淺析1-[2(2-羥基乙氧基)乙基]哌嗪生產工藝安全技術措施

陳紅霞，李合青(河南鑫利安全技術服務有限責任公司，河南 安陽 455000)

0 引言

化工生產安全事故多數因為對物質危險性辨識不清、防控措施不到位引起的，參照GB 6441—86《企業職工傷亡事故分類》的分類方法[1]，綜合考慮起因物、引起事故的先發誘導性原因、致害物、傷害方式等，1-[2(2-羥基乙氧基)乙基]哌嗪工藝生產過程中易造成群死群傷的主要危險有害因素是火災、爆炸，發生概率較高的是化學灼傷，根據對該工藝涉及的物質危險性的辨識以及生產環節的風險分析，制定相應的安全管控技術措施，從而避免事故的發生。

1 工藝流程簡介

搪瓷反應釜中加入水、攪拌下開始投入哌嗪二鹽，升溫至溶解后加入哌嗪，加完后開啟蒸汽閥門，緩慢升溫到110～114 ℃，并保持上述溫度下滴加2-氯乙氧基乙醇，滴加結束，然后保溫反應，保溫結束開啟冷卻水降溫到55 ℃后開始減壓脫水，待溫度升到95 ℃，真空度大于-0.85 MPa時停止蒸餾，開啟冷卻水降溫到60 ℃時，1600 kg水分小于10%的甲醇，加完降溫，降溫結束后放料離心，濾餅裝袋，母液抽入到另一反應釜中，滴加液堿，調pH值至中性，滴加結束后常壓回收甲醇，溫度到100 ℃開始減壓蒸餾脫水，真空脫水結束，再次降溫到60 ℃后加入甲醇，加完后降溫，降溫結束后氯化鈉濾餅裝袋，濾液抽入到濃縮釜中，常壓回收甲醇，當溫度到95 ℃時開始減壓脫水到92 ℃時結束蒸餾，開啟高真空泵減壓蒸餾產品至接受罐，精餾結束進行包裝入庫。

該工藝涉及的主要反應方程式如下：

2 主要裝置(設備)和設施

1-[2(2-羥基乙氧基)乙基]哌嗪生產涉及的主要設備有搪瓷反應釜、甲醇儲罐、玻璃鋼液堿儲罐等。

3 生產過程中主要危險有害因素分析

1-[2(2-羥基乙氧基)乙基]哌嗪生產工藝主要包括取代反應、減壓脫水、離心、常壓回收甲醇、高真空精餾、中和反應。該工藝生產過程中涉及的原輔料的特性如下：

(1)原料哌嗪，閃點109.4 ℃，遇明火、高熱可燃。燃燒分解時，放出有毒的氮氧化物氣體。受熱分解放出有毒氣體。具有腐蝕性；

(2)原料2-氯乙氧基乙醇，液體，沸點75～76 ℃/667 Pa，閃點90 ℃；

(3)甲醇易燃，閃點(℃)：11，爆炸上限%(V/V)：44.0，爆炸下限%(V/V)：5.0，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴散到相當遠的地方，遇火源會著火回燃。

該工藝生產過程中涉及的危險化學品有原輔料哌嗪、甲醇(99.5%)、中間產物涉及的危險化學品有無水氯化氫(不出系統直接溶于水與氫氧化鈉反應生成氯化銨)，其中甲醇為重點監管的危險化學品，該工藝儲存場所的甲醇罐、液堿罐，生產車間的反應釜是其核心設備，其在反應釜存在的風險有如下幾個方面：

(1)投料不規范，引起反應釜中的物料爆炸。在生產操作環節，反應釜投料的過程中，無水哌嗪投料的多少、2-氯乙氧基乙醇、氫氧化鈉滴加的快慢等都有可能引起反應釜內的反應速率的變化，尤其是反應急速熱量的產生造成爆炸，另外反應釜溫度未降至工藝指標內，投放甲醇，造成易燃液體甲醇急速氣化，壓力升高從而造成爆炸事故；

(2)設備、管道泄漏引發的爆炸。在投料的過程中使用輸送泵往反應釜中輸送甲醇液體時，反應釜內容易產生壓力，易形成輸送管道的損壞，另外甲醇儲罐本體發生損壞，容易造成甲醇泄漏，如遇明火或靜電就會造成爆炸事故的發生；

搪瓷反應釜在夾套內設置加熱、冷卻管道，加熱、冷卻介質在夾套泄漏可能引起反應釜溫度無法及時控制，可能因冷熱不均，釜內物料急劇蒸發、汽化引起物理超壓，造成物理爆炸。另外甲醇泄漏于相對封閉的車間，遇靜電、明火等點火源造成二次爆炸，對作業人員、設備設施將造成災害性后果。

(3)反應釜內局部高溫容易造成爆炸。反應釜內的無水哌嗪投放過程中不均勻，2-氯乙氧基乙醇與局部的無水哌嗪快速反應引起反應釜內的溫度急速上升，水在短時間內沸騰，壓力急速上升造成超壓爆炸事故；

