壬基酚装置火灾危险性分析及对策

2022-08-16周向军

中国科技纵横 2022年13期

周向军

（大庆市消防救援支队，黑龙江大庆 163000）

0.引言

随着我国经济的快速发展，石化产业作为国民经济的重要支柱产业在近年来得到了长足的发展，随之而来的是，大批化工园区的设立，大量石油化工企业、精细化工企业、相关上下游的企业如雨后春笋般不断建成投产。这一切都给企业的消防安全管理和消防部门的消防安全监管造成了巨大压力。如何降低壬基酚生产的火灾危险性，确保不发生火灾事故，是保障企业平稳健康发展重要环节。

1.壬基酚装置生产工艺流程

1.1 齐聚反应工段

丙烯、循环丙烯、循环二聚物、磷酸催化剂活性用水，分别由各自中间罐经计量泵计量、加压经换热器加热后送入装有磷酸催化剂的齐聚反应器。反应产物与反应进料在换热器中换热后再经冷却器冷却，经过滤器除水，经减压后进入脱丙烷塔。反应热由反应器壳程软化水取出，生成的蒸汽回收进入蒸汽管网。脱水反应后混合物在脱丙烷塔脱除未反应的馏分，在塔顶馏出进入循环丙烯罐，一部分循环进反应器，一部分经泵送至装置外液化气贮罐。脱丙烷塔塔底得到的粗齐聚物减压至0.1MPa进入预二聚物蒸馏塔。

1.2 齐聚物精馏工段

（1）预二聚物蒸馏塔。由脱丙烷塔塔底来的粗齐聚物在预二聚物蒸馏塔内经蒸馏在塔顶馏出预二聚物经泵送入二聚物蒸馏塔，塔底产物粗三聚物经泵送入三聚物蒸馏塔。（2）二聚物蒸馏塔。预二聚物在二聚物蒸馏塔塔顶得二聚物，经泵送回反应系统的循环二聚物罐。塔底得到汽油馏分在预热器中与塔进料换热后，经二聚物塔底冷却器冷却至45℃进入汽油馏分罐，然后经泵送至装置外的汽油贮罐。（3）三聚物蒸馏塔。由预二聚物蒸馏塔塔底来的粗三聚物进入三聚物蒸馏塔进行蒸馏，在塔顶得到的中间产品壬烯经冷却用泵送至壬烯中间罐，分析合格进入三聚物罐，再用泵送至烷基化单元的烷基化反应循环罐。

1.3 苯酚烷基化工段

苯酚由苯酚罐区送至苯酚中间罐，经泵连续的送入烷基化反应循环罐，丙烯三聚物由齐聚部分经泵连续送入烷基化反应循环罐，蒸馏回收的未反应的壬烯、苯酚也进入烷基化反应循环罐。混合物料经烷基化反应循环泵由顶部送入装有阳离子交换树脂催化剂的反应器，反应产物由反应器底部出来大部分进入烷基化反应物循环罐进行循环反应，少部分经过滤器进入反应后混合物罐，用泵经冷却器冷至80℃后进入装有阴离子交换树脂的吸附器，中和反应物酸化后大部分再经加热器进入薄膜蒸发器，在真空条件下进行减压蒸发回收未反应的壬烯及苯酚，经中间罐返回至反应物循环罐，少部分送至反应物循环罐用于二壬基酚的脱烷基，薄膜蒸发器底的粗壬基酚自流入粗壬基酚罐，间断地用泵送至壬基酚蒸馏器进行间歇蒸馏（每12h送一次）。由吸附器分出来的少部分的反应物自流入另一反应循环罐，再经循环泵送入另一个反应器进行脱烷基反应，其目的是丙烯三聚物的彻底转化和二壬基酚脱烷基。反应产物大量循环回反应物循环罐，少量的反应产物经过滤器进入蒸馏塔，蒸馏后塔底得到壬基酚和苯酚混合物返回到反应后混合物罐，与烷基化反应器的反应产物混合后去薄膜蒸发器蒸发脱苯酚。

1.4 壬基酚蒸馏部分

壬基酚在减压的条件下在带有搅拌装置的间歇蒸馏釜中进行蒸馏，每次蒸馏时间约10h～12h，每次用泵将25.9m3的粗壬基酚送入间歇蒸馏釜并加入脱色剂，进行减压蒸馏。蒸馏初期首先蒸出第一馏分、第二馏分，蒸馏温度分别为160℃～165℃、165℃～168℃，分别返回到反应后混合物罐和粗壬基酚罐。然后蒸出二级壬基酚，蒸馏温度为168℃～170℃，再蒸出一级壬基酚，蒸馏温度为170℃～180℃，最后再蒸出二级壬基酚，蒸馏温度为180℃～185℃。一级、二级壬基酚分别进入壬基酚I罐、壬基酚Ⅱ罐，加入稳定剂后再分别用泵送至装置外的一级、二级壬基酚贮罐。

