苯酐生产过程中危险有害因素分析

2020-01-12闫双

化工设计通讯 2020年8期

闫双

（中机工程（西安)启源咨询设计有限公司，陕西西安 710018)

苯酐是重要的基础有机化工原料之一，广泛应用于增塑剂、醇酸树脂、不饱和聚酯、染料、医药等行业。生产过程中的主要危害包括泄漏、火灾爆炸、中毒、等各种因素。火灾事故和爆炸事故均能造成较大的人员伤亡及财产损失。机械伤害、触电、坠落、碰撞等事故均能对人体造成伤害，严重时可造成人员死亡。停电事故影响生产，甚至损坏设备。

1 泄漏

化学品泄漏是造成火灾、爆炸、中毒、窒息和烫伤等事故的主要危险因素。

在物料储存、输送和装卸过程中，因设备、管道、法兰、阀门等的损坏、破裂、腐蚀，或超温、超压、骤冷、急热、操作失误或突发事故均会导致物料泄漏。

1.1 萘

萘在卸车场卸车后主要储存于罐区，通过泵输送至苯酐装置与空气反应生产苯酐。盛装萘的高温储罐、苯酐反应器或输送萘的高温管道若发生泄漏，会引发火灾、爆炸和中毒等严重的事故。

1.2 邻二甲苯

邻二甲苯主要储存于罐区，通过泵输送至苯酐装置与空气反应生产苯酐。盛装邻二甲苯的储罐、苯酐反应器或输送邻二甲苯的管道若发生泄漏，会引发火灾、爆炸等事故。

1.3 苯酐

产品袋装苯酐主要存储于苯酐仓库，生成苯酐的苯酐反应器、结片机、包装设备、盛装苯酐的高温储罐或输送苯酐的高温管道若发生泄漏，会引发火灾、爆炸和中毒等事故。

1.4 蒸汽

苯酐装置和焚烧装置副产蒸汽，产生蒸汽的设备、存储蒸汽的汽包和输送蒸汽的管道若发生泄漏，会引发烫伤等严重的事故。

1.5 熔盐

苯酐装置使用熔盐冷却苯酐反应器，使用冷却器冷却高温熔盐，若盛装高温熔盐的冷却器或管道发生泄漏，高温的熔盐遇到可燃物、有机物会引起着火，发生火灾、爆炸事故，与人接触会发生烫伤等事故。

1.6 导热油

苯酐装置使用冷导热油将苯酐气体凝华，使用热导热油将苯酐固体熔化。导热油为碳氢化合物，属可（易）燃物质，若使用导热油的切换冷凝器和导热油系统发生泄漏，易引起火灾、爆炸等事故。

2 火灾

生产过程中反应原料涉及的危险化学品有邻二甲苯和萘，反应过程中副产物有甲烷、一氧化碳等物质，在生产、贮存、使用、输送过程中一旦发生泄漏，其空气形成爆炸性混合物极易引起火灾爆炸事故。

苯酐工艺系统按功能划分可分为：原料供应系统、空气系统、反应系统、冷凝系统、精制系统、蒸汽凝液循环系统，各个工段有着前后联系紧密，危险性高。苯酐装置各工段火灾爆炸危险性辨识如下：

1）原料供应中，原料邻二甲苯或萘与空气按比例混合，如比例失调或混合不均匀，易燃易爆物质与空气形成爆炸性混合物，极易导致反应系统发生火灾或爆炸事故。

2）邻二甲苯和萘需在预热器加热气化后与空气混合，如发生预热器温度过低、邻二甲苯和萘输送流量过快、气化喷嘴设计缺陷等情况，原料未完全汽化，液态原料进入反应系统遇高温大量汽化可能导致以下不正常工况及其后果：

（1）大量汽化可能导致反应系统超压引发危险；反应系统超压导致设备管道发生超压泄漏引起危险；超压还可能导致整个工艺系统压力失衡，反应过程紊乱引起危险。

（2）大量汽化可能导致反应系统温度降低，副反应增多，引起危险。

3）物料供应系统中如物料杂质过多，未经过有效地过滤，杂质可能会堵塞管道、气化器喷嘴，导致反应物比例失衡引起危险。杂质中可能夹带活性物质直接参与反应，还可能导致工艺危险。

4）从气化器喷嘴高速射出的易燃易爆物质与空气和设备摩擦极易产生静电火花，如易燃易爆物质在气化器系统中与进入的空气混合过程中易引起火灾爆炸事故。

5）原料和空气预热温度控制过高，可能导致汽化器超压引起危险；温度控制过低进入反应系统后催化剂不能有效地进行催化反应，副反应增多导致生产危险。

6）空气系统中鼓风机叶轮磨损，长期使用中叶轮黏附物多，空气过滤器变脏未及时清洁或更换，这些现象均会使系统进气量减少，鼓风输出压力不足形成喘振，从而导致电机负荷剧烈波动，缩短设备使用寿命，严重时会造成装置损坏、停车，引起危险。

