双氧水罐组设计

邹杨勇

摘 要：双氧水是具有强氧化剂的物质，具有非常大的危险性，本文通过对双氧水性质的分析，介绍双氧水储罐设计时在工艺，布置和选材时需要注意的问题。

关键词：双氧水；储存；设计；布置；材料

双氧水又名过氧化氢，是一种弱酸性无色透明液态无机过氧化物，可以与水以任意比例互溶，其分解产生水和氧气，具有无毒不产生污染的特点，广泛用于纺织、造纸、化工、食品、电子、军事、医药等领域，是使用非常广泛的一种化学品。然而，双氧水最大的缺点是其自身很不稳定，是一种非常活波的物质，在受到光照时即可自然分解，在遇到金属杂质、有机物、酸碱等都会产生剧烈反应并放出热量而加速分解产生爆炸。因此，双氧水储运的安全问题是设计和生产过程中首要考虑的问题。

1 双氧水性质与危害

1.1 双氧水性质

双氧水是透时的无色液体，仅溶于水且与水可以任意比例子混合。在低浓度下，HP是无味的，在高浓度下有轻微的刺激味。双氧水的沸点随着浓度的增加而增大，当浓度为0%是为100℃，当浓度为100%时为150℃。他的冰点根据浓度的不同呈“V”字形变化，当浓度为0%和100%左右时冰点约0℃。当浓度为60%左右时冰点达到最低约-55℃。他是非常活泼的物质，能够发生分解、氧化还原反应、与有机物反应。分解可以由发热、pH和污染引起。在分解反应中，HP变成氧气和水，反应产生大量热。

1.2 双氧水的危害

由于双氧水的性质活泼，他可能产生以下危害：①分解，双氧水会自行分解，分解速率根据介质温度的升高而加快，在20～100℃之间时，温度每增高10℃，速率可增加2.2倍，当温度达到100℃以上时开始急剧分解，严重时产生爆炸。同时，在遇到金属杂质、有机物、酸碱等都会产生剧烈反应并放出热量而加速分解；②火灾，双氧水在与有机物或其它易燃物（木材、纸、纺织品、皮革……）接触时会引起火灾；③健康危害：在浓度大于5%就会对眼睛和皮肤产生刺激作用，在20%以上引起其灼烧。当吞咽时伤害随着浓度的增加，可严重伤害或致命；④环璋危害：双氧水在水中能杀死微生物和较高级种类生物。

2 双氧水罐组的工艺设计

根据双氧水的性质，我们在工艺设计时主要考虑以下几点：

2.1 加強储罐温度监控，防止储罐因温度升高而分解

在HP分解条件演变的监测和分析中，温度是最重要的参数。因此，推荐加强监测温度参数，设定温度报警和监测温度变化报警。由于单点测量温度不能充分代表整个罐内温度，为了得到充足的监测数据，建议采用多点温度检测，多点温度监测的数量为一般可按下表选取：

在实际储存中，由于液体表面具有最高的温度，推荐增加红外线温度计检测液体表面温度，所有温度计都设有高报警和高高报警，高报警是提醒生产操作人员密切关注储罐温度变化，适时采取必要措施降低储罐温度，高高报警时连锁阀门打开紧急排放罐内液体，保证储罐安全。

2.2 合理设置放空

由于双氧水在分解时产生大量氧气，1m3浓度为35%的呻吟声可释放出132m3氧气，在工艺设计时必须考虑有足够的放空面积，通常在储罐顶部设置1个通气孔和多个泄压人孔，在通气孔排气量达到满负荷时，泄压人孔打开紧急排气。通气孔需设置不锈钢丝网，防止杂物进入储罐引起双氧水分解。放空考虑到最坏的分解情况时，储罐顶和罐壁采用弱顶连接，可使双氧水急速分解时只掀掉罐顶而不对罐壁产生影响，减小罐壁破坏导致双氧水漫流的危险。

2.3 合理设置液位报警

为防止储罐溢流和罐壁破损引起的漫流风险，必须设置合理的液位监控和报警措施。设置储罐液位高报警，达到高报警时提醒生产操作人员密切关注储罐内液位变化情况，及时切换进料。将储罐的高高液位报警与罐进口切断阀连锁，保证储罐不会出现溢流风险。设置液位连续监控，当液位在没有进出料是波动大于50mm/h时报警，防止储罐泄漏。

2.4 储罐设置紧急注水

双氧水储罐上部设置紧急注水口，当罐内因温度升高无法控制分解的时候，可以紧急往罐内液体表面注入除盐水（生活水等无杂质水）稀释罐内双氧水降低浓度，这样可以达到降低分解的效果。注水阀可以设置与温度连锁，也可以中控室手动操作。

