碳酸二甲酯生产装置主要危险因素分析

　　碳酸二甲酯是种用途广泛的有机合成原料，它的低毒性、良好的溶解性、高含氧量使其可以作为重要的化工原料、绿色有机溶剂和高辛烷值油品添加剂，井可替代某些剧毒的化工原料进行绿色工艺生产，近年来越来越受到重视。

　　本文主要对碳酸二甲酯生产装置所涉及到的危险化学品进行危险性分析，确定生产企业在其生产过程中的危险点和危险源。

　　一、工艺流程简介

　　1 CO2精制

　　CO2原料气经压缩机加压至0.8MPa后进入脱硫装置，除去其中所含的SO2，然后进入预处理系统除去原料气中所含的水分、微量高沸点烃类及有机物。净化后的气体回到压缩机二段入口继续加压至4.0MPa，冷凝后进入低温精馏系统，通过提纯塔得到纯度为99.99%的液体CO2产品。

　　2.碳酸丙烯酯合成

　　液体CO2经加热器汽化并加热后与原料环氧丙烷按一定比例进入第一反应器进行反应，反应第二阶段在第二反应器中完成，反应热由冷排移走。从第二反应器出来的粗品碳酸丙烯酯冷却后进入粗品罐，粗品靠真空进入蒸馏塔进行提纯，蒸馏塔底部的回收液循环使用，顶部蒸气冷凝后即为成品。丙碳成品由成品泵送至丙碳贮罐。

　　3.碳酸二甲酯的合成及精制

　　原料甲醇、碳酸丙烯酯和催化剂按一定比例混合计量后，进入反应精馏塔(T1)中进行反应。反应精馏塔下段为提馏段，中间段为反应段，上段为精馏段。T1塔顶馏分为碳酸二甲酯和甲醇共沸物，经冷凝器冷凝后，部分回流至反应精馏塔，另一部分送至加压精馏塔(T4)，在一定条件下进行精馏，T4塔釜为碳酸二甲酯粗品，再经碳酸二甲酯精馏塔(T6)精馏后，塔顶得产品纯度为99.5%的碳酸二甲酯产品；加压精馏塔(T4)塔顶主要为甲醇和碳酸二甲酯共沸物，经冷凝后进入常压精馏塔(T3)进行精馏，塔釜馏分甲醇一部分去精馏塔(T1)，另一部分作为原科甲醇返回系统。T3塔顶馏分为碳酸二甲酯和甲醇的共沸物，冷凝后送至加压精馏塔(T4)。反应精馏塔(T1)塔釜馏分丙二醇、甲醇，经泵送至甲醇回收塔(T2)，塔顶馏分冷凝后回到反应精馏塔(T1)塔釜，T2塔釜馏分经泵送至丙二醇精馏塔(T5)，进一步提纯1，2一丙二醇，副产品1，2-丙二醇送至罐区。

 

　　图1 碳酸二甲酯生产工艺流程圈

　　二、主要危险因素辨识分析

　　1.火灾爆炸危险性

　　(1)物料的火灾爆炸危性

　　装置生产所用原科、中间产品及产品多数属于可燃液体如环氧丙烷、甲醇、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯及丙二酵。在生产过程中物料温度高于其闪点，如果可燃液体从工艺设备、管线泄漏到空气中，遇明火则极易导致燃烧和爆炸事故。

　　①环氧丙烷

　　环氧丙烷属于第3.1类低闪点易燃液体，为甲类火灾危险性物质。遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险。与铁、锡、铅的无水氯化物，铁、铝的过氧化物以及碱金属氢氧化物等催化剂的活性表面接触能聚合放热，使容器破裂。遇氨水、氯磺酸、盐酸、氟化氢、硝酸、硫酸、发烟硫酸猛烈反应，有爆炸危险。环氧丙烷的危规号是31032，UN编号：1280。

　　②甲醇

　　甲醇属于第3.2类中闪点易燃液体，为甲类火灾危险性物质。易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物。遇明火、高热能引起燃饶爆炸。与氧化剂接触发生化学反应或引起燃烧。在火场中，受热的容器有爆炸危险。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引起回燃。甲醇的危规号为32058，UN编号：1230。

　　③二氧化碳

　　二氧化碳属于第2.2类不燃气体。危险特性：遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。原料二氧化碳以液体状态储存。危规号为22019，UN编号：1013。

