環氧乙烷的儲存安全措施

王慶(中海油石化工程有限公司，山東 濟南 250101)

0 引言

環氧乙烷易燃、易爆、易自聚，依據其與人接觸的毒性危害指標被劃分為極度危害介質(Ⅰ級)[1,2]，被國家安監總局列入首批重點監管的危險化學品名錄，在生產、儲存、運輸等方面應予以極大的重視，不僅要嚴格遵守石油化工的設計標準和操作規程，還要根據其易聚合、易氣化、高溫分解、有毒、爆炸極限范圍寬等特殊危險性質采取相應的安全措施。

1 泵安全措施

由于環氧乙烷具有危險特性，其輸送泵的選擇至關重要。

1.1 泵的選型

基于環氧乙烷的危險特性，其輸送泵應選用具有可靠機械密封性能的泵。規范中規定Ⅰ、Ⅱ級毒性液體的輸送泵應選用屏蔽泵或磁力泵[3,4]。屏蔽泵因為其無動密封、完全無泄漏、無需潤滑液和密封液、結構緊湊等特點，適用于易氣化的有毒有害危險物料的輸送。因此環氧乙烷推薦選用屏蔽泵。

1.2 泵溫度控制措施

環氧乙烷的沸點為10.7℃，極易氣化。環氧乙烷的儲存溫度為-6～0℃[5]，通常要求環氧乙烷以較低溫度泵送至生產裝置，溫度一旦高于沸點，介質將氣化導致泵氣蝕。另外，環氧乙烷易自聚，酸、堿、氯化物、氧化物等催化劑的存在，以及高溫都會導致環氧乙烷聚合，放出大量熱量。若不采取有效措施降溫，聚合反應會自動加速使環氧乙烷氣化并可能導致爆炸分解[1,6,7]。

因此，應采取措施防止環氧乙烷泵溫度升高。應采取以下措施：(1)選用逆循環性屏蔽泵，利用環氧乙烷介質本身作為循環液為軸承、電機及泵內部件進行冷卻、潤滑，防止泵體發熱[8]。循環液從葉輪排出，經屏蔽套間隙、軸承和后蓋后，通過一根較小尺寸管線返回儲罐氣相空間。(2)環氧乙烷泵設置冷卻夾套，利用乙二醇冷凍液保證泵體溫度在0℃以下。(3)泵內設置流體溫度檢測與軸承溫度檢測及報警、聯鎖控制。當軸承溫度達到15℃時聯鎖停泵，對泵體與連接管線進行降溫。(4)環氧乙烷泵設置噴淋裝置，并保證噴淋水量充足。當夏季氣溫較高時打開噴淋裝置為泵體進行噴淋冷卻。(5)采取措施防止泵空轉，避免電機功率轉換為熱能導致泵體與介質溫度上升。

1.3 泵空轉

若泵發生空轉，泵軸承得不到液體冷卻與潤滑導致干磨，泵軸承、轉子部件、泵體迅速升溫，造成泵體損壞，另一方面，高溫引發泵內液體聚合，強烈放熱，導致氣化及分解爆炸。防止泵空轉的安全措施主要有：(1)環氧乙烷儲罐設置液位聯鎖，當儲罐液位達到低低值時聯鎖停外輸泵，10s 后聯鎖關閉泵前后管線自控閥門。(2)泵出口管線設置流量檢測，當介質流量達到泵允許的最小連續流量時聯鎖停泵。(3)泵出口外輸管線上設置回流管線，泵體始終有穩定流量通過回流管線返回儲罐，保證泵的輸出功率?；亓鞴芫€上閥門應保證在執行機構故障時保持開啟狀態。(4)泵體設置空載保護器，設置最低保護電流，當泵流量降低至最小要求連續流量時自動停泵。

1.4 其他安全措施

環氧乙烷泵電機定子上設置壓力變送器以檢測泵體泄漏，避免屏蔽套泄漏后環氧乙烷進入定子內部與空氣混合造成爆炸危險。環氧乙烷泵應連續穩定運行，長期停泵時應用氮氣將泵與前后管道吹掃干凈[3]。

2 安全閥放空

為環氧乙烷儲罐設置超壓保護，在罐頂設置安全閥，并設置在線備用安全閥及泄放副線。由于環氧乙烷屬于極度危害介質，應選用全啟式波紋管安全閥。在安全閥前立管上串聯爆破片，在爆破片前和排出管線上設置充氮管線，連續吹掃安全閥前后管線防止環氧乙烷聚合阻塞泄放管路。當儲罐溫度異?；蚱渌驅е聝迚毫Φ皆O定壓力后安全閥起跳泄壓。

安全閥后泄放管線排出的環氧乙烷可能處于爆炸極限之內，并且，環氧乙烷易聚合，可能堵塞排放系統管道，因此不能將其排入全廠性可燃性氣體排放系統或火炬系統，應單獨處理。

結合多個工程項目研究可知，對于安全閥泄放氣體的處理方式存在以下兩種方案。

2.1 蒸汽吸收處理

將泄放氣體引至安全位置就地排放，并在排放管出口下方設置蒸汽管線。安全閥前管線設置壓力變送器，當變送器檢測到安全閥前管線壓力達到起跳壓力時，聯鎖打開蒸汽管線自動閥門，排放蒸汽吸收、吹散泄放環氧乙烷，利用環氧乙烷能與水任意比例互溶的性質，使環氧乙烷濃度低于其爆炸極限。

