PTA主裝置潛在危險(xiǎn)因素分析-

1、收稿日期:2007212212:修回日期:2007212221。作者簡(jiǎn)介:徐坡(19772,男,內(nèi)蒙赤峰人,工程師,在讀碩士,從事化工化纖工程設(shè)計(jì)。PTA 主裝置潛在危險(xiǎn)因素分析徐坡,陸愈實(shí)(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢工程學(xué)院,湖北武漢430074摘要:通過(guò)對(duì)目前PT A 主裝置工藝流程的研究,分析出PT A 工藝中存在的潛在危險(xiǎn)因素即外部火災(zāi)、有毒易燃物體的泄放、設(shè)備內(nèi)部爆炸、蒸氣云爆炸、重金屬污染等,通過(guò)本質(zhì)化安全設(shè)計(jì),采取系統(tǒng)措施使?jié)撛谖ｋU(xiǎn)的發(fā)生概率降到最低。關(guān)鍵詞:PT A;潛在危險(xiǎn)因素;本質(zhì)化安全設(shè)計(jì)中圖分類(lèi)號(hào):T Q245.12文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):100828261(2008022*

2、0前言PT A 裝置作為大型的石油化工裝置,安全和環(huán)保是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程的主題。在PT A 生產(chǎn)過(guò)程中,由于一些易燃、易爆或有毒等物料存在,不可避免的存在一些潛在的危險(xiǎn),而污水和殘?jiān)绮唤?jīng)過(guò)處理對(duì)環(huán)境也存在危害。因此,在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中要徹底研究裝置發(fā)生事故的潛在危險(xiǎn)因素,系統(tǒng)地采取安全措施,采用問(wèn)題發(fā)現(xiàn)式的預(yù)測(cè)方法1,盡量降低一次危險(xiǎn)發(fā)生的概率,杜絕次生危險(xiǎn)的發(fā)生,嚴(yán)格貫徹“安全第一,預(yù)防為主”的方針。從而使裝置運(yùn)行達(dá)到平穩(wěn)安全的最佳效果。1工藝流程目前,大多數(shù)的PT A 裝置都是以對(duì)二甲苯(PX 為原料,乙酸為溶劑的液相空氣氧化生成粗對(duì)苯二甲酸(CT A ,CT A 經(jīng)加氫精制生成PT A 的工

3、藝方法。在氧化工段,原料對(duì)二甲苯與乙酸溶劑和催化劑溶液混合后送入氧化反應(yīng)器中,在約1.6MPa 和200的操作條件下,與經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)達(dá)到約1.8MPa 和160的空氣發(fā)生反應(yīng)生成CT A,在氧化反應(yīng)器中CT A 大部分結(jié)晶出來(lái)形成漿料。漿料在3個(gè)串聯(lián)的結(jié)晶器中降壓、降溫,析出粗對(duì)苯二甲酸產(chǎn)品。然后通過(guò)漿料泵連續(xù)送到帶有溶劑洗滌的真空過(guò)濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾,濾餅送入干燥機(jī)進(jìn)行干燥,除去其中的乙酸,干燥好的CT A 通過(guò)氣體輸送到加氫精制工段。過(guò)濾的母液大部分循環(huán)返回氧化反應(yīng)器,一小部分去催化劑回收。為了除去氧化反應(yīng)溶劑中的水、中間產(chǎn)品及殘?jiān)?經(jīng)過(guò)溶劑脫水、PX 回收、乙酸甲酯回收、共沸劑回收、殘?jiān)舭l(fā)等工

4、序,將乙酸溶劑中的水、中間產(chǎn)品及殘?jiān)蛛x除去,得到可以供裝置重復(fù)使用的95%乙酸。在精制工段將CT A 溶解于水中,在約8.7MPa 和285高溫、高壓下通過(guò)選擇性的加氫反應(yīng),主要雜質(zhì)42CBA 經(jīng)加氫反應(yīng)后生成PT 酸,PT 酸在水中的溶解度比PT A 高,經(jīng)過(guò)結(jié)晶、分離、干燥工序后,把CT A 產(chǎn)品中的雜質(zhì)除去,從而得到合格的PT A 產(chǎn)品。2主要的危險(xiǎn)化學(xué)物料及物性在PT A 生產(chǎn)過(guò)程中,大部分都是易燃易爆的化學(xué)物料,如原材料中的PX 、乙酸、氫氣、乙酸正丙酯,中間產(chǎn)品一氧化碳、乙酸甲酯、甲酸甲酯、甲烷、溴甲烷、苯、甲苯,產(chǎn)品的PT A 及粉末。還有腐蝕性物料堿液氫氧化鈉等。它們的主要物

