石化工藝安全技術(shù)研究日趨深入

□

隨著集團公司自主創(chuàng)新能力的不斷提升，各種新工藝、新技術(shù)和新產(chǎn)品不斷投入生產(chǎn)。但是，新的工藝缺乏成熟的安全控制技術(shù)，使得裝置的事故風(fēng)險較高。

事故多發(fā)，工藝安全技術(shù)研究迫在眉睫

2003年11月，滄州石化發(fā)生了二甲硫醚裝置爆炸事故；2005年1月，東方化工廠發(fā)生事故；2006年3月，巴陵石化發(fā)生了過氧化氫分解事故；2007年1月，巴陵石化發(fā)生了氨肟化爆炸事故。以上事故的發(fā)生，根本原因在于對新工藝和新技術(shù)的關(guān)鍵危險因素認識不足，未充分掌握危險反應(yīng)的致災(zāi)機理及其影響因素，導(dǎo)致在工藝條件發(fā)生異常波動的情況下，采取的安全控制手段和措施不到位。

系統(tǒng)化工藝安全技術(shù)的缺失在一定程度上導(dǎo)致高技術(shù)背景下的危險頻頻出現(xiàn)，影響了企業(yè)創(chuàng)新能力的提高，甚至在一定程度上影響了產(chǎn)業(yè)升級和發(fā)展的步伐。因此，生產(chǎn)過程對工藝安全技術(shù)的需求也越來越迫切。如何保障石化產(chǎn)業(yè)高端產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)和大型成套技術(shù)裝備研發(fā)過程的本質(zhì)安全性，在促進各類技術(shù)進步的同時又能滿足安全生產(chǎn)的要求，成為目前急需解決的一個難題。

中國石化安全工程研究院利用多年來開展化學(xué)品危害性研究積累的經(jīng)驗，開始了對石油化工行業(yè)本質(zhì)安全技術(shù)的研發(fā)，以期為高危化工裝置提供事故預(yù)防控制理論和安全技術(shù)支持，保障企業(yè)生產(chǎn)裝置的安全穩(wěn)定運行。

穩(wěn)扎穩(wěn)打，工藝安全研究手段日趨完備

工藝安全技術(shù)研究旨在通過工藝過程的危險性分析與研究，對工藝流程各環(huán)節(jié)的危害特性進行量化研究和表征，為安全控制、設(shè)備選型和安全設(shè)施設(shè)計提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，降低危險化工工藝的運行風(fēng)險。

在工藝研發(fā)過程中開展工藝危險性研究，為安全設(shè)施設(shè)計和制定控制方案提供技術(shù)支撐，已經(jīng)成為國外大公司的通用做法。因此，工藝研發(fā)過程、技術(shù)升級改造過程以及現(xiàn)役裝置安全狀態(tài)評估均需要有工藝安全技術(shù)的支持。

然而，由于國內(nèi)化工生產(chǎn)裝置以前主要依托國外引進技術(shù)，裝置的安全設(shè)施和安全控制技術(shù)也一并引入了國內(nèi)。大量的技術(shù)引進使國內(nèi)的工藝安全技術(shù)研發(fā)水平發(fā)展緩慢，幾乎沒有什么可以借鑒的經(jīng)驗。

面對國內(nèi)的工藝安全研發(fā)形勢，安工院以氨肟化工藝安全條件研究為契機，在充實科研裝備的同時，一方面大量查閱和總結(jié)國外工藝安全技術(shù)方面的文獻資料，汲取同行們已經(jīng)取得的專業(yè)經(jīng)驗；另一方面，研究人員帶著問題一次次深入企業(yè)，與工藝、操作、儀表、控制等方面的專家充分交流，尋求解決工藝安全問題的切入點。幾年下來，安工院在三個方面完善了工藝安全研究手段。

一是化學(xué)反應(yīng)危害特征研究。通過反應(yīng)危險性評估、氣相燃爆特性及安全控制、物質(zhì)穩(wěn)定性評估三個方面的手段，對化工裝置的主反應(yīng)、副反應(yīng)和潛在反應(yīng)特征和危害后果進行研究。

二是工藝過程模擬和操作危險性研究。利用環(huán)己酮、己內(nèi)酰胺、環(huán)氧丙烷等典型工藝的模擬裝置等對工藝過程進行實驗?zāi)M，研究生產(chǎn)條件和工藝條件波動、誤操作以及異常狀態(tài)時，工藝過程的壓力和溫度變化特征、氣相組成變化、液相產(chǎn)物及其危險性的變化情況，研究制定安全控制措施。

三是安全泄放能力評估。物料分解、燃燒和爆炸事故均能導(dǎo)致設(shè)備超壓，良好的安全泄放設(shè)計可將超壓產(chǎn)生的“多余”的能量或物料及時泄放出去，防止壓力設(shè)備發(fā)生不可承受的超壓破壞，引發(fā)重大事故。利用VSP量熱儀、絕熱杜瓦容器和模擬裝置研究安全泄放的物料組成、流量變化、流動形式，可以為安全閥、爆破片、泄放管線直徑的設(shè)計提供基礎(chǔ)參數(shù)。

