化工生产关键部位安全

　　化工装置中有很多关键部位，特别是高负荷的塔、槽、压力容器、反应釜、大功率机泵及经常开闭的阀门等，运行一定时间后，常会出现多发故障或集中发生故障的情况，对待多发故障事故，必须采取预防措施，加强设备及关键部位的监测和监护。

　　虽然化工生产过程差异很大，但所使用的设备类型基本相同。化工的物料多具有易燃、易爆、易中毒、有腐蚀性等特点，有些反应是在危险边缘（如爆炸极限）附近进行生产的，一旦温度或压力控制不好，或由于设备腐蚀严重、选材不良、及人为的误操作等因素，就有可能使物料泄漏，造成火灾爆炸事故及人员伤亡。

　　可能存在潜在危险的生产部位主要包括：

　　（1）在爆炸范围内或接近爆炸极限范围操作的部位；

　　（2）在高温或高压下操作或在冷冻的液态下操作的部位；

　　（3）产生大量反应热的操作部位；

　　（4）会发生自聚反应的操作部位；

　　（5）与水或其它物质会发生强烈反应或形成有毒、有腐蚀性的物质的部位；

　　（6）存在本质不稳定的化合物或中间体的部位；

　　（7）反应速度快，具有爆炸性的部位；

　　（8）操作中具有粉尘或雾滴爆炸的危险性的部位；

　　（9）生产中有极毒的物质产生的部位；

　　（10）操作中储存有大量的压缩能的部位；

　　（11）一旦泄漏就迅速扩散，遇明火等产生爆炸的部位；

　　（12）易燃、易爆物料和储存量大的部位。

　　化工生产关键部位的安全也即指对关键的设备的温度、压力、流量等的控制，防止设备超温、超压，对产生的异常情况及时处理的安全措施。

　　（1）反应设备

　　反应设备是进行化学反应过程的设备。它是提供反应物料进行化学反应的设备，而化学反应又往往是在有压力的情况下进行。（因为提高压力将有利于反应物料的合成与聚合等）在反应的同时还伴随有温度的变化，所以反应设备内通常还装设一些加热或冷却装置。

　　化工生产中的反应设备与工艺过程密切相关，其结构型式繁多。例如，PVC生产中的聚合釜、合成氨生产中的氨合成塔、电解工艺生产氢气、氯气的电解槽、裂解工艺制乙烯的裂解炉以及丙烯腈生产中的氧化的反应器等。反应釜、合成塔和流化床中的反应介质绝大多数是易燃易爆的气体或粉末状固体物料，因检修中未进行彻底置换、违章动火、物料性能不清、开车程序不严格、操作中超压、超温和泄漏而造成的爆炸事故极多。因泄漏严重、违章进入釜、塔等容器内作业造成的中毒事故也很多。

　　例如：在烃裂解制乙烯的工艺中，裂解反应通常可以划分为一次反应和二次反应，一次反应即由原料烃类经热裂解生成乙烯和丙烯等的反应。二次反应即是副反应。副反应产物焦和炭会堵塞管道及设备，影响裂解操作的稳定。裂解炉生产乙烯过程是大型、连续、各工序密切相关的生产过程。裂解炉的计算机控制方案是对反应温度、稀释蒸汽比、运转周期等进行控制。除了配备大量的工艺参数测温和报警联锁系统外，还必须设置有关的调节系统。其中包括原料油温度调节系统；总稀释蒸汽压力调节系统，总燃料压力调节系统；总燃料油压力调节系统；炉顶火嘴、侧壁火嘴用的燃料油与雾化蒸汽间压差调节系统；各组炉管进料流量调节系统，各组炉管稀释蒸汽注入流量调节系统；炉膛负压调节系统；裂解管出口温度调节系统等。