　　④碳酸二甲酯

　　碳酸二甲酯属于第3.2类中闪点易燃液体，沸点为90~91℃，微溶于水，溶于有机溶剂，为甲类火灾危险性物质。易燃，遇明火、高热燃烧。在火场中，受热的容器有爆炸危险。危规号为32157，UN编号1161。

　　⑤丙二醇

　　丙二醇属于丙类火灾危险性物质。可燃，温度高于99℃时可能生成其蒸气与空气的爆炸混合物。与强氧化剂发生反应，引起着火和爆炸。

　　⑥碳酸丙烯酯(中间产品)

　　碳酸丙烯酯为可燃液体，属丙类火灾危险性物质。

　　⑦氨

　　氨制冷机组使用氨作为制冷剂。氨属于乙类火灾危险性物质。与空气混合能形成爆炸性混合物。遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应。若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。氨为第2.3类有毒气体，危规号为23003，UN编号：1005。

　　⑧导热油

　　导热油为可燃液体，属丙类火灾危险性物质。

　　⑨燃料气

　　燃料气是具有火灾爆炸危险性的甲类火灾危险性物质。

　　本装置的原料、产品多数具有易燃易爆性质。因此，从原料输送、生产到产品储存，火灾、爆炸是主要危险因素。物料火灾危险特性见表1。表1 物料火灾危险特性

 

　　(2)主要生产设备火灾危险性

　　①反应器及塔类设备

　　该装置碳酸丙烯酯的合成设备为第一反应器、第二反应器和蒸发器，碳酸二甲酯的生产设备为反应精馏塔、甲醇回收塔、常压精馏塔、加压精馏塔、丙二醇精馏塔、碳酸二甲酯精馏塔。

　　a.第一反应器

　　在第一反应器中，原料二氧化碳、环氧丙烷在8.5MPa、220℃下进行反应，生成碳酸丙烯酯。该反应器操作压力高，介质环氧丙烷易燃易爆，危险性大，为甲类火灾危险性物质，按《石油化工企业设计防火规范》(CB50160-92)的规定，第一反应器属于甲类火灾危险性设备。

　　b.第二反应器

　　在第二反应器中，少量未完全反应的物料进一步反应完全。反应器操作温度为180℃，操作压力为8.5MPa。由于环氧丙烷为甲类火灾危险性物质，按《石油化工企业设计防火规范》(GB50160-92)的规定，第二反应器属于甲类火灾危险性设备。

　　c.碳酸丙烯酯蒸馏塔

　　反应液从第二反应器出来冷却后，进入粗酯罐，粗品进入蒸馏塔中。蒸馏塔内操作温度为150℃，真空状态。碳酸丙烯酯为丙类火灾危险性物质，按《石油化工企业设计防火规范》(GB50160-92)的规定，碳酸丙烯酯蒸发器属于丙类火灾危险性设备。

　　d.反应精馏塔(T1)

　　在反应精馏塔中，碳酸丙烯酯与甲酵进行反应，反应温度塔底为75℃，塔顶为64℃，反应压力为常压。物料碳酸二甲酯、甲醇为甲类火灾危险性物质，按《石油化工企业设计防火规范》(GB50160-92)的规定，反应精馏塔属于甲类火灾危险性设备。

　　e.加压精馏塔(T4)

　　反应精馏塔塔顶馏分碳酸二甲酯与甲醇的共沸物经冷凝进入加压蒸馏塔加压分离。塔内塔底操作压力为1.0MPa，塔顶为1.1MPa，塔底操作温度为150℃，塔顶为110℃。物料碳酸二甲酯、甲醇为甲类火灾危险性物质，按《石油化工企业设计防火规范》(GB50160-92)的规定，加压精馏塔属于甲类火灾危险设备。

　　f.甲醇同收塔(T2)

　　T1塔釜馏分丙二醇、甲醇经泵送至甲醇回收塔中，塔内操作温度为86.7℃，常压分离。塔顶馏分为大部分回收的甲醇，甲醇为甲类火灾危险性物质，按《石油化工企业设计防火规范》(GB50160-92)的规定，甲醇回收塔属于甲类火灾危险设备。

　　g.碳酸二甲酯精馏塔(T6)

　　加压精馏塔塔釜所得的碳酸二甲酯粗品进入产品精制塔，塔底操作温度为100℃，塔顶为90℃，常压分离，从塔顶获得高纯度的产品碳酸二甲酯。碳酸二甲酯为甲类火灾危险性物质，按《石油化工企业设计防火规范)(GB50160-92)的规定，碳酸二甲酯精馏塔为甲类火灾危险性设备。

　　h.丙二醇精馏塔(T5)