5、性參數(shù)如表1所示。3PTA 主裝置中潛在的危險(xiǎn)因素3.1易燃物泄漏引發(fā)的外部火災(zāi)在氧化工段主要危險(xiǎn)物乙酸的溫度都高于它的閃點(diǎn),而且乙酸的使用量比較大,許多設(shè)備都是在高溫高壓下操作,并且在這個(gè)工段有許多大的容器、換熱器、洗滌塔以及大尺寸的工藝管道的法蘭連接點(diǎn),乙酸泄漏的危險(xiǎn)性較大。如果發(fā)生乙酸泄漏,因?yàn)闇囟雀哂陂W點(diǎn)很容易引發(fā)火災(zāi),另外這個(gè)區(qū)域還存在對(duì)二甲苯、乙酸正丙酯、乙酸甲酯和對(duì)苯二甲酸等一些易燃物,并與空氣形成易燃易爆的的混合物。氧化反應(yīng)和CT A 結(jié)晶區(qū)域是最大的潛在危險(xiǎn)區(qū)域。PX 一般從罐區(qū)直接打入氧化反應(yīng)器并迅速反應(yīng),但供料管線的泄露及積聚也有可能引發(fā)火災(zāi)。在溶劑脫水和共沸劑回收工段其

6、操作條件接近常溫常壓,但也有可能因共沸劑或乙酸甲酯的泄漏而引發(fā)火災(zāi)。第21卷第2期2008203聚酯工業(yè)Polyester I ndustryVol .21No .2Mar .2008表1PTA主裝置危險(xiǎn)性物料物性數(shù)據(jù)表Table1Physi ca l da t a of dangerous ma ter i a l i n PTA pl an t序號(hào)介質(zhì)危險(xiǎn)性類(lèi)別爆炸體積分?jǐn)?shù)/%下限上限閃點(diǎn)/自燃點(diǎn)/火險(xiǎn)等級(jí)狀態(tài)密度/(kgm-3在精制工段主要的火災(zāi)危險(xiǎn)是送入加氫反應(yīng)器的高壓氫氣和PT A粉末。氫氣系統(tǒng)的泄漏是潛在的火災(zāi)和爆炸危險(xiǎn),盡管這個(gè)系統(tǒng)的管線大多為焊接以盡量減少泄漏的可能性,但其操作

7、壓力較高,在個(gè)別的法蘭處也有可能發(fā)生泄漏而引發(fā)火災(zāi)或爆炸。干燥的CT A 和PT A粉末在塊狀時(shí)是易燃的,CT A和PT A的粉塵和空氣混合后是易燃易爆的。因此PT A料倉(cāng)和粉末輸送的區(qū)域是較特別的危險(xiǎn)區(qū)域。CT A母液儲(chǔ)罐中的母液(主要是乙酸因溫度接近或高于它的閃點(diǎn),如有泄漏可能發(fā)生火災(zāi)。由外部火災(zāi)而引發(fā)的潛在次生危險(xiǎn)是使主裝置的鋼結(jié)構(gòu)框架的承受能力下降,從而導(dǎo)致重大危險(xiǎn)事故的發(fā)生。所以一定要做好鋼結(jié)構(gòu)的防火防腐處理。3.2向大氣排放的有毒或易燃物在PT A裝置中存在有毒氣體釋放及可燃液體泄放的潛在危險(xiǎn),當(dāng)達(dá)到一定的比例時(shí)易使人員中毒、窒息或污染周?chē)沫h(huán)境。設(shè)備的損壞、在小的管道的三通處及大

8、的管道的開(kāi)孔處、墊片失效的連接處以及泵和攪拌器密封失效的地方都存在這種潛在的危險(xiǎn)。氧化工段因安全閥起跳而泄放的有危險(xiǎn)的物料都收集起來(lái)到安全閥洗滌塔洗滌,其凝液排放到專(zhuān)門(mén)的污水池,但是當(dāng)洗滌塔的噴淋水出現(xiàn)故障時(shí)洗滌塔的煙筒就存在排放有毒或易燃物質(zhì)的潛在危險(xiǎn)。容器上的液位計(jì)或與管道相關(guān)的聯(lián)鎖系統(tǒng)失效,進(jìn)出容器的控制閥門(mén)也失效,如果安全閥系統(tǒng)也失效,容器就會(huì)完全充滿并經(jīng)過(guò)氣相管線進(jìn)入其他設(shè)備或通過(guò)安全閥管線最后進(jìn)入污水池,從而向大氣中排放有毒或易燃物。尤其是氧化反應(yīng)器和CT A結(jié)晶器。母液儲(chǔ)罐如果發(fā)生溢流,就會(huì)排出高于閃點(diǎn)的乙酸到圍墻中。氧化反應(yīng)器中的漿料返流到壓縮空氣噴入管線,如果空氣壓縮機(jī)的連鎖

