加氫反應(yīng)的化工安全設(shè)計探討

加氫反應(yīng)的化工安全設(shè)計探討

加氫反應(yīng)是石油化工、精細(xì)化工和醫(yī)藥化工生產(chǎn)過程中常見的化學(xué)單元反應(yīng)，它是指有機(jī)化合物在一定溫度、壓力和催化劑的作用下，與氫氣的反應(yīng)。工業(yè)上主要的加氫反應(yīng)類型主要有：不飽和鍵加氫、氫解、含氧化合物加氫、含氮化合物加氫、芳環(huán)化合物加氫、油品加氫等。加氫反應(yīng)為強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，大部分是在高溫、高壓條件下進(jìn)行，具有反應(yīng)溫度高、壓力大、放熱量大、升溫快等特點。

氫氣是無色無味無毒氣體，與空氣混合可以形成爆炸性混合物，其爆炸極限為4.1%～74.1%，爆炸極限極寬，具有高燃爆危險特性。氫氣比空氣輕，在使用過程中漏氣上升滯留屋頂不易排出，而引起爆炸。鋼材在高溫高壓下與氫氣接觸，發(fā)生氫脆，容易導(dǎo)致反應(yīng)釜泄漏，發(fā)生事故；此外，加氫反應(yīng)的催化劑大部分為鈀炭，其遇空氣易燃，因此在催化劑再生、活化過程以及尾氣放空過程易引起爆炸。

綜上所述，加氫反應(yīng)原料及生產(chǎn)過程中具有燃爆危險性。所以在加氫反應(yīng)化工設(shè)計過程中必須采取有效安全控制措施。

1 加氫反應(yīng)操作單元設(shè)置要求

氫氣進(jìn)料系統(tǒng)：應(yīng)設(shè)置流量計、壓力表、阻火器、開關(guān)閥、止回閥、氮氣吹掃、安全閥以及泄放系統(tǒng)。

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安全泄放系統(tǒng)：應(yīng)設(shè)置緊急泄放閥、安全閥、爆破片以及事故應(yīng)急接受槽。

儀表系統(tǒng)：應(yīng)設(shè)置雙套溫度計和壓力表，氫氣進(jìn)料應(yīng)設(shè)置流量計。

冷卻系統(tǒng)：加氫反應(yīng)釜夾套或者內(nèi)盤管應(yīng)接入冷媒，冷媒管道上設(shè)置開關(guān)閥（或調(diào)節(jié)閥）。

其他系統(tǒng)：安全設(shè)施，包括安全閥、爆破片及緊急切斷裝置等。加氫反應(yīng)釜應(yīng)接入氮氣管道并接放空管道。

2 加氫反應(yīng)裝置控制要求

加氫反應(yīng)重點監(jiān)控工藝參數(shù)包括反應(yīng)釜內(nèi)溫度、壓力；反應(yīng)釜內(nèi)氧含量；氫氣進(jìn)料流量；反應(yīng)釜攪拌速率；反應(yīng)尾氣組成等。

加氫反應(yīng)安全控制的基本要求包括反應(yīng)釜內(nèi)溫度和壓力的報警和聯(lián)鎖；氫氣進(jìn)料流速控制和聯(lián)鎖系統(tǒng)；緊急放空、安全閥、爆破片等安全設(shè)施；緊急冷卻系統(tǒng)；攪拌的穩(wěn)定控制系統(tǒng)；氫氣檢測報警裝置等。

加氫反應(yīng)工藝應(yīng)采用的控制方法如下：將反應(yīng)釜內(nèi)溫度、壓力、攪拌電流與氫氣進(jìn)料流量、反應(yīng)釜夾套和內(nèi)盤管冷媒進(jìn)口閥、反應(yīng)釜夾套和內(nèi)盤管熱媒進(jìn)口閥形成聯(lián)鎖關(guān)系，設(shè)立緊急停車系統(tǒng)。加入急冷氮氣或氫氣的系統(tǒng)。當(dāng)加氫反應(yīng)釜內(nèi)溫度或壓力超標(biāo)或攪拌系統(tǒng)發(fā)生故障時自動停止加氫，泄壓，并進(jìn)入緊急狀態(tài)。加氫反應(yīng)釜具體自控方式：加氫反應(yīng)釜超溫或超壓報警，關(guān)閉氫氣進(jìn)料開關(guān)閥，關(guān)閉反應(yīng)釜夾套和內(nèi)盤管熱媒進(jìn)出口管道開關(guān)閥，打開反應(yīng)釜夾套和內(nèi)盤管冷媒進(jìn)出口管道開關(guān)閥，開安全泄放閥。加氫反應(yīng)釜攪拌電機(jī)電流發(fā)生異常，關(guān)閉氫氣進(jìn)料開關(guān)閥，如必要則開緊急泄放閥，關(guān)閉反應(yīng)釜夾套和內(nèi)盤管熱媒進(jìn)出口管道開關(guān)閥，打開反應(yīng)釜夾套和內(nèi)盤管冷媒進(jìn)出口管道開關(guān)閥。

