PTA主装置潜在危险因素分析-

1、收稿日期:2007212212:修回日期:2007212221。作者简介:徐坡(19772,男,内蒙赤峰人,工程师,在读硕士,从事化工化纤工程设计。PTA 主装置潜在危险因素分析徐坡,陆愈实(中国地质大学(武汉工程学院,湖北武汉430074摘要:通过对目前PT A 主装置工艺流程的研究,分析出PT A 工艺中存在的潜在危险因素即外部火灾、有毒易燃物体的泄放、设备内部爆炸、蒸气云爆炸、重金属污染等,通过本质化安全设计,采取系统措施使潜在危险的发生概率降到最低。关键词:PT A;潜在危险因素;本质化安全设计中图分类号:T Q245.12文献标识码:B 文章编号:100828261(2008022*

2、0前言PT A 装置作为大型的石油化工装置,安全和环保是设计、生产过程的主题。在PT A 生产过程中,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潜在的危险,而污水和残渣如不经过处理对环境也存在危害。因此,在设计和生产中要彻底研究装置发生事故的潜在危险因素,系统地采取安全措施,采用问题发现式的预测方法1,尽量降低一次危险发生的概率,杜绝次生危险的发生,严格贯彻“安全第一,预防为主”的方针。从而使装置运行达到平稳安全的最佳效果。1工艺流程目前,大多数的PT A 装置都是以对二甲苯(PX 为原料,乙酸为溶剂的液相空气氧化生成粗对苯二甲酸(CT A ,CT A 经加氢精制生成PT A 的工

3、艺方法。在氧化工段,原料对二甲苯与乙酸溶剂和催化剂溶液混合后送入氧化反应器中,在约1.6MPa 和200的操作条件下,与经过压缩机达到约1.8MPa 和160的空气发生反应生成CT A,在氧化反应器中CT A 大部分结晶出来形成浆料。浆料在3个串联的结晶器中降压、降温,析出粗对苯二甲酸产品。然后通过浆料泵连续送到带有溶剂洗涤的真空过滤机进行过滤,滤饼送入干燥机进行干燥,除去其中的乙酸,干燥好的CT A 通过气体输送到加氢精制工段。过滤的母液大部分循环返回氧化反应器,一小部分去催化剂回收。为了除去氧化反应溶剂中的水、中间产品及残渣,经过溶剂脱水、PX 回收、乙酸甲酯回收、共沸剂回收、残渣蒸发等工

4、序,将乙酸溶剂中的水、中间产品及残渣分离除去,得到可以供装置重复使用的95%乙酸。在精制工段将CT A 溶解于水中,在约8.7MPa 和285高温、高压下通过选择性的加氢反应,主要杂质42CBA 经加氢反应后生成PT 酸,PT 酸在水中的溶解度比PT A 高,经过结晶、分离、干燥工序后,把CT A 产品中的杂质除去,从而得到合格的PT A 产品。2主要的危险化学物料及物性在PT A 生产过程中,大部分都是易燃易爆的化学物料,如原材料中的PX 、乙酸、氢气、乙酸正丙酯,中间产品一氧化碳、乙酸甲酯、甲酸甲酯、甲烷、溴甲烷、苯、甲苯,产品的PT A 及粉末。还有腐蚀性物料碱液氢氧化钠等。它们的主要物

5、性参数如表1所示。3PTA 主装置中潜在的危险因素3.1易燃物泄漏引发的外部火灾在氧化工段主要危险物乙酸的温度都高于它的闪点,而且乙酸的使用量比较大,许多设备都是在高温高压下操作,并且在这个工段有许多大的容器、换热器、洗涤塔以及大尺寸的工艺管道的法兰连接点,乙酸泄漏的危险性较大。如果发生乙酸泄漏,因为温度高于闪点很容易引发火灾,另外这个区域还存在对二甲苯、乙酸正丙酯、乙酸甲酯和对苯二甲酸等一些易燃物,并与空气形成易燃易爆的的混合物。氧化反应和CT A 结晶区域是最大的潜在危险区域。PX 一般从罐区直接打入氧化反应器并迅速反应,但供料管线的泄露及积聚也有可能引发火灾。在溶剂脱水和共沸剂回收工段其