　　裂解炉主要由炉体和裂解管两大部分组成。裂解时的温度在800℃以上，裂解的原料为常压柴油和减压柴油或轻烃、石脑油等，配入一定比例的水蒸汽，在裂解炉内于0.2MPa～0.3MPa压力及800℃～850℃温度下进行裂解。裂解的反应速度为0.1s，烃类原料发生断键与脱烃，同时也发生缩合反应，生成包括乙烯、丙烯、甲烷、氢气在内的一系列裂解产物。裂解产物乙烯、丙烯、甲烷等大都为呈气态的易燃易爆物质。裂解操作温度远远超过反应产物的自燃点，一旦因炉管结焦过热烧穿或焊口开裂而发生泄漏，会立即发生自燃，如与空气混合达到爆炸浓度，遇明火会发生爆炸，而生产过程中就有加热炉明火。另外，燃料气含氧量超过3%，并带液进入炉膛会造成炉膛正压回火，使裂解炉停车，严重时会造成炉膛内发生爆炸。如果停水和水压不足，或因误操作气体压力大于水压而冷却失效，会造成处于高温下的裂解气烧坏设备，造成炉管过热烧穿，导致原料油大量泄漏引起火灾或爆炸。

　　因此，在操作中，应检查分析燃料气含氧量是否低于3%；检查燃料油的雾化蒸气压力是否正常，看反应温度是否严格按工艺指标进行控制；经常注意观察炉内火焰分布是否均匀，有无偏烧及炉管变形情况；当装置发生烃类气体泄漏时，应立即开启裂解炉的水幕和蒸汽幕进行保护，切断燃料使炉子熄火，同时切断原料停炉。

　　在氯乙烯聚合生产PVC的工艺过程中，其产品PVC为氯乙烯单体经聚合而成的自聚物，PVC悬浮聚合是先将去离子水加到聚合釜内，在搅拌下将聚合配方中的其它助剂如分散剂，缓冲剂等加入，然后加引发剂，密封聚合釜并抽空，必要时可以用氮气排除釜内空气使残留氧含量降至最低，最后加入单体，操作温度为30℃～60℃和压力0.3 MPa～1.0MPa，反应热由低温冷冻盐水移出。

　　如果控温控压不严，由于配料不准，引发剂过量或水比过低造成结块，容易造成聚合温度失控，压力骤升，安全阀起跳而使大量的氯乙烯处逸，产生暴聚排料。或者在聚合反应过程中突然停电、停水，反应放出的热量不能及时移去，也有引起暴聚导致聚合釜爆炸的危险。另外，此处易发生泄漏的动、静密封点渗多，一旦出现漏料，遇明火、静电或磨擦热，可引起着火或爆炸。

　　因此，应定期检查聚合釜轴封处及其它密封点；运行中严格控制反应温度、压力、搅拌器、冷却水系统运转情况，严防超温、超压。一旦发现温度异常升高，应加大冷却水量进行调节；若发现压力超标、失控，应迅速加入终止剂，将聚合反应终止。为保证不断电、不断水，应有备用电源和水源。

　　在乙烯和氯气生产二氯乙烷的工艺中，界区外来的氯气通过焦碳过滤器后与乙烯一起加入到直接氯化反应器内，溶解在EDC的母液中，乙烯和氯迅速发生反应转化成EDC。EDC的沸点为83.5℃，反应是在微高于EDC的沸点条件下进行，反应器的操作压力为0.015MPa（表压）、操作温度约为90℃。气化的EDC从反应器上部排出，并有一部分循环二氯乙烷母 液作为回流来移走反应热。

　　该反应器是整个装置最主要的设备，乙烯和氯气进行的反应是强放热反应，反应的工艺条件要求比较苛刻，如果反应温度升高，副产物就会相应增加，产品纯度降低。因此一定要控制好反应温度、进料比和进料速度，并保证原料的纯度，同时保证水、电、气等公用工程的供应。如果乙烯中含有杂质，如乙炔、油等杂质，油将与氯气剧烈反应，使反应失控，因此用确保乙烯的进料纯度；如果氯气中含有杂质，杂质是水，催化剂与水反应腐蚀设备，温度越高，腐蚀越严重，而且会导致系统停车，所以应确保氯气中水含量很低；如果进料不平衡，就可能发生失控反应，因此应监控进料比，确保乙烯微过量；如果反应器大量放热，就有可能导致大量的氯、二氯乙烷、乙烯释放，应确保反应器的压力释放系统能处理此事故；如果反应器破裂，同样将导致大量的氯、二氯乙烷、乙烯释放，所以也应控制进料量，并在装置处设围堰，防止泄漏的物料扩散；如果安全阀打开，氯气、二氯乙烷及乙烯可能被释放出来，应确保反应器的压力释放系统能处理；如果反应温度升高，将使乙烯溶解性差，副产物三氯乙烷增多，应对进料温度进行控制调节；如果反应压力升高，将破坏相平衡，可能发生失控反应，所以应有进料压力控制调节系统等措施。

