全閥及泄放副線。由于環(huán)氧乙烷屬于極度危害介質(zhì)，應(yīng)選用全啟式波紋管安全閥。在安全閥前立管上串聯(lián)爆破片，在爆破片前和排出管線上設(shè)置充氮管線，連續(xù)吹掃安全閥前后管線防止環(huán)氧乙烷聚合阻塞泄放管路。當儲罐溫度異?；蚱渌?qū)е聝迚毫Φ皆O(shè)定壓力后安全閥起跳泄壓。

安全閥后泄放管線排出的環(huán)氧乙烷可能處于爆炸極限之內(nèi)，并且，環(huán)氧乙烷易聚合，可能堵塞排放系統(tǒng)管道，因此不能將其排入全廠性可燃性氣體排放系統(tǒng)或火炬系統(tǒng)，應(yīng)單獨處理。

結(jié)合多個工程項目研究可知，對于安全閥泄放氣體的處理方式存在以下兩種方案。

2.1 蒸汽吸收處理

將泄放氣體引至安全位置就地排放，并在排放管出口下方設(shè)置蒸汽管線。安全閥前管線設(shè)置壓力變送器，當變送器檢測到安全閥前管線壓力達到起跳壓力時，聯(lián)鎖打開蒸汽管線自動閥門，排放蒸汽吸收、吹散泄放環(huán)氧乙烷，利用環(huán)氧乙烷能與水任意比例互溶的性質(zhì)，使環(huán)氧乙烷濃度低于其爆炸極限。

優(yōu)點：(1)工藝簡單易于操作，可在事故發(fā)生后短時間內(nèi)完成處理；(2)可大幅降低環(huán)氧乙烷泄放氣體發(fā)生聚合的可能性，避免因環(huán)氧乙烷聚合堵塞管道而導致的事故，操作安全隱患低；(3)具有多個安全運行工程實例，可借鑒性高。缺點：(1)蒸汽吸收過程受環(huán)境影響較大，吸收效果不易控制；(2)安全閥起跳為低概率事件，但蒸汽需24h 備用，增加運行成本。

2.2 水洗塔處理

將泄放氣體通過管道密閉引至裝置區(qū)水洗塔用水噴淋吸收，將處理后的無毒害氣體經(jīng)塔頂阻火器后排至大氣，將處理后的廢水引至污水處理。

優(yōu)點：(1)將有毒介質(zhì)密閉處理，避免有毒可燃氣體直接排至大氣，滿足環(huán)保要求；(2)處理過程易于控制，處理效果更為徹底；(3)運行成本降低。缺點：(1)泄放管道中可能發(fā)生環(huán)氧乙烷氣體在泄放過程中聚合堵塞出口管道及水洗塔的事故，造成二次破壞；(2)安全閥至水洗塔間管線需進行保冷處理，管道費用增加；(3)安全閥泄放氣體處理量遠大于裝置區(qū)正常操作水洗塔的處理量，若為滿足泄放氣體的處理需將水洗塔規(guī)模變大，成本增加，且安全閥起跳為小概率事件，水洗塔設(shè)計不經(jīng)濟。

通過以上對比分析和運行實例的調(diào)研，綜合考慮后推薦使用方案一進行處理。

3 其他安全措施

3.1 氮封

環(huán)氧乙烷在空氣中的爆炸下限為3%，理論上無爆炸上限。環(huán)氧乙烷在氮氣、二氧化碳、甲烷、乙烷等氣體環(huán)境中爆炸下限顯著提高。工業(yè)生產(chǎn)中通常采用氮氣作為環(huán)氧乙烷儲存的保護氣體，環(huán)氧乙烷在氮氣中的爆炸下限為75%[9]。氮封壓力必須大于環(huán)氧乙烷在最高環(huán)境溫度下的飽和蒸汽壓且不得高于儲罐設(shè)計壓力[10,11]。氮氣壓力一般為0.07～0.35MPa，要求氮氣體積分數(shù)不低于99.9%，氮氣中的氧含量不得大于0.5%。

3.2 輸送管路

環(huán)氧乙烷儲罐液面以下不得有儀表開口，罐底出液口與第一道閥門間采用焊接連接，不留法蘭，且該閥門應(yīng)安裝在罐區(qū)防火堤外以減少泄漏的可能。管道中盡量采用焊接，少用法蘭，不得采用絲扣連接。環(huán)氧乙烷管線應(yīng)步步坡向儲罐，避免出現(xiàn)液袋死區(qū)，以防止介質(zhì)在其中聚合堵塞管道，若無法滿足步步低排液要求，應(yīng)設(shè)置低點密閉排凈，并配有氮氣吹掃[11]。支管連接處應(yīng)為最小連接。環(huán)氧乙烷在相鄰裝置之間管道輸送時，應(yīng)設(shè)置伴冷管，防止環(huán)氧乙烷升溫氣化。

當存在管道兩端切斷閥關(guān)閉造成封閉管段的情況時，管中介質(zhì)受環(huán)境溫度、陽光輻射會發(fā)生熱膨脹或氣化，兩切斷閥中間管線應(yīng)設(shè)置熱膨脹安全閥。

3.3 噴淋

環(huán)氧乙烷儲罐外應(yīng)設(shè)置水冷卻噴淋裝置，并保證充足的水源供應(yīng)。當夏季溫度較高，儲罐溫度檢測高報警時聯(lián)鎖開啟噴淋管線閥門，為罐體進行冷卻降溫。冷卻噴淋水量不低于0.18m3/m2[12]，噴頭壓力不低于0.2MPa。

3.4 聯(lián)鎖控制

儲罐設(shè)置液位聯(lián)鎖，液位達到高值時聯(lián)鎖停卸料泵，達到低低值時聯(lián)鎖停外輸泵，停泵延遲10s 后聯(lián)鎖關(guān)閉泵前后閥門。儲罐設(shè)置壓力檢測與分程調(diào)節(jié)，通過控制氮封管線及廢氣管線上的壓力調(diào)節(jié)閥維持罐內(nèi)壓力保持0.3MPa。設(shè)置換熱器為環(huán)氧乙烷儲罐進行外循環(huán)降溫，冷凍液為-12℃乙二醇水溶液。當儲罐溫度達到高報警值時，打開外循環(huán)流程，將罐內(nèi)液體泵送至換熱器管程將溫度降低至-5℃后進罐。管程出口管線設(shè)溫度檢測，聯(lián)鎖控制換熱器殼程出口管線上的溫度調(diào)節(jié)閥開度，通過控制冷凍液的流量使環(huán)氧乙烷溫度控制在合理范圍內(nèi)。氮封管線上設(shè)置壓差檢測與關(guān)斷系統(tǒng)，當?shù)獨夤?yīng)系統(tǒng)發(fā)生故障，供氮壓力下降至接進罐內(nèi)壓力時，聯(lián)鎖關(guān)閉氮氣管線上的關(guān)斷閥，防止罐內(nèi)混合氣體反竄至氮氣系統(tǒng)發(fā)生危險。泵溫度、流量聯(lián)鎖，儲罐安全閥蒸汽吹掃管線閥門聯(lián)鎖，儲罐噴淋閥門聯(lián)鎖在前文已經(jīng)詳述，在此不再贅述。

4 結(jié)語

環(huán)氧乙烷為極度危害介質(zhì)，應(yīng)根據(jù)其易聚合、易氣化、高溫分解、有毒、爆炸極限范圍寬等特殊危險性質(zhì)，在泵的控制、安全泄放、氮封保護、噴淋、聯(lián)鎖控制等方面應(yīng)重點關(guān)注并采取相應(yīng)的安全措施。