2.5 设置紧急排放收集池

双氧水罐组防火堤内设置紧急排放收集池，当往罐内紧急注水还不能降低双氧水分解风险时，温度连锁打开排放阀紧急往排放收集池内排放双氧水，同时打开除盐水（生活水等无杂质水）稀释池内双氧水降低浓度，达到降低分解的效果，这样能保护储罐不会因为双氧水急剧分解产生超压危险。

2.6 设置管道泄压措施

由于双氧水的分解特性，在封闭管道中会因分解而导致管道内压力升高，引起阀门、法兰损坏造成泄露可能。所以，管道上必须设置泄压措施。泄压措施可以为安全阀，爆破片或两者组合。由于双氧水在无污染的情况下正常分解产生的气体量是很小的，所以泄压管道管径选用DN25的即可。安全阀的选用需注意材质，不能与（下转第22页）（上接第20页）双氧水接触加速分解。

2.7 设置安全喷淋洗眼器

由于双氧水对眼睛和皮肤产生刺激作用，需要在罐组防火堤内和泵区设置安全喷淋洗眼器。洗眼器辐射范围应能满足规范要求，一般每15m半径范围内需设置1个。

3 双氧水罐组的设备布置

3.1 双氧水的火灾危险性定级

根据双氧水的性质，它属于《建筑设计防火规范》GB50016-2014中表3.1.3储存物品的火灾危险性分类中甲类第5条遇酸、受热、撞击、摩擦、催化以及有机物或硫黄等易燃的无机物，极易引起燃烧或爆炸的强氧化剂和第6条受到撞击、摩擦或与氧化剂、有机物接触时能引起燃烧或爆炸的物质，所以属于甲类液体。而《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008中没有关于无机物的火灾危险性定级规定。

3.2 双氧水储罐防火间距的确定

双氧水储罐防火间距可根据《建筑设计防火规范》GB50016-2014中表4.2.2的甲乙类液体储罐间距要求布置。储罐防火堤高度计算按有效容积不小于罐内1个最大罐的容积的要求计算。配套输送泵与储罐罐壁间距按表4.2.7的要求不应小于15米。

4 双氧水管道设计

双氧水管道设计不当，也会造成双氧水的分解，所以，在设计时需要注意以下问题：①由于双氧水容易分解，在管道长时间不用时，排空管内液体，排除双氧水分解风险；②盲端和死角容易造成不纯物的聚集，进而引发分解风险。所以，管道布置时尽量避免产生盲端和死角；③管道连接优先采用焊接或法兰连接，不推荐采用承插焊和螺纹连接，避免承插焊缝合螺纹缝隙中双氧水分解和不纯物聚集；④双氧水管道泄压措施需接至安全地点，尽量接到紧急排放收集池，可防止泄压时对周围人员产生危险。

5 设备和管道材料选择

双氧水的储存设备选材必须谨慎，否则将会遇到分解的风险。通常小容量（30m3）储存是可选用高密度聚乙烯、铝及其合金和不锈钢的。使用高密度聚乙烯时必须特别小心，因为它们的可靠性是随着时间的延长而降低的，使用时间太长容易因碰撞而损坏。如果暴露在阳光下，应该加入适量的抗氧剂和紫外线稳定剂。使用铝及其合金时，使用前需钝化处理。由于铝及其合金容器制作远比不锈钢更为困难，所以不太推荐使用。大容量储存时可以采用304L、316L等不锈钢，建议采用316L不銹钢，焊接时必须有惰性气体保护，以免影响金属的纯度。使用前需酸浸和钝化。

双氧水输送管道及管件通常和储存容器同材质，可以选用高密度聚乙烯、铝及其合金以及不锈钢，同样需要在使用前钝化、酸洗。这里要特别注意的是垫片的选用，由于金属缠绕垫含有石墨成分，不得用于双氧水管道重，我们一般选用聚四氟乙烯垫片。但由于聚四氟乙烯垫片不导电，选用聚四氟乙烯垫片需要注意管道的静电跨接问题。静电跨接电阻值不大于0.03Ω。

6 建议

在双氧水储罐设计时，需要认真细致了解储存双氧水性质，做到根据介质性质采取不同的设计方案，达到储罐安全的目的。

参考文献：

[1]张志刚，蒋慧灵，黄平.双氧水爆炸事故机理分析及预防措施研究[J].安全与环境学报，2007，7（4）：108-110.