　　T2塔釜馏分进入丙二醇精馏塔中进一步提纯丙二醇，经精馏后塔顶得到联产品丙二醇，丙二醇为丙类火灾危险性物质，按《石油化工企业设计防火规范)(GB50160-92)的规定，丙二醇精馏塔为丙类火灾危险性设备。

　　i.常压精馏塔(T3)

　　加压精馏塔塔顶得到的甲醇和碳酸二甲酯共沸物经冷凝后进入常压精馏塔，塔釜得到馏分甲醇，塔顶得到甲醇与碳酸二甲酯的共沸物。塔内操作温度为65℃，常压。因甲酵、碳酸二甲酯为甲类火灾危险性物质，故常压精馏塔为甲类火灾危险性设备。

　　②热交换设备

　　该工程各类热交换设备17台。根据热交换设备内的介质、操作压力和操作温度不同。其火灾危险性的大小亦不同，火灾危险性均在丙类以上。操作介质为甲醇、碳酸二甲酯的设备属于甲类火灾危险性设备。

　　③压缩机、机泵类设备

　　在45台(套)机泵中，水泵2台，真空泵5台，催化剂泵5台，二氧化碳泵4台，其余为环氧丙烷泵、甲醇泵、丙碳泵、丙二醇泵、碳酸二甲酯泵等，占泵类设备的64%。以环氧丙烷、碳酸二甲酯、甲醇等低闪点的物质输送泵的火灾、爆炸危险险性较大，属甲类火灾危险性设备。

　　④氨制冷机

　　氨制冷机内的介质氨为乙类火灾危险性设备，氨制冷机属于乙类火灾危险性设备。

　　⑤容器类设备

　　该装置设有各类中间罐、贮槽，如分离液罐、粗酯罐、环丙计量罐、回收液罐、塔釜缓冲罐、进料罐、中间产品罐、回流罐等，其中储存介质为碳酸二甲酯、甲醇、环氧丙烷的贮罐、贮槽为甲类火灾危险性设备；储存介质为丙二醇、碳酸丙烯酯的贮罐、贮槽为丙类火灾危险性设备。

　　⑥燃气导热油炉

　　DMC和PC装置的高温热媒采用220~240℃导热油。由于燃气炉是具有火灾爆炸危险性的设备，如果发生泄漏，则具有火灾爆炸危险性，同时具有中毒的危险性。燃气导热油炉属于甲类火灾爆炸危险性设备。

　　⑦压缩机

　　二氧化碳压缩机超压运行设备破裂，超温运行使机体转动件烧坏，以及设备泄漏会发生中毒甚至窒息。

　　⑧罐区储罐

　　该工程罐区设有原料及产品储罐13个，储罐名称及类型见表2。因罐体也是事故多发部位，存在一定的安全隐患；罐体变形过大则影响强度，腐蚀过薄甚至穿孔、焊缝开裂、密封损坏等因素都是安全生产的重大隐患；罐体防腐层局部受到损坏，个别地方腐蚀加剧，造成穿孔跑料或形成裂隙跑料；罐体保温层破坏，失去保温作用，同时在破坏处则容易进水，又可加快保温材料的溶解、粉化和老化；接闪器、引下线和接地装置，如发生断裂松脱，影响雷电通路，或土壤电阻增大：影响雷电流散，则可能在雷雨季节遭受雷击，引起着火爆炸事故；如果储罐的接地不好，则可能因雷电引起静电感应，形成火花根源。

　　表2 储罐名称及类型

 

　　⑨电气设备

　　任何电气方面的不安全因素往往会引发火灾爆炸事故，电气设备防爆性能是保证电气设备本质安全的最基本要求。

　　按照《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》(GB50058-92)爆炸危险区域划分的规定，装置生产框架区、罐区泵房、罐区、棚区、车间泵房所在区域应为2区爆炸危险场所。区域内电气设备与电缆敷设的防爆设计与施工应满足规定要求。

　　(3)生产装置火灾危险性

　　根据对装置生产所用物料的火灾爆炸危险性分析，在工艺生产过程中，物料大多为甲类火灾危险性物质，主要生产设备为甲类火灾危险性设备。当反应温度达到或超过其自燃点，或生产过程中出现跑冒滴漏现象，就有可能引发火灾事故。按照《建筑设计防火规范)(GB50016-2006)对生产的火灾危险性分类原则，碳酸二甲酯生产的火灾危险性属于甲类。