優點：(1)工藝簡單易于操作，可在事故發生后短時間內完成處理；(2)可大幅降低環氧乙烷泄放氣體發生聚合的可能性，避免因環氧乙烷聚合堵塞管道而導致的事故，操作安全隱患低；(3)具有多個安全運行工程實例，可借鑒性高。缺點：(1)蒸汽吸收過程受環境影響較大，吸收效果不易控制；(2)安全閥起跳為低概率事件，但蒸汽需24h 備用，增加運行成本。

2.2 水洗塔處理

將泄放氣體通過管道密閉引至裝置區水洗塔用水噴淋吸收，將處理后的無毒害氣體經塔頂阻火器后排至大氣，將處理后的廢水引至污水處理。

優點：(1)將有毒介質密閉處理，避免有毒可燃氣體直接排至大氣，滿足環保要求；(2)處理過程易于控制，處理效果更為徹底；(3)運行成本降低。缺點：(1)泄放管道中可能發生環氧乙烷氣體在泄放過程中聚合堵塞出口管道及水洗塔的事故，造成二次破壞；(2)安全閥至水洗塔間管線需進行保冷處理，管道費用增加；(3)安全閥泄放氣體處理量遠大于裝置區正常操作水洗塔的處理量，若為滿足泄放氣體的處理需將水洗塔規模變大，成本增加，且安全閥起跳為小概率事件，水洗塔設計不經濟。

通過以上對比分析和運行實例的調研，綜合考慮后推薦使用方案一進行處理。

3 其他安全措施

3.1 氮封

環氧乙烷在空氣中的爆炸下限為3%，理論上無爆炸上限。環氧乙烷在氮氣、二氧化碳、甲烷、乙烷等氣體環境中爆炸下限顯著提高。工業生產中通常采用氮氣作為環氧乙烷儲存的保護氣體，環氧乙烷在氮氣中的爆炸下限為75%[9]。氮封壓力必須大于環氧乙烷在最高環境溫度下的飽和蒸汽壓且不得高于儲罐設計壓力[10,11]。氮氣壓力一般為0.07～0.35MPa，要求氮氣體積分數不低于99.9%，氮氣中的氧含量不得大于0.5%。

3.2 輸送管路

環氧乙烷儲罐液面以下不得有儀表開口，罐底出液口與第一道閥門間采用焊接連接，不留法蘭，且該閥門應安裝在罐區防火堤外以減少泄漏的可能。管道中盡量采用焊接，少用法蘭，不得采用絲扣連接。環氧乙烷管線應步步坡向儲罐，避免出現液袋死區，以防止介質在其中聚合堵塞管道，若無法滿足步步低排液要求，應設置低點密閉排凈，并配有氮氣吹掃[11]。支管連接處應為最小連接。環氧乙烷在相鄰裝置之間管道輸送時，應設置伴冷管，防止環氧乙烷升溫氣化。

當存在管道兩端切斷閥關閉造成封閉管段的情況時，管中介質受環境溫度、陽光輻射會發生熱膨脹或氣化，兩切斷閥中間管線應設置熱膨脹安全閥。

3.3 噴淋

環氧乙烷儲罐外應設置水冷卻噴淋裝置，并保證充足的水源供應。當夏季溫度較高，儲罐溫度檢測高報警時聯鎖開啟噴淋管線閥門，為罐體進行冷卻降溫。冷卻噴淋水量不低于0.18m3/m2[12]，噴頭壓力不低于0.2MPa。

3.4 聯鎖控制

儲罐設置液位聯鎖，液位達到高值時聯鎖停卸料泵，達到低低值時聯鎖停外輸泵，停泵延遲10s 后聯鎖關閉泵前后閥門。儲罐設置壓力檢測與分程調節，通過控制氮封管線及廢氣管線上的壓力調節閥維持罐內壓力保持0.3MPa。設置換熱器為環氧乙烷儲罐進行外循環降溫，冷凍液為-12℃乙二醇水溶液。當儲罐溫度達到高報警值時，打開外循環流程，將罐內液體泵送至換熱器管程將溫度降低至-5℃后進罐。管程出口管線設溫度檢測，聯鎖控制換熱器殼程出口管線上的溫度調節閥開度，通過控制冷凍液的流量使環氧乙烷溫度控制在合理范圍內。氮封管線上設置壓差檢測與關斷系統，當氮氣供應系統發生故障，供氮壓力下降至接進罐內壓力時，聯鎖關閉氮氣管線上的關斷閥，防止罐內混合氣體反竄至氮氣系統發生危險。泵溫度、流量聯鎖，儲罐安全閥蒸汽吹掃管線閥門聯鎖，儲罐噴淋閥門聯鎖在前文已經詳述，在此不再贅述。

4 結語

環氧乙烷為極度危害介質，應根據其易聚合、易氣化、高溫分解、有毒、爆炸極限范圍寬等特殊危險性質，在泵的控制、安全泄放、氮封保護、噴淋、聯鎖控制等方面應重點關注并采取相應的安全措施。