9、系統(tǒng)恰好失效從而把大多的有毒物料排到大氣中。另外,從氧化反應(yīng)器出來(lái)的蒸氣包含有低量氧的廢氣、乙酸和水蒸氣。這些蒸氣通過(guò)一系列的換熱器,蒸氣溫度降低到反應(yīng)壓力下的約40,通過(guò)這些換熱器冷凝了大部分的乙酸和水蒸氣,沒(méi)有冷凝下來(lái)的尾氣再通過(guò)高壓洗滌塔洗滌,然后部分去尾氣干燥系統(tǒng),其他通過(guò)尾氣處理排放到大氣中。但下列一些非正常的情況也可引起乙酸進(jìn)入尾氣系統(tǒng):氧化反應(yīng)器中充氣漿料完全充滿、第一、第二冷凝器的供給水中斷、反應(yīng)尾氣冷卻器的冷卻水中斷等情況。在PT A裝置中PX,乙酸,NP A,乙酸甲酯等進(jìn)入裝置的低排系統(tǒng)是很危險(xiǎn)的。PX、NP A和水不互溶形成一個(gè)移動(dòng)分層,易燃蒸氣位于上部。但是乙酸甲酯和水

10、部分互溶,甚至在混合時(shí)在自然溫度下形成一個(gè)易燃易爆的混合體。在含有這些物料的設(shè)備周?chē)鲈O(shè)圍堰,并把這些物料取樣點(diǎn)的排放收集起來(lái)進(jìn)行安全處理,而不能排放到排水系統(tǒng)中。一般來(lái)說(shuō),PT A裝置使用干燥的尾氣進(jìn)行氣體輸送、固體吹掃、吹洗。吸入低含氧量的并含有一氧化碳的尾氣或惰性氣體對(duì)人存在潛在的窒息和中毒的危險(xiǎn)。干燥的尾氣含有體積分?jǐn)?shù)為1.5%4%的含氧量。最大不超過(guò)6.5%。使用后的干燥尾氣經(jīng)過(guò)煙筒排放到大氣中。因此,在料倉(cāng)頂部及使用后尾氣放空點(diǎn)附近,一氧化碳的含量比正常準(zhǔn)許連續(xù)排放的濃度高很多。因此要保證這些地方一氧化碳的監(jiān)測(cè)器正常使用。3.3設(shè)備內(nèi)部爆炸在PT A裝置中像氧化反應(yīng)器、CT A第

11、一結(jié)晶器、CT A第二結(jié)晶器因含有大量的易燃或有毒的原61聚酯工業(yè)第21卷料,當(dāng)遇到外部火災(zāi)時(shí)其內(nèi)部壓力升高,當(dāng)容器無(wú)法承受時(shí)沸騰的液體變成蒸氣而發(fā)生爆炸危險(xiǎn)。另外,在氧化反應(yīng)器中,如果攪拌器和壓縮空氣分配的不合理,這樣在漿料局部就會(huì)發(fā)生燃燒或連續(xù)的小爆炸,從而導(dǎo)致氧化反應(yīng)器使用壽命的下降。3.4蒸氣云爆炸在氧化、結(jié)晶、分離、母液處理、溶劑回收、溶劑脫水及共沸劑回收區(qū)域,如泄漏微量乙酸、乙酸正丙酯、乙酸甲酯等危險(xiǎn)物在地溝或上部空間慢慢積聚,尤其是乙酸,溫度高于在大氣壓狀態(tài)下的沸點(diǎn),從而形成有非常大的致害性的蒸氣云,積聚到一定程度就會(huì)發(fā)生爆炸3。從目前世界上PT A 工廠的運(yùn)行情況來(lái)看,發(fā)生這種

