浅谈氟化工安全设计中的仪表选型

陈伟(浙江环新氟材料股份有限公司，浙江 永康 321302)

浅谈氟化工安全设计中的仪表选型

陈伟(浙江环新氟材料股份有限公司，浙江 永康 321302)

氟化工产业是一门新兴的高新技术产业，有机氟材料是列入工信部“十二五”规划重点发展的品种之一。由于氟化工产品生产过程中涉及易燃、易爆、腐蚀、有毒原辅料的使用，安全重点监管危险工艺的操作，因此在生产工艺的安全设计中，要设计好各类安全设施保证装置稳定运行和便于控制，而仪表及自控阀门的选型，对生产过程的计量、控制以及安全保障是必不可少的。

氟化工;安全设计;仪表选型;危险识别

氟化工项目的工艺和工程安全设计都必须遵循化工行业的有关设计规范、标准和法规。严格执行有关防火、防爆、防雷、防静电的设计标准和规范。同时应该整体把握工艺过程的安全性，必须对安全设计中的各类危险进行辨识，提出合理的解决方案和应对措施，而氟化工仪表的设计选型需要以物料特性、工艺条件以及设备尺寸、管口连接形式为前提条件，本文主要从安全的角度来谈谈氟化工自控仪表的选型。

1 氟化工安全设计中的危险识别

在氟化学品生产过程中，从原辅料、中间产品到成品，大都具有易燃、易爆、毒性、腐蚀性等化学危险性，并且操作过程中的裂解、氟化、聚合等反应属于安全重点监管的化工工艺，高温、高压、深冷等苛刻操作条件需要进行可靠有效的控制。

1.1 典型氟化工物料的危险性辩识

氢氟酸是一种腐蚀性极强的高毒液体，遇水会发生剧烈的放热反应，人体接触无水氟化氢会造成严重灼伤。事故案例：氢氟酸贮槽液位计破裂导致喷溅灼伤甚至致人死亡；加热无水氟化氢钢瓶又因钢瓶降温后导致含水物质倒吸到钢瓶引起伤亡的爆炸事故。

四氟乙烯，化学性质活泼，易燃的液化气体。容易发生氧化、自聚、歧化反应，反应具有连锁性。安全的存储方式是在氧含量10ppm，-25℃以下贮存，不适合运输。事故案例：直接对6L钢瓶装四氟丙烯进行蒸汽加热投料时，氧含量超标发生爆炸，造成一死一伤的事故；四氟乙烯计量槽因为过氧化物聚集发生连锁反应导致计量槽爆炸。这些原因是四氟乙烯在连锁反应中瞬间集聚的大量热难以传导出去导致容器压力升高发生爆炸事故。而四氟乙烯生产过程中的副产六氟丙烯、全氟异丁烯等毒性很高，经口、鼻、皮肤进入人体后会引起中毒。

化工产品生产常用的酸碱，都具有腐蚀性，飞溅到人体皮肤、眼睛会引起灼伤事故，生产操作时需要佩戴好劳动防护用品。

1.2 氟化工反应、分馏、回收、贮存装置大部分都是压力容器，在安全设计时，要合理地选择材质、压力等级、温度条件以及爆破片、安全阀等重要附件，保证设备投入生产后能安全可靠运行。

2 氟化工安全设计的自控仪表选型

由上可见，如果在生产研究中能遵循物料特性正确操作，关键设备加装自控仪表和报警系统，事故的发生将可以避免，现在逐渐减少的氟化工事故发生率也说明了大部分安全事故是可防可控可避免的。化工自控仪表就像是操作人员的眼睛，在保证安全生产上是不可或缺的，对氟化工生产企业的安全生产具有重要的意义。

2.1 温度仪表

氟化工装置常用的温度仪表包括双金属温度计、热电阻和热电偶。对于温度不高、有腐蚀性介质的工作条件下，温度计采用法兰安装，温度计保护管采用衬氟不锈钢的双金属温度计或装配式热电阻。对温度较高、有腐蚀性介质（例如AHF）的工作条件，温度计保护管材质可采用蒙乃尔合金。TFE的裂解反应器属于管式反应器，可以用表面接触式热电偶测量其表面温度，能观察反应器的工作状态。HFC-125、HCFC-22等装置的反应器温度较高，采用了多点热电偶，可以测量反应器内部不同位置的温度，利于观察反应器内部温度分布情况。