7）苯酐生产中副反应较多，反应机理复杂，如生产工艺控制失效、催化剂失活，可能会导致副反应增多，副产物具有高度危险性，会威胁到装置的正常生产，容易引起火灾爆炸事故。导致副反应增多的原因主要有：催化剂失活、反应参数控制不当、反应系统堵塞、物料配比不当、杂质进入反应系统等。

8）反应系统中温度监控参数失效或温度参数出现偏差不能正确显示反应系统温度，会导致误操作引发危险。

9）反应中邻二甲苯和萘含量过高可能导致反应放热量增大（一般邻二甲苯质量浓度每增加1g/m3，热点温度上升3～10℃），反应系统温度过高会使苯酐进一步深度氧化（即过氧化）从而释放更多热量，轻者使反应收率降低，严重时会产生飞温造成反应器爆炸。

10）反应系统使用熔盐带走反应热，熔盐的主要成分为亚硝酸钠、硝酸钾，亚硝酸钠、硝酸钾，均为强氧化剂，遇有机物易燃烧，温度若超过540℃能与铁反应，对设备产生破坏作用。反应系统长时间运行，设备未进行检测可能会导致设备穿孔泄漏引起危险。

11）反应系统使用冷导热油用于苯酐气体的凝华，热导热油用于苯酐固体的熔化，若导热油泄漏，遇空气和明火后会引起火灾爆炸事故。

12）反应系统中催化剂失活、催化剂结碳、催化剂充填过量均可能导致反应不充分，未完全反应的邻二甲苯进入后系统与空气达到爆炸极限，遇点火源会引起后系统发生火灾爆炸事故。

13）冷凝系统中气体冷却器在苯酐生产中极易发生漏水、着火、爆管等事故，这是因为一方面设备材料、加工制造上存在缺陷；另一方面换热器管束因腐蚀，造成水微量泄漏与苯酐及副产物反应生成酞酸等，它进一步与铁锈（铁锈即氧化铁，铁锈可能来源于物料中含有的杂质未过滤或过滤不彻底而带入系统及以反应设备生锈），反应生成易燃的铁盐络合物。另外副反应生成的苯甲酸和马来酸在冷凝系统中凝结可对铁腐蚀生成苯甲酸铁盐和马来酸铁盐，这些铁盐均可自燃，在180℃即可燃烧，远低于工艺系统温度。如冷凝系统中易燃易爆气体达到爆炸极限极易引起火灾爆炸事故。此类事故在苯酐生产中占据比重最大，生产中应特别注意。

14）上游的反应系统中如副产物增多，在冷凝系统中附着、堆积极可能导致设备堵塞，冷却器爆管，介质泄漏，引起火灾或爆炸事故。

15）苯酐生产中，生产装置如未进行有效的接地，生产系统如发生电荷差极易产生静电火花。生产系统在有氧高温气相条件下进行反应，正常的反应温度处于物质的自燃点附近，如遇明火极易引起系统内燃烧，如达到爆炸极限还可引起爆炸事故。

16）邻二甲苯原料质量不合格，如苯乙烯含量偏高（应小于500×10-6），苯乙烯聚合挂壁，产生静电火花，极易引发反应系统发生火灾爆炸。

3 爆炸

3.1 压力容器爆炸

本项目压力容器较多，如氧化反应器、蒸发器、冷却器、废热锅炉、气包等为压力容器，若容器、设备制造时选材不当，设计失误、内部有裂纹、容器焊缝有虚焊和漏焊现象，使用过程中压力容器受压超过设计压力，安全阀校验设置压力有误或失效，压力容器腐蚀严重，承压能力下降或操作失误等均可造成压力容器爆炸。压力容器内的介质处于压缩状态，一旦容器发生爆炸，介质将产生降压膨胀，压力容器爆炸时产生的能量大部分形成冲击波，毁坏设备，危害人员的安全。

3.2 压力管道爆炸

压力管道如物料输送管道、蒸汽管道等较为突出的危险因素是超温、超压、腐蚀和振动。超温超压与系统工艺条件控制异常有关；振动来源于转动机械的动平衡不良或基础设计不符合要求及管道未进行良好的固定，振动易造成管道连接件的松动泄漏和疲劳断裂。在管道设计、选材、制造、安装、操作、维修等过程中未达到标准、规范、规程的要求，可导致管道发生爆炸事故危险。