具備了這三個方面的研究手段，工藝安全技術(shù)方面的學(xué)科建設(shè)已初具規(guī)模，安工院闖出了一條服務(wù)石化裝置安全生產(chǎn)的新路。

牛刀小試，工藝安全技術(shù)研究初顯成果

自2007年全面開展新工藝的安全性研究以來，安工院已經(jīng)為石油化工科學(xué)研究院、上海石油化工研究院、巴陵分公司、石家莊煉化分公司等8家企業(yè)的10余套化工新工藝提供了工藝安全條件研究和技術(shù)服務(wù)。

氨肟化工藝為國際領(lǐng)先的自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)，技術(shù)水平和產(chǎn)品均具有與國際大公司競爭的能力，但安全問題一直未得到有效解決。2007年1月，安工院聯(lián)合巴陵石化、石科院組建課題組，研究工藝條件、催化劑失活、過氧化氫異常過量的情況下，氮氣、笑氣和氨氣組成變化對反應(yīng)釜安全性的影響，據(jù)此制定了氣相氧含量和笑氣含量的報警和聯(lián)鎖指標，為氨肟化裝置的安全穩(wěn)定運行提供了關(guān)鍵支撐。

巴陵分公司環(huán)己酮事業(yè)部環(huán)己酮裝置為了實現(xiàn)低成本擴張，研究開發(fā)了30%的富氧空氣氧化制環(huán)己酮的新工藝。安工院從氣液相反應(yīng)危險性及其形成燃燒爆炸性的條件、液相產(chǎn)物穩(wěn)定性、氣相燃燒爆炸性等方面進行研究，評估了整套工藝的安全性，為氧化釜的安全控制提供了臨界指標建議值，所提出的安全操作建議已經(jīng)得到現(xiàn)場應(yīng)用，為該工藝的工業(yè)化生產(chǎn)奠定了安全基礎(chǔ)。

溶解氧和溶解氮的實驗和計算方法的建立有效解決了10萬噸/年脫臭裝置的安全問題。含環(huán)己烷氫源的安全條件研究，為氫資源的綜合利用提供了安全技術(shù)保障，也為石化裝置工藝變更時如何進行系統(tǒng)危險性評估提供了借鑒方法。通過對反應(yīng)熱、放熱速率、安全泄放面積、三氧化硫等問題的研究，系統(tǒng)評估了苯法制己內(nèi)酰胺工藝重排裝置的安全性，為該工藝的設(shè)計和投入使用奠定了安全技術(shù)基礎(chǔ)。

在進行新工藝安全性研究的同時，安工院還對現(xiàn)役化工裝置的安全狀態(tài)進行了調(diào)研。部分化工裝置雖然平穩(wěn)運行了十幾年或幾十年，但由于對影響裝置安全運行的關(guān)鍵因素及其量化控制指標認識不清，對裝置普遍缺少工藝條件下的危險特性參數(shù)分析。

過氧化氫裝置是典型的危險化工工藝，幾乎所有的生產(chǎn)企業(yè)都發(fā)生過不同程度的爆炸事故。安工院研究人員對整個工藝流程的危險性進行了系統(tǒng)研究，解釋了氧化液受槽發(fā)生閃爆的原因，提出了在氧含量小于8%的貧氧空氣建立開車大循環(huán)才能避免出現(xiàn)燃爆事故的建議措施，顛覆了行業(yè)內(nèi)存在多年的不安全做法。針對酸性工作液受槽、過氧化氫儲罐等設(shè)備中過氧化氫分解放熱可能造成的危害，研究得到了過氧化氫儲罐及酸性工作液受槽的放空口面積，提出了酸性工作液受槽、過氧化氫儲罐的報警溫度建議。對含環(huán)己烷氫氣用于氫化塔氫源的安全性進行了研究，提出了工作液中環(huán)己烷的安全控制臨界濃度建議。一系列工藝安全問題的解決，為過氧化氫的重大火災(zāi)爆炸事故預(yù)防和控制奠定了穩(wěn)定的安全技術(shù)基礎(chǔ)。

安工院還針對苯胺裝置的硝基苯精餾工序安全問題開展了專題研究，對天然氣部分氧化制乙炔裝置的乙炔壓力敏感性、高級炔烴的安全處置方案進行了研究，對乙酸乙烯產(chǎn)品聚合影響因素開展了實驗研究，為現(xiàn)役化工裝置關(guān)鍵安全問題的解決提供了技術(shù)支持。

2008年，在總部有關(guān)部門的領(lǐng)導(dǎo)和支持下，安工院聯(lián)合巴陵分公司、石家莊煉化分公司、川維廠和石科院等多家單位，成立了化工過程安全技術(shù)合作委員會，旨在關(guān)注安全技術(shù)進步和化工企業(yè)的實際需求，致力于化工過程的安全技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用，積極服務(wù)于總部重點攻關(guān)項目和企業(yè)重點發(fā)展項目，促進化工板塊的新技術(shù)成長和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

隨著研究的日趨深入以及裝置應(yīng)用經(jīng)驗的逐漸積累，工藝安全支撐技術(shù)將在化工裝置的安全穩(wěn)定運行中發(fā)揮越來越大的作用，最終實現(xiàn)本質(zhì)安全。