以环氧乙烷为原料的化工装置的管道专业设计要点分析
EO沸点低(10.6 ℃),一旦泄漏容易气化,由于其相对蒸汽密度大于空气,EO气体容易沿地扩散积聚在低洼处,与空气混合后达到爆炸极限。EO的爆炸极限范围非常广(3%~100%),遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。接触碱金属、氢氧化物或高活性催化剂如铁、锡和铝的无水氯化物及铁和铝的氧化物可大量放热,并可能引起爆炸。按照GB *****—2008(2021年版)《石油化工企业设计防火标准》及EO物性,可确定气态EO火灾危险性为甲类,液态EO火灾危险性为甲A,由此可见,其火灾爆炸危险性极高。
EO储罐与相邻建筑物、道路、泵区、装卸栈台等的距离应满足GB *****防火间距要求,布置在厂区边缘靠近装卸站并方便物流运输的安全地带,且位于明火及散发火花地点的全年最小频率风向的上风向。该项目EO储罐属于半冷冻式卧式储罐,其操作温度为10~17 ℃,操作压力为0.36 MPa(G)。该储罐设置了不高于0.6 m的防火堤,高度与其他类可燃液体储罐防火堤相比较低,如有少量EO泄漏有利于扩散。防火堤内布置了可燃气体探测仪,如有EO泄漏,将会触发可燃气体探测仪报警,便于及时发现,避免重大事故发生。由于EO蒸汽密度大于空气,防火堤内未设置雨水明沟,以防EO泄漏积聚在明沟内。防火堤内地坪坡向储罐外侧,防止泄漏的EO滞留在储罐附近。防火堤不同方位设置了两个斜梯,方便人员操作通行及紧急逃生。
该项目生产装置的原料EO及二甲胺火灾危险性均为甲A类,按照火灾危险性划分该装置应为甲类生产装置,其管道布置及设备布置均应至少满足GB *****防火间距要求,并位于明火及散发火花地点的全年最小频率风向的上风向。
该装置主要設备包含反应器、填料塔、再沸器、冷凝器、产品储罐及附属的机泵等设备。反应器底部设有循环泵及蒸汽发生器,进行物料循环,同时利用蒸汽发生器对反应放出的热量进行回收利用,泵与反应器之间管线尽量短。为了满足应力要求,泵的底部采用弹簧支撑,蒸汽发生器与反应器都支撑在二层结构钢梁上。蒸汽发生器两个设备鞍座采用不锈钢材质,鞍座下方铺设PTFE板以降低摩擦系数;两个鞍座都为滑动支座,以减小热胀对泵的推力,降低对泵管口应力影响,该设计既满足了工艺要求,也通过了应力计算。
管道专业在进行设备布置时,除了满足以上工艺要求外,还需考虑操作安全、布局经济合理、便于操作、方便施工及维修等因素。
管道布置通常需考虑以下原则:应符合有关规范标准、满足工艺要求,统筹规划、安全可靠、经济合理,满足操作维修及施工方便等方面的要求,并力求整齐美观,成组布置,便于支撑,改变走向,改变标高,满足柔性要求,不妨碍设备和仪表的操作和维修等。
环氧乙烷(简称“EO”)是乙烯工业衍生物中的重要化工产品,同时作为精细化工原料,可用于生产防冻剂、聚酯的原料乙二醇等多种精细化工产品,其下游产品也可用于生产表面活性剂、洗涤剂、乳化剂、抗冻剂、增塑剂等,可见其应用的广泛性。但环氧乙烷是易燃易爆易自聚、有毒的危险化学品,属于重点监管的危险化学品。
装置内2#塔为二甲胺回收塔,根据工艺需要,塔顶冷凝器和塔顶回流罐需要靠近塔顶布置,回流罐内液体依靠重力流返回系统。此外,4#塔为2-二甲氨基乙醇精馏塔,此塔为真空操作,根据工艺需要,塔顶冷凝器需要靠近塔顶布置。综合考虑,采用6层钢结构框架布置以满足工艺需求。由于框架长度超过了8 m,为满足安全逃生及操作要求,在两个不同方向设置两部斜梯。
该项目EO采用槽车运输,其卸车站布置在厂区边缘并避开办公楼中控室等人员集中场所,同时满足了方便运输、物流顺畅、运输路径短、与人员通道交叉少的要求。EO采用顶部卸车,卸车鹤管布置在平台上。平台上方加设遮阳棚,避免阳光长时间直射EO卸车管线。卸车站设计需业主提供槽车参数,包括车长、车宽、车顶平台高度及长宽、接口位置及形式。根据车长考虑回车场空间,卸车站平台需设置折叠梯用于人员通行至槽车顶部,平台高度应与槽车顶部平台高度相当,鹤管长度应根据槽车宽度及停车位置决定,鹤管接口应能满足槽车接口形式。卸车站平台应设置斜梯用于紧急逃生及日常操作。另外,紧急切断阀应布置在距装卸车鹤位10 m以外装卸管道并方便操作的位置,装卸车鹤位与集中布置的泵的距离不应小于10 m。EO卸车站布置如图2所示。
某化工项目以环氧乙烷和二甲胺为原料,经过胺基化反应生产2-二甲氨基乙醇,产品可用于生产聚氨脂催化剂、涂料、水处理絮凝剂和医药行业等。该项目涉及的原料二甲胺、环氧乙烷属于重点监管的危险化学品,其生产工艺属于安监总局公布的首批重点监管的危险化工工艺目录。由于EO的高毒性危害及火灾危险性,其管道多属于特种设备安全监察范围内的压力管道,因此管道设计的安全性尤为重要。本文将结合该项目,从工程公司管道专业角度阐述此类装置的管道设计要点。
EO是一种中枢神经抑制剂,有致癌性,能引起急性中毒及慢性中毒。依据危险化学品目录,EO的急性毒性为类别3*,标记“*”的类别,是指在有充分依据的条件下,该化学品可以采用更严格的类别(类别2)。因此,化工装置中EO属于高毒性危害物质。
该项目主要单元包含环氧乙烷卸车站及储罐、二甲胺储罐区、生产装置、生产装置专用冷却水塔、管廊。上下游装置示意图如图1所示。
考虑到EO的火灾危险性及高毒性危害,除上述原则外,其管道布置还需考虑以下方面:EO管线应架空或沿地敷设,不得埋地或布置在管沟内。禁止穿越工厂内危险区域及与其无关的建筑物。其跨越道路的管線上不应设置阀门及易泄漏的管道附件。如管廊上布置有氧气管道,氧气管道属于助燃介质,与EO管线平行布置时净距不应小于500 mm,交叉布置时净距不应小于250 mm。进出装置的EO管线、可燃气体和可燃液体管线在装置的边界处应设隔断阀和8字盲板,并应设置平台方便操作隔断阀。避免EO管线与高温管线布置在一起,最大程度上远离高温管线布置,以免造成EO管线温度升高引发自聚反应。避免EO管线与含有腐蚀性化学品的管线就近布置。管线应做到步步高或步步低,避免气袋和液袋。分支处阀门应距主管距离应做到最短,以减少管线死端。由于EO具有自聚性,EO管线末端都需考虑氮气吹扫管线,一旦EO管线停止运行,需立即清空管线,并使用氮气吹扫至尾气吸收塔进行尾气洗涤处理,绝不允许EO长期滞留在管线中。
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