　　化工生产中，最关键的部位即是反应设备，对反应设备及相连的管道等进行工艺控制，就是控制反应的温度、压力、进料比、投料次序及及控制反应物料的纯度、副反应等。其主要的注意事项如下：

　　① 控制原料配比、原料纯度及加入次序，防止由于配比不当及杂质含量过高导致反应失控及副反应的发生。

　　② 对需要有惰性气体保护的反应，应加入惰气保护，防止物料在爆炸极限内进行反应。

　　③ 对放热反应，需采用应夹套冷却或物料循环来移走反应热，防止设备超温。

　　④ 对需搅拌的反应，应有监视搅拌运行措施，如轴速、电动机电流等，防止搅拌中断，造成散热不良或局部反应剧烈而发生危险。

　　⑤ 保证水、电、气、风等公用工程的供给。

　　⑥ 对于压力反应设备，应有安全阀及其它泄压设施，注意监控反应压力，防止超压造成设备爆炸或物料泄漏而产生火灾爆炸事故。

　　⑦ 控制投料速度和数量，防止由于投料量过大或过快而使设备超温、超压，造成物料的突淋、冲料起火、爆炸。

　　⑧ 掌握反应原料、催化剂的化学特性。

　　（2）塔、槽类

　　塔类设备按内部结构特点划分为板式塔和填料塔两大类。在化工生产中，塔类设备也是非常普遍使用的设备，对塔类设备的控制也关系到生产的正常运行，如果控制不好，将出现泄漏、中毒、火灾或爆炸等事故。应对塔类设备注意以下问题：

　　① 控制好塔底液面、温度、压力及物料流速，防止液面超高而产生事故。例如在催化裂化装置生产中，当分馏塔底液面超高至油气线入口时，就会造成反应器憋压，若处理不当，会导致催化剂倒流的恶性事故。

　　② 注意塔底再沸器和塔顶回流操作。同样在催化裂化装置生产中，当分馏塔顶油气分离器液面超高，就会造成富气带液，损坏气压机。

　　③ 压力容器应有压力释放措施。真空塔类要防止空气进入而与物料形成爆炸性混合物，导致火灾爆炸。例如在丙烯酸生产中，丙烯酸提纯单元是在负压下操作，如果设备管线和阀门等连接处密封不良，空气漏入，则极为危险。

　　④ 防止物料对塔、槽等设备的腐蚀，经常检查设备。例如在催化裂化装置中，吸收稳定塔中的油气、汽油等物料易腐蚀设备而引起泄漏，造成火灾爆炸事故。

　　（3）换热器

　　列管式换热器是化工生产中应用最广的一种换热器，并且在生产中也经常采用换热器来对物料进行热交换，移走反应热能等。对换热器的安全问题应注意以下几点：

　　① 选用符合规定的材质，防止管束破裂。导致物料泄漏而产生意外事故，并防止泄漏的流体导致的设备腐蚀、变脆、及损坏问题（包括法兰、密封处）。在二氯乙烷生产中，二氯乙烷换热器的压力为0.015MPa，冷却水的压力为0.30MPa，一旦二氯乙烷换热器出现泄漏，水分就会进入到物料液体中，导致设备管道及反应器带水，使反应失控。据统计，换热器的事故率为60次/106h，管束、封头失效，管子胀口泄漏、腐蚀以及因换热器材料疲劳、零部件破坏等而引起的燃烧爆炸事故也时有发生。

　　在乙烯生产中，急冷换热器是裂解装置中的五大关键设备之一。换热器管内通过高温裂解气，入口温度约827℃，压力约110KPa（表压），在0.1S内将温度降到350℃～600℃，传热得人心强度高，管外走高压热水，温度约320℃，压力为8 MPa ～13MPa，管内外必须承受很大的温度差和压力差，因此其操作条件极为苛刻。