6、操作条件接近常温常压,但也有可能因共沸剂或乙酸甲酯的泄漏而引发火灾。第21卷第2期2008203聚酯工业Polyester I ndustryVol .21No .2Mar .2008表1PTA主装置危险性物料物性数据表Table1Physi ca l da t a of dangerous ma ter i a l i n PTA pl an t序号介质危险性类别爆炸体积分数/%下限上限闪点/自燃点/火险等级状态密度/(kgm-3在精制工段主要的火灾危险是送入加氢反应器的高压氢气和PT A粉末。氢气系统的泄漏是潜在的火灾和爆炸危险,尽管这个系统的管线大多为焊接以尽量减少泄漏的可能性,但其操作

7、压力较高,在个别的法兰处也有可能发生泄漏而引发火灾或爆炸。干燥的CT A 和PT A粉末在块状时是易燃的,CT A和PT A的粉尘和空气混合后是易燃易爆的。因此PT A料仓和粉末输送的区域是较特别的危险区域。CT A母液储罐中的母液(主要是乙酸因温度接近或高于它的闪点,如有泄漏可能发生火灾。由外部火灾而引发的潜在次生危险是使主装置的钢结构框架的承受能力下降,从而导致重大危险事故的发生。所以一定要做好钢结构的防火防腐处理。3.2向大气排放的有毒或易燃物在PT A装置中存在有毒气体释放及可燃液体泄放的潜在危险,当达到一定的比例时易使人员中毒、窒息或污染周围的环境。设备的损坏、在小的管道的三通处及大

8、的管道的开孔处、垫片失效的连接处以及泵和搅拌器密封失效的地方都存在这种潜在的危险。氧化工段因安全阀起跳而泄放的有危险的物料都收集起来到安全阀洗涤塔洗涤,其凝液排放到专门的污水池,但是当洗涤塔的喷淋水出现故障时洗涤塔的烟筒就存在排放有毒或易燃物质的潜在危险。容器上的液位计或与管道相关的联锁系统失效,进出容器的控制阀门也失效,如果安全阀系统也失效,容器就会完全充满并经过气相管线进入其他设备或通过安全阀管线最后进入污水池,从而向大气中排放有毒或易燃物。尤其是氧化反应器和CT A结晶器。母液储罐如果发生溢流,就会排出高于闪点的乙酸到围墙中。氧化反应器中的浆料返流到压缩空气喷入管线,如果空气压缩机的连锁

9、系统恰好失效从而把大多的有毒物料排到大气中。另外,从氧化反应器出来的蒸气包含有低量氧的废气、乙酸和水蒸气。这些蒸气通过一系列的换热器,蒸气温度降低到反应压力下的约40,通过这些换热器冷凝了大部分的乙酸和水蒸气,没有冷凝下来的尾气再通过高压洗涤塔洗涤,然后部分去尾气干燥系统,其他通过尾气处理排放到大气中。但下列一些非正常的情况也可引起乙酸进入尾气系统:氧化反应器中充气浆料完全充满、第一、第二冷凝器的供给水中断、反应尾气冷却器的冷却水中断等情况。在PT A装置中PX,乙酸,NP A,乙酸甲酯等进入装置的低排系统是很危险的。PX、NP A和水不互溶形成一个移动分层,易燃蒸气位于上部。但是乙酸甲酯和水

10、部分互溶,甚至在混合时在自然温度下形成一个易燃易爆的混合体。在含有这些物料的设备周围要增设围堰,并把这些物料取样点的排放收集起来进行安全处理,而不能排放到排水系统中。一般来说,PT A装置使用干燥的尾气进行气体输送、固体吹扫、吹洗。吸入低含氧量的并含有一氧化碳的尾气或惰性气体对人存在潜在的窒息和中毒的危险。干燥的尾气含有体积分数为1.5%4%的含氧量。最大不超过6.5%。使用后的干燥尾气经过烟筒排放到大气中。因此,在料仓顶部及使用后尾气放空点附近,一氧化碳的含量比正常准许连续排放的浓度高很多。因此要保证这些地方一氧化碳的监测器正常使用。3.3设备内部爆炸在PT A装置中像氧化反应器、CT A第

