环氧乙烷储罐工艺控制及安全设计

刘书华 广东寰球广业工程有限公司 广州 510655

环氧乙烷是一种易燃、易爆和易发生聚合反应的化学物质。主要用于制造乙二醇、表面活性剂、洗涤剂、增塑剂以及树脂等。环氧乙烷闪点＜－17.8℃ (开杯)，沸点10.4℃，在1个大气压条件下爆炸极限为3% ～100%(V)，危险程度为甲A类。环氧乙烷是一种强麻醉剂，能引起急性中毒及慢性中毒，属于高度危害化学介质。因此对环氧乙烷的储存和运输要求非常严格。本文主要介绍环氧乙烷储罐的工艺控制及安全设计。

1 工艺控制设计

1.1 设计条件

(1)环氧乙烷蒸气能与空气形成范围较广的爆炸性混合物，因此储罐需要氮气密封，且氮封中的氧含量不得大于0.5%。

(2)环氧乙烷温度高于40℃开始聚合，因此储罐操作温度范围为:－10～20℃，设计压力根据氮封系统压力确定。

(3)储罐的充装系数不大于0.79kg/l，确定储罐的容积与数量时，应当综合考虑生产要求、供应能力以及满足最大储存量与防火安全距离的要求，并且考虑当事故发生时，事故储罐内的物料能够导入其他储罐内，以便减少事故危险和物料的损失。

(4)为了确保环氧乙烷的低温储存，采用罐内设换热管的制冷方式，同时对罐内介质进行循环。

(5)罐体保冷材料采用发泡玻璃，厚度根据保冷要求确定。

(6)储罐上设置水冷却喷淋装置，保证有充足的水源提供。

(7)环氧乙烷接触碱金属、氢氧化物或高活性催化剂如铁、锡和铝的氧化物可大量放热，并可能发生爆炸。为避免环氧乙烷的聚合和污染，罐体材料优先采用不锈钢或不锈钢复合板，密封垫片采用聚四氟乙烯材料，禁止使用石棉、橡胶等材料。

1.2 压力控制

由于环氧乙烷沸点较低，常温下饱和蒸气压力较高 (在20℃时，环氧乙烷饱和蒸气压为145.91kPa)，工艺上采用低温压力加上氮封储存。为了减少环氧乙烷蒸汽的挥发和排放对环境造成的污染，环氧乙烷储罐设有氮气的加压保护，通过分程控制系统，使环氧乙烷储罐内的氮封压力维持在正常操作值范围内。当储罐内的压力过低时，调节阀PCV－A自动打开向罐内补氮;当罐内的压力过高时，调节阀PCV－B自动打开，少部分含有环氧乙烷的氮气通过压力控制阀排放到废气处理设施进行处理。

1.3 配套泵的设计

环氧乙烷储罐输送泵一般采用罐内介质循环和向生产车间供料共用同一输送泵的工艺。罐内介质循环的好处是防止环氧乙烷聚合物阻塞泵出、入口等管路。泵出口设置限流孔板，保证备用泵内的液体循环流动。由于环氧乙烷易气化，如环氧乙烷泵操作不当，会产生气蚀造成空转，使泵内温度升高，容易达到环氧乙烷的分解爆炸温度;如环氧乙烷泵的叶轮安装不正，会发生擦壁，也可能使温度升高至分解爆炸温度。为防止环氧乙烷泵的温度升高，设置防止泵憋压的联锁控制和轴承温升联锁控制，且环氧乙烷泵需要设置水喷淋保护。

1.4 主要工艺控制

主要工艺控制简图见图1。

图1 工艺控制流程图

此流程图仅为工艺控制简图，没有包括倒罐及备用泵系统。

2 安全设计

2.1 安全泄放系统

(1)环氧乙烷是极危险的物料，设计除提高环氧乙烷储罐的设计压力外，还在储罐上设置了安全泄放系统，保证环氧乙烷储存安全。针对环氧乙烷易聚合、高度危害、在工作过程中不允许有任何泄漏的特性，设计采用爆破片与安全阀串联使用的安全泄放系统，且安装互为备用的两套安全泄放系统。两套安全泄放系统的进口采用一套三通联锁装置，以确保在任何时候 (包括故障，维修，检修期间)都能满足储罐所要求的泄放面积。

(2)在安全泄放系统入口设置氮气吹扫装置，防止聚合物堵塞，保证安全泄压系统的可靠性。

(3)安全泄放系统出口排放的环氧乙烷气体有可能处于爆炸极限范围之内，因此不能将其与其他装置的放空系统或者火炬连通。而应通过独立设置的带有阻火器装置的管道高空排放至大气，以消除危险隐患。

2.2 联锁控制系统

(1)采用低温储存，降低环氧乙烷的分压。储罐上设置温度指示和高温报警，确保罐内温度稳定在储存低温范围内。

(2)罐上设置液位指示和高、低液位报警，设置高高液位联锁切断进料阀，低低液位联锁停泵。罐底设置紧急切断阀。

(3)氮封系统设置氮气压差联锁系统和双闭锁－排空系统 (即在氮气供应管道上安装两个快速启动的切断阀，并且在两切断阀之间设置一套带有快速启动切断阀的自动排空系统，且此三个切断阀与氮气上、下游管道内的压力差自动联锁)，从而避免罐内环氧乙烷气体倒流。

(4)环氧乙烷泵带有空载保护器，避免汽蚀的发生;环氧乙烷泵设置冷冻冷却夹套和泵流量显示报警以及低流量联锁功能，避免造成泵体发热和泵的空转。

3 操作注意事项

(1)环氧乙烷储罐进料前，储罐必须用氮气置换，置换用的氮气纯度不低于99.9%，分析合格后方可进环氧乙烷。

(2)环氧乙烷储罐上的采样点仅作为进环氧乙烷前氮气、氧含量的分析采样点。在厂区内不得对环氧乙烷进行采样。

(3)一旦环氧乙烷储罐发生泄漏，用24倍的水进行稀释，并将污水单独排到环氧乙烷事故收集池中。

(4)环氧乙烷泵应保持运行，避免管道内的物料长期停滞，一旦长时间不用，应该用氮气将管道吹扫干净。

4 结语

针对环氧乙烷的易燃、易爆、易发生聚合反应和高度危害的特殊性，环氧乙烷储罐的工艺控制和安全设计一定要安全可靠，防止事故的发生。本文介绍的环氧乙烷储罐工艺控制及安全设计已应用于装置生产，经4年多的运行，从未发生任何工艺及安全上的问题，证明此工艺控制及安全设计是安全可靠的。

1 国家质量技术监督局质技监锅字【2000】95号文关于加强环氧乙烷储运容器安全管理的通知.

2 陈丕尊.环氧乙烷贮罐区安全措施设计［J］.沈阳化工，2000，29(4).

3 周国泰主编.危险化学品安全技术全书［M］.北京:化学工业出版社，1997.

4 HG/T 20570.3－1995，爆破片的设置和选用［S］.