　　(4)装置区爆炸性气体环境分区

　　在生产过程中，一旦出现泄漏，就会在装置区作业环境的空气中形成爆炸性气体混合物。因此，装置区域内大部分属于爆炸危险环境。根据本装置爆炸性气体混合物出现的频繁程度和持续时间，按照《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》(GB50058-92)第2.2.1条对爆炸性气体环境分区划分的原则，装置生产框架区、罐区泵房、罐区、棚区、车间泵房所在区域应为2区，即在正常运行时不可能出现爆炸性气体混合物的环境，或即使出现也仅是短时存在的爆炸性气体混合物的环境，设计者应根据2区爆炸危硷环境进行电气防爆设计。

　　按照《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》(GB50058-92)第2.2.3条对爆炸性气体环境释放源分级的原则，生产过程中，产品灌装处为第一释放源。第二释放源存在于反应器、塔类设备的不严密处，原料、产品、燃料气输送管道的法兰、阀门、管道接头处，泵类设备的密封处，安全阀、排气孔、取样点及其他孔口处等。

　　2.电气伤害危险性

　　(1)电气伤害

　　电气伤害是电能作用于人体造成的伤害，电气伤害事故以触电伤害最为常见。该工程新建一个6kV变电所，内设6/0.4kV变压器1台，负责380V用电设备供电。6kV供电电源由总厂6kV高压配电室供给。车间内配电由配电室以放射方式向备用电点供电。用电负荷按2级考虑。电缆集中的地方采用电缆桥架，有爆炸危险的场所，现场不设启动设备，只装设防爆按钮。主要电气设备见表3。

　　表3 主要电气设备一览表

 

　　如果与生产装置配套的各种类型的配电柜、电气设备、电器开关，电缆桥架因接地、接零或屏护措施不完善，耐压强度低，耐腐蚀性差等原因，就会造成漏电和触电而导致伤人事故。由于化工企业生产具有高温、高压、易燃及易爆等特点，生产系统具有连续性而又相互制约，任何电气方面的事故往往会引起火灾爆炸事故，且发生事故影响面广，损失严重。因此，电气设备的防火防爆是实现电气本质安全，防止电气事故的根本。

　　(2)雷电伤害

　　装置区内生产设备布置集中，反应精馏塔、常压精馏塔、碳酸二甲酯精馏塔、丙二醇精馏塔等设备高度在30m以上，同时，装置区内有具有火灾爆炸危险性的换热器、储罐、中间罐等。按照《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94)规定的防雷分类标准，本装置区内建筑物应为第二类防雷建筑物。较高构筑物、生产设备在雷雨天存在着被直接雷击或感应雷击的危险。由于雷电具有电流很大、电压很高、冲出性很强的特点，不但可损坏生产设备和设施，造成大规模停电，而且会导致火灾和爆炸，造成人员生命和财产的损失。

　　(3)静电伤害

　　在装置区内静电伤害的危险性主要体现在静电是爆炸或火灾事故的引发源之一。在生产设备上，在物料输送管线中，在储罐内部都有产生静电电荷积累的可能。尤其在液体、气体等物料的输送管线，在注入、喷入和流出等过程中，容易产生静电火花引起爆炸和火灾。带静电的人体接近接地导体或其他导体时，以匣接地的人体接近带电的物体时，均可能产生放电火花，导致爆炸或火灾。另外，静电也可能给人以电击，造成操作人员紧张，妨碍生产，引发二次伤害事故。

　　3.高处坠藩

　　根据《高处作业分级》(GB3608-83)的规定，凡是坠落高度高于基准面2m以上(含2m)有可能坠落的高处进行的作业均称为高处作业。由于本装置中的塔类、换热设备、各类储罐以及各种阀门、管线或者立式安装、或者高位卧式安装，操作工人需要定时巡视检查，或者进行阀门变换操作，化验工也需要定时到各取样口取样，因此，需要上钢梯、走平台、跨越管线，处于高处作业状态，存在着离处坠落伤害的危险性。

　　4.机械伤害

　　本装置物料为流动性液体和气体，均采用管道输送，其原动力为压缩机及各种形式的泵、电动机。在泵与电动机的联轴器等传动装置处存在着机械伤害的危险，在运行中人体或人体的一部分一旦进入运行的机械部件内，则可能受到伤害。

　　三、结束语

　　通过危险因素分析，可以针对所找出的各种危险因素制定相应的防范措施，确保安全生产。