12、危險(xiǎn)的概率較低,但是這種危險(xiǎn)是存在的。4本質(zhì)化安全設(shè)計(jì)4.1工藝上的設(shè)計(jì)在工藝上綜合考慮裝置的開(kāi)車(chē)、停車(chē)、正常操作及特殊、誤操作等工況,在關(guān)鍵的、有易燃易爆物料的設(shè)備上設(shè)置儀表連鎖系統(tǒng)、切斷閥門(mén)及報(bào)警系統(tǒng),并在壓力較高的設(shè)備及關(guān)鍵管線上設(shè)置安全閥和爆破片。在有些放空管道上設(shè)置噴淋洗滌塔或阻火器。在放空管上設(shè)充氮管線以防止爆炸性氣體混合物的形成。裝置中大部分采取密閉取樣系統(tǒng)。4.2裝置的總體設(shè)備布置根據(jù)工藝流程做好設(shè)備布置,并按爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范劃分出爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)域系統(tǒng)圖。裝置的大多數(shù)場(chǎng)所劃分為2區(qū),料倉(cāng)和回轉(zhuǎn)閥附近劃分為22區(qū),安全閥洗滌塔的污水池等有易燃、易爆物料泄漏可能

13、的劃分為1區(qū)。裝置內(nèi)各建筑物間設(shè)有消防通道和寬敞方便的道路,設(shè)備布置中充分考慮必要的操作空間、人員通道。有發(fā)生泄漏易燃物料的泵周?chē)O(shè)置圍堰,母液儲(chǔ)罐等化學(xué)品儲(chǔ)罐周?chē)O(shè)置圍墻,以防止危險(xiǎn)因素的蔓延。4.3大型設(shè)備的設(shè)計(jì)及選型根據(jù)工藝操作條件,做好大型關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計(jì)及選型,如氧化反應(yīng)器、加氫反應(yīng)器、結(jié)晶器、過(guò)濾機(jī)、干燥機(jī)及大的換熱器。從設(shè)計(jì)和選型上盡量消除設(shè)備本身的安全隱患,對(duì)于有腐蝕物料的設(shè)備采用鈦材、雙相鋼或鉿氏合金鋼等特殊材質(zhì),從而避免設(shè)備的腐蝕泄漏。4.4裝置的控制系統(tǒng)PT A 裝置采用集散型控制系統(tǒng),將生產(chǎn)操作所必要的工藝參數(shù)均集中于控制室內(nèi),實(shí)行工藝過(guò)程的監(jiān)測(cè)、控制、報(bào)警、管理。根據(jù)爆

14、炸和火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)域系統(tǒng)圖選擇防爆型電機(jī)及儀表元件,設(shè)置可燃及有毒氣體探測(cè)器,一旦易燃易爆氣體聚集達(dá)到一定程度或出現(xiàn)火災(zāi)征兆時(shí),及時(shí)自動(dòng)報(bào)警。另外,對(duì)氧化反應(yīng)器、加氫反應(yīng)器、結(jié)晶器、過(guò)濾機(jī)、干燥機(jī)及大的換熱器等關(guān)鍵設(shè)備周?chē)O(shè)置視頻監(jiān)視系統(tǒng),實(shí)時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控2。4.5消防安全系統(tǒng)建立完善的防火消防系統(tǒng),在容易發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域如氧化工段安裝能抑制煙氣的蒸汽噴淋系統(tǒng)或消防水噴淋系統(tǒng),對(duì)乙酸儲(chǔ)罐等設(shè)置固定泡沫滅火系統(tǒng)或移動(dòng)式泡沫滅火系統(tǒng),全廠敷設(shè)了消防環(huán)網(wǎng),并設(shè)置消防炮和消火栓。裝置內(nèi)危險(xiǎn)崗位設(shè)置緊急噴淋水和洗眼器,并備有必要的防護(hù)用品,同時(shí)也要備有應(yīng)急消防設(shè)施,如干粉滅火器、砂、二氧化碳滅火器等。參考文

15、獻(xiàn):1崔克清,張禮敬,陶剛1化工安全設(shè)計(jì)M 1北京:化學(xué)工業(yè)出版社,200412崔克清1化工單元運(yùn)行安全技術(shù)M 1北京:化學(xué)工業(yè)出版社,200613孟亦飛,蔣軍成1化工裝置火災(zāi)、爆炸、毒物擴(kuò)散危險(xiǎn)快速識(shí)別方法J 1中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào),2007,17(6:11021131Ana lysis of PTA ma i n pl an t poten ti a l dangerous factorsXU Po,LU Yu 2shi(W uhan Engineering I nstitute of China University of Geosciences,W uhan 430074,China Ab

16、stract:Thr ough the study of the p resent PT A main p lant technol ogical p r ocess,the potential danger ous fact ors in PT A p r ocess were analysed such as the outside fire,the discharge of pois onous and fla mmable material,the equi p 2ment inside exp l osi on,the vapor cl oud exp l osi on and heavy