　　② 对有可能产生泄漏的换热器，应在物料或冷却水出口处进行取样分析。

　　③ 防止无冷却介质或换热器短路而使其他工艺单元超温。

　　（4）压缩机、泵类

　　化工生产中的动力设备主要为压缩机、离心泵。由于种种原因，压缩机转子不平衡就会引起叶轮飞裂、叶片断裂、转子损坏、轴承与轴瓦烧坏以及异常振动。泵轴烧坏断裂，轴承、轴瓦严重磨损，轴封严重泄漏及其它零部件损坏，泵电机烧坏而停产及由此而引起的燃烧爆炸、灼伤事故，是离心泵的常见事故。对压缩机、泵类在工艺生产中的安全注意事项如下：

　　① 检查压缩机负荷是否稳定，保证在稳定稳定区域内运行，防止压缩机发生喘振。例如在加氢裂化生产中，循环氢压缩机是装置的关键部位，它既为反应过程提供氢气，又为控制反应器温度提供冷氢。其运转速度高达8950r/min，一旦因故障停机，供氢中断，会造成反应器超温、超压而引起事故。

　　② 监视压缩机各段吸入罐的液位，以防止压缩机因高液位连锁停车，或因液面仪表失灵，气体带液进入压缩机，造成压缩机系统停车。同样在加氢裂化生产中，如果循环氢带液，也会导致压缩机失去平衡，产生振动，严重时会损坏设备，造成氢气泄漏，引起燃烧爆炸。在深冷分离过程中，也存在这样的问题，当反应塔液位升高，进入废气压缩机的深冷气体中就会含有液体，导致压缩机损坏及生产停车。

　　③ 检查压缩机油泵、轴位移、温度等连锁系统是否处于正常状态，对设备经常进行维护，防止因腐蚀、裂缝等原因而发生的物料泄漏事故。

　　④ 一般吸入压力不允许在负压下操作，以防止空气进入压缩机与介质形成混合性爆炸物。

　　⑤ 保证润滑油、密封油、冷却水系统供给正常。

　　⑥ 加强泵密封点的检查，防止泄漏。

　　⑦ 泵的选用应注意设计压力、温度，防止泵在使用中出现超温、超压。

　　⑧ 对关键的泵应采用一开一备方式。例如在二氯乙烷生产中，其中二氯乙烷泵处理的EDC流量大，一部分物料送至二氯乙烷精制单元，另一部分物料循环回反应器，起到为反应器提供冷却的作用。根据资料的统计，离心泵的事故率为300次/106h，因此一旦该泵出现故障，将引起反应器温度剧升，可能导致火灾爆炸事故。

　　（5）其他关键生产部位

　　在化工生产中，也需要用到其它生产设备，如离心机、汽轮机、废热锅炉、加热炉等。在这些部位也会发生一些事故，而导致生产停车等。例如离心机转鼓振动、机身振动和分离易燃易爆液体时发生的燃烧爆炸事故也时有发生；废热锅炉有炉管爆炸、炉体损坏、管束失效等事故模式；由于种种原因导致加热炉炉管泄漏、严重损坏、爆炸、炉嘴环隙堵塞和整个炉体爆炸是常见的生产事故；而汽轮机动叶片是汽轮机的最薄弱的环节。对于这些部位，在生产中应注意：

　　① 对于废热锅炉，应控制好水质，防止叶轮及流道结垢；检查汽包液面是否控制平稳，防止因过热蒸汽带液而发生水锤现象损坏设备，或产生干锅，导致爆炸事故。

　　② 对于加热炉，要控制好燃烧空气的流量及物料流量；防止可燃气体与空气同时进入燃烧室而发生爆炸；在燃料气系统中，应有防液体的保护措施。

　　③ 对于汽轮机、风机、电机等设备，应对重要的控制点如温度、压力、轴位移及润滑油系统的正常工艺条件执行情况进行检查，防止因各相关流量、温度、压力变化、调节系统失灵而发生的火灾和爆炸事故。