2.2 压力仪表

普通介质的就地压力表材质采用不锈钢弹簧管压力表，含有腐蚀性介质的场合采用衬氟或哈氏合金C膜片的压力表。对于含有氢氟酸等腐蚀性介质的条件下，采用带毛细管的衬氟膜片压力变送器。连接方式多用螺纹连接。

2.3 液位仪表

（1）磁翻柱液位计

磁翻柱液位计分为顶装或侧装两种，磁翻柱液位计具有测量精准、性能稳定、可靠性高、维护简便、使用灵活、价格相对较低等优点。普遍用于釜、槽、管道装置上，可以接入DCS系统远传显示。

（2）浮球液位计

浮球液位计具有精度高、分辨率高、维护量低等优点。磁翻板液位计测量管、测量干及浮球材质采用不锈钢衬四氟，适合在腐蚀性介质的场所使用。在分层的物料中，浮球介于两相之间时可用来指示分层液位。

（3）雷达液位计

无水氟化氢贮槽不允许侧面和底部开口，顶装雷达液位计无可动部件，并且免受介质密度和温度的变化，而测量精度不受影响，雷达液位计对这种危险介质的计量是一种很好的选择。

2.4 流量仪表

（1）转子流量计

氟化工装置工艺介质一般具有流量小、量程比大、强腐蚀性等特点，而转子流量计的优良性能恰恰适合氟化工装置对这些方面流量测量的要求。转子流量计主要是不锈钢材质，适用于腐蚀性物料，并且维护方便，价格便宜。

（2）电磁流量计

电磁流量计主要应用具有强酸、强碱等腐蚀性导电介质。电磁流量计比转子流量计有更宽的量程比，精度更高，可应用于大直径的管道，强酸或强碱介质中也可选用耐腐蚀性的材质。相对涡街流量计来说前后直管段要求低，降低了配管的难度。

（3）质量流量计

质量流量计具有很高的测量精度，并且测量不受流体物性的影响，无上、下直管段的要求，可以多参数测量，如温度、密度等，但成本较高。质量流量计精度高、能远传显示的特点，主要应用于装置进出物料计量，方便企业成本核算，满足其计量的需求。

也可用在含氟污水处理装置中用来测量含有氢氧化钙固体颗粒污水质量流量，同时输出密度参数。

2.5 控制阀

主要分为调节阀和开关阀。一般设计阀体材质等级不低于管道材质等级，阀内件（阀芯、阀杆和阀座）材质选用316L；对于含有腐蚀性介质（AHF、HCl等）要求选用衬氟波纹管密封阀门。氟化工装置内的调节阀都选用了气动薄膜调节阀。由于氟化工装置有不少介质属于易燃易爆装置，防爆等级要求较高，相对于电动调节阀来说，选用气动阀门大大降低了因电火花可能对装置造成的危害。气动调节阀的设备及使用成本较低，并且可以利用调节阀的故障开关实现部分简单的联锁功能，降低了企业的生产成本。一般工作场合气动调节阀阀芯形式选用柱塞型；对于压差较大的气动调节阀，阀芯形式选用了套筒类的调节阀，避免了普通柱塞阀因压差大造成的调节不准确缺点。

（2）开关阀

和调节阀一样，开关阀一般也选用气动阀门。工艺物料介质选用气动切断球阀，尤其是关键部位的联锁或安全切断部分，对进入DCS系统的开关阀有安全完整性等级的要求。对于公用工程管道上的开关阀，小口径选用开关球阀，大口径（200mm以上）则选用了气动切断蝶阀。

2.5 由于氟化工装置的特殊性，还需要设置一些用量较少但很重要的其它类型仪表。例如在线水份含量分析仪、在线氧含量分析仪、在线氟离子分析仪以及可燃、有毒气体报警仪等仪表。四氟乙烯生产装置内设置在线水份含量、氧含量分析仪很有必要。对于罐区这样的易燃易爆危险环境，必须设置可燃气体浓度、有毒气体浓度检测及报警装置。

5 结语

氟化工安全设计中的自控设计是一项系统工程，而仪表选型是自控设计的基础工作，基础工作做不好将会给整个系统设计留下隐患，并暴露在后续的施工、开车及装置的运行过程中。仪表选型首先需要考虑测量的准确性、合理性和可靠性，其次考虑用户的适用性、经济性以及维护的方便性，以使各型仪表充分发挥应有作用，确保生产装置安全、稳定、连续运行。

[1]王树华氟化工的安全技术和环境保护.化学工业出版社，2005.

[2]徐滢浅谈化工设计中罐区的仪表选型天津化工，2013.