3 加氫反應(yīng)裝置設(shè)備材質(zhì)的選擇

根據(jù)加氫反應(yīng)物料特性、使用條件和壽命的要求，從設(shè)備工作條件下材料的物理性能、力學(xué)性能和耐腐蝕性能等方面考慮選用安全可靠的設(shè)備材質(zhì)，同時兼顧材料價格、來源及供應(yīng)等情況。設(shè)備材質(zhì)可選用高Cr鋼和Cr-Ni不銹鋼，嚴(yán)禁使用黃銅材料。

4 加氫反應(yīng)工藝設(shè)計中應(yīng)注意的其他問題

（1）加氫反應(yīng)的廠房應(yīng)按照甲類建筑物要求設(shè)計，控制室、機(jī)柜間、變配電所、化驗室、辦公室等人員密集區(qū)不得與加氫反應(yīng)布置在同一建筑物內(nèi)。加氫反應(yīng)有爆炸危險的房間或者部位應(yīng)設(shè)置泄壓設(shè)施；泄壓設(shè)施宜采用非燃燒體輕質(zhì)屋面板、輕質(zhì)墻體和易于泄壓的門、窗等。泄壓面積應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》。泄壓設(shè)施的設(shè)置宜靠近有爆炸危險的部位，并應(yīng)避開人員密集場所和主要交通道路。地面采用不發(fā)火花材料，防止鐵器掉落地面時產(chǎn)生火花而引起事故。

因為氫氣比空氣輕，所以加氫反應(yīng)的房間的上部空間，應(yīng)通風(fēng)良好；頂棚內(nèi)表面應(yīng)平整，避免死角，防止氫氣積聚。可采用頂梁上翻的結(jié)構(gòu)形式。加氫反應(yīng)釜的上方應(yīng)設(shè)置可燃?xì)怏w檢測、報警裝置。當(dāng)發(fā)生氫氣大量泄漏或積聚時，應(yīng)立即切斷氣源，進(jìn)行通風(fēng)，不得進(jìn)行可能發(fā)生火花的一切操作。

（2）因為加氫反應(yīng)大部分采用鈀炭類固體催化劑，在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生液泛，催化劑堵塞安全閥孔喉，導(dǎo)致安全閥失效或者起跳后無法完好回座，所以加氫反應(yīng)釜安全閥前建議串聯(lián)爆破片。泄放管道應(yīng)接至事故應(yīng)急接受槽，避免出現(xiàn)二次爆炸或污染；事故應(yīng)急接受槽的容積不小于加氫反應(yīng)釜的容積。含氫尾氣的放空管，在管口處應(yīng)設(shè)阻火器，防止回火，并引至室外，管口應(yīng)高出屋脊2 m。

因為氫氣的燃爆性和催化劑的自燃性，加氫反應(yīng)系統(tǒng)使用前應(yīng)進(jìn)行吹掃置換，可采用氮氣轉(zhuǎn)換法，并應(yīng)在加氫反應(yīng)釜上安裝氧含量分析儀；其放空系統(tǒng)和催化劑活化、再生系統(tǒng)均應(yīng)設(shè)氮封保護(hù)，避免與空氣接觸。

（3）氫氣管道的管材應(yīng)采用無縫鋼管，禁止采用鑄鐵管道，管道的連接除與設(shè)備、法蘭的連接可采用法蘭連接外，均應(yīng)采用焊接。氫氣管道、閥門、聯(lián)接件等不應(yīng)選用與介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的黃銅材料。要加強(qiáng)對設(shè)備的檢查，定期更換管道、設(shè)備，防止氫脆造成事故。管道法蘭、閥門等連接處，應(yīng)采用金屬線跨界，防止靜電積聚。氫氣管道不得穿過與其無關(guān)的建筑物。加氫反應(yīng)相關(guān)電氣設(shè)備防爆等級應(yīng)滿足《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》的要求，其防爆等級應(yīng)為CT4。

5 結(jié)語

加氫反應(yīng)屬于國家安全監(jiān)督總局重點監(jiān)管的危險化工工藝，其反應(yīng)過程具有較大危險性。應(yīng)從加氫反應(yīng)操作單元設(shè)置要求，加氫反應(yīng)裝置控制要求，加氫反應(yīng)裝置設(shè)備材質(zhì)的選擇等方面入手，根據(jù)加氫反應(yīng)特殊性采取具有針對性的安全控制措施，將加氫反應(yīng)生產(chǎn)過程的危險程度降至最低。