(4)化學灼傷。該工藝生產過程中涉及氯化氫的產生，氯化氫極易溶于反應釜中的水形成鹽酸，如果反應釜泄漏破裂，會造成人員灼傷事故，另外酸堿中和使用的液堿，如果液堿罐、輸送管線或閥門泄漏會造成液堿噴濺，也會造成人員灼傷事故，所以操作過程中一定要佩戴防酸堿手套、護目鏡，做好安全防護，防止灼傷事故的發生。

4 事故后果模擬

事故后果計算采用中國安全生產科學研究院開發的《重大危險源區域定量風險評價軟件V2.1》(CASST-QRA)對甲醇儲罐整體破裂池火災害模式進行事故后果模擬，根據模擬結果顯示的輕傷半徑范圍、死亡半徑范圍，確定甲醇儲罐的布局，滿足安全距離的要求，減少對外部造成的影響。

5 針對生產過程中存在的安全風險采取的安全技術措施

(1)1-[2(2-羥基乙氧基)乙基]哌嗪生產工藝涉及重點監管的危險工藝(烷基化反應)，根據HAZOP分析及安全功能評定、反應安全風險評估結果，確定是否設置安全儀表系統(SIS)及其安全危險性等級(SIL)，以提高系統的安全可靠性[2]；

(2)該工藝設計應由工程設計綜合資質或相應工程設計化工石化醫藥、石油天然氣(海洋石油)行業、專業甲級資質進行設計；

(3)因考慮到烷基化等反應可能造成超溫、超壓并引起火災爆炸，因而對反應過程設置溫度、壓力、攪拌速率的監測、報警，并設置自動遙控緊急切斷閥以切斷進料；

(4)將烷基化反應釜內溫度和壓力與釜內攪拌、烷基化物料流量、烷基化反應釜夾套冷卻水進水閥形成聯鎖關系，當烷基化反應釜內溫度超標或攪拌系統發生故障時自動停止加料并緊急停車；

(5)儲存甲醇的甲醇罐頂部可能存在空氣時，儲罐的進料管道從儲罐下部接入；若必須從上部接入，延伸至距儲罐底200 mm處，防止液流和空氣產生摩擦積聚靜電導致爆炸事故的發生；

(6)該工藝涉及的設備本體(不含襯里)及其基礎，管道(不含襯里)及其支、吊架和基礎，設備和管道的保溫層采用不燃材料；

(7)甲醇輸送泵不得采用皮帶傳動，在爆炸危險區域內其他轉動設備必須使用皮帶傳動時，采用防靜電傳動帶；

(8)開停工或檢修時可能有可燃液體甲醇泄漏、漫流的設備區周圍設置高度不低于150 mm的圍堰和導液設施；

(9)根據泄漏源的分布并結合保護范圍，設置可燃氣體檢測報警儀。在生產車間等存在可燃液體的作業場所設置通風系統，并應與可燃氣體檢測報警器聯鎖。除可燃氣體檢測報警信號送至有人值守中控室等進行顯示報警外，可燃氣體二級報警信號、可燃氣體檢測報警系統報警控制單元的故障信號送至消防控制室；

(10)該工藝涉及烷基化的反應釜應設置安全閥與爆破片，放空管應設置阻火器，且安全閥排放管口不得朝向鄰近設備或有人通過的地方，排放管口應高出8 m范圍內的平臺或建筑物頂3 m以上；

(11)在充分考慮該工藝涉及的烷基化反應的危險性，對涉及的反應設備如安全閥不能滿足要求時，安裝爆破片或導爆管，導爆管口必須朝向無火源的安全方向；必要時采取防止二次爆炸、火災的措施。

(12)在廠區較高位置設置風向標。因考慮到烷基化等反應可能發生嚴重的超溫、超壓事故，反應釜設置事故緊急排放設施，溫度、壓力無法控制時應能夠將設備內的物料排放至安全地點；

(13)甲醇儲罐高高低低液位報警信號的液位測量儀表采用單獨的液位連續測量儀表或液位開關，報警信號傳送至自動控制系統；

(14)根據爆炸危險環境的分區，對采用的防爆電氣的級別和組別以及防爆結構進行細化，配置相應防爆級別的通風系統和設備。

6 結語

1-[2(2-羥基乙氧基)乙基]哌嗪生產工藝屬于危險化工工藝，涉及的反應釜、甲醇儲罐是該工藝生產過程中最重要的設備，存在火災、爆炸的固有危險性較大，針對可能產生的各類事故，嚴格執行國家有關法律、法規和標準的規定，從項目選址滿足外部安全防護距離要求，設施、設備合理布局、生產過程控制采用具有較高的自動化水平等，采取多種安全有效可行的對策措施，在加強提高安全生產技術的基礎上，加強人的操控管理，落實企業安全生產主體責任，各類事故風險可以得到有效降低、避免和消除，實現本質安全化生產。