11、一结晶器、CT A第二结晶器因含有大量的易燃或有毒的原61聚酯工业第21卷料,当遇到外部火灾时其内部压力升高,当容器无法承受时沸腾的液体变成蒸气而发生爆炸危险。另外,在氧化反应器中,如果搅拌器和压缩空气分配的不合理,这样在浆料局部就会发生燃烧或连续的小爆炸,从而导致氧化反应器使用寿命的下降。3.4蒸气云爆炸在氧化、结晶、分离、母液处理、溶剂回收、溶剂脱水及共沸剂回收区域,如泄漏微量乙酸、乙酸正丙酯、乙酸甲酯等危险物在地沟或上部空间慢慢积聚,尤其是乙酸,温度高于在大气压状态下的沸点,从而形成有非常大的致害性的蒸气云,积聚到一定程度就会发生爆炸3。从目前世界上PT A 工厂的运行情况来看,发生这种

12、危险的概率较低,但是这种危险是存在的。4本质化安全设计4.1工艺上的设计在工艺上综合考虑装置的开车、停车、正常操作及特殊、误操作等工况,在关键的、有易燃易爆物料的设备上设置仪表连锁系统、切断阀门及报警系统,并在压力较高的设备及关键管线上设置安全阀和爆破片。在有些放空管道上设置喷淋洗涤塔或阻火器。在放空管上设充氮管线以防止爆炸性气体混合物的形成。装置中大部分采取密闭取样系统。4.2装置的总体设备布置根据工艺流程做好设备布置,并按爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范划分出爆炸和火灾危险区域系统图。装置的大多数场所划分为2区,料仓和回转阀附近划分为22区,安全阀洗涤塔的污水池等有易燃、易爆物料泄漏可能

13、的划分为1区。装置内各建筑物间设有消防通道和宽敞方便的道路,设备布置中充分考虑必要的操作空间、人员通道。有发生泄漏易燃物料的泵周围设置围堰,母液储罐等化学品储罐周围设置围墙,以防止危险因素的蔓延。4.3大型设备的设计及选型根据工艺操作条件,做好大型关键设备的设计及选型,如氧化反应器、加氢反应器、结晶器、过滤机、干燥机及大的换热器。从设计和选型上尽量消除设备本身的安全隐患,对于有腐蚀物料的设备采用钛材、双相钢或铪氏合金钢等特殊材质,从而避免设备的腐蚀泄漏。4.4装置的控制系统PT A 装置采用集散型控制系统,将生产操作所必要的工艺参数均集中于控制室内,实行工艺过程的监测、控制、报警、管理。根据爆

14、炸和火灾危险区域系统图选择防爆型电机及仪表元件,设置可燃及有毒气体探测器,一旦易燃易爆气体聚集达到一定程度或出现火灾征兆时,及时自动报警。另外,对氧化反应器、加氢反应器、结晶器、过滤机、干燥机及大的换热器等关键设备周围设置视频监视系统,实时对现场进行监控2。4.5消防安全系统建立完善的防火消防系统,在容易发生火灾的区域如氧化工段安装能抑制烟气的蒸汽喷淋系统或消防水喷淋系统,对乙酸储罐等设置固定泡沫灭火系统或移动式泡沫灭火系统,全厂敷设了消防环网,并设置消防炮和消火栓。装置内危险岗位设置紧急喷淋水和洗眼器,并备有必要的防护用品,同时也要备有应急消防设施,如干粉灭火器、砂、二氧化碳灭火器等。参考文

15、献:1崔克清,张礼敬,陶刚1化工安全设计M 1北京:化学工业出版社,200412崔克清1化工单元运行安全技术M 1北京:化学工业出版社,200613孟亦飞,蒋军成1化工装置火灾、爆炸、毒物扩散危险快速识别方法J 1中国安全科学学报,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