2.壬基酚装置火灾危险性分析

壬基酚生产原料为丙烯、苯酚，产品为壬基酚、液化石油气、汽油等，生产工艺流程分为齐聚反应、齐聚物精馏、苯酚烷基化及壬基酚蒸馏，生产过程中存在致灾因素分析如下：

2.1 反应过程

（1）齐聚反应工段。该工段是在齐聚反应器中加入丙烯、循环二聚物及磷酸催化剂进行聚合反应后，得到齐聚产物。本工段的最低操作温度为180℃，反应温度超过物料的闪点，并且操作压力达到5.0MPa，属于高温高压的操作工艺。聚合反应为放热反应，反应过程中由于聚合热不易传导散出而导致危险，倘若这些反应放出的大量热量如未能及时转移出反应器外，即可使反应器内温度升高，待升高到一定温度时，就会使反应物料分解，强烈的放热，有发生暴聚的危险。一旦发生暴聚，则设备堵塞，压力骤增，极易发生爆炸。此外，该反应过程中有一定量的催化剂存在，生产过程中若因原料短缺、公用设施故障、设备的机械故障、催化剂的严重冲蚀和磨蚀等造成设备、管线等泄漏，也易引发火灾爆炸。

（2）齐聚物精馏工段。齐聚物精馏工段涉及的物料主要为丙烯预二聚物、丙烯二聚物、丙烯三聚物、丙烯四聚物，上述物料均属于可燃液体，其挥发的蒸气的爆炸极限都很低，具有很大的危险性，本工段所存在的危险也就是由上述这些可燃物料固有的危险性决定的。丙烯二聚物、丙烯三聚物和丙烯四聚物均为无色且带有特殊气味的液体，其中丙烯二聚物是C6-C8不饱合烃的同分异构物的混合物，最典型的组分为已烯（C6H12），丙烯三聚物是C3-C10的不饱合烃的同分异构物的混合物，主要组分是壬烯，丙烯四聚物为C10-G16的不饱和烃同分异构物的混合物。上述丙烯聚合物均为可燃液体，挥发出的气体与空气混合能形成爆炸性气体混合物。由于装置操作温度为65℃～190℃，生产过程中若因设备故障、操作不当等造成设备、管线等的泄漏，容器中的物料喷出即可能引起火灾爆炸。

（3）苯酚烷基化工段。该工段是在烷基化反应器中加入苯酚、壬烯、丙烯齐聚物及催化剂进行反应，即得反应产物。本工段的最高操作温度为130℃，操作压力达到0.25MPa，反应温度均超过物料的闪点，且物料反应过程中有一定量的催化剂存在，生产过程中若因原料短缺、公用设施故障、设备的机械故障、催化的严重冲蚀和磨蚀等造成设备、管线等的泄漏，易引发火灾爆炸。在反应器中的物料，由于釜体、部件、轴密封、管线、阀门、仪表等处容易发生泄漏和损坏，物料泄漏遇明火极易引起火灾爆炸事故。该工段的烷基化反应是在加热的条件下进行，如果原料、催化剂、烷基化剂等加料次序颠倒、速度过快或者搅拌中断停止，就会发生剧烈反应，引起跑料，造成着火或爆炸事故。

（4）壬基酚蒸馏工段。该系统温度高，蒸馏塔内温度在160℃～185℃，含有脱色剂粉末的壬基酚在高速流动下，容易冲蚀管线设备，严重时导致泄漏，造成火灾事故。壬基酚蒸馏工段为减压操作，间歇蒸馏釜为带有搅拌装置的动设备，设备动静密封点较多，在生产过程中如果密封部件老化或垫片损坏未及时更换，可能导致空气进入系统内部，与物料混合形成爆炸性气体混合物，一旦设备静电接地系统发生故障，导致静电放电，极有可能引发火灾爆炸事故的发生。

2.2 冷换设备

装置生产过程中的冷换设备数量众多，设备内存在的介质大多为易燃、易爆及腐蚀性物料。冷换设备一旦泄漏，内部的物料遇空气形成爆炸性混合物，遇到点火源就可发生火灾爆炸事故。造成冷换设备泄漏的原因有：（1）冷换设备内部存在腐蚀介质如蒸气雾滴、氢气等腐蚀引起列管泄漏。（2）冷换设备本身制造缺陷，焊接质量差，焊接接头泄漏。（3）由于开停车频繁，温度变化过大，设备急剧膨胀或收缩，使管板处泄漏。（4）因温度升高(150℃以上)，螺栓伸长，紧固部位松动，引起法兰密封处泄漏。（5）因管束组装部位松动、管子振动、开停车和紧急停车等机械冲击而引起泄漏。

冷凝或冷却作用的冷换设备操作失误或发生故障，造成冷却剂供应不足，起不到冷凝或冷却作用，会导致未经冷凝冷却的介质进入贮罐，会导致罐内介质或罐内沉积水层沸腾，或未经冷凝的易燃液体蒸气在罐区扩散，易引发火灾爆炸事故。在连续操作中，冷却不足会导致大量蒸气从贮槽等部位逸出，构成火灾危险。在危险介质的影响下，部分温度较高的换热器内管子与管板连接接头处承受着反复的热冲击、热变形、热腐蚀作用，工作环境较为苛刻，容易发生破坏。另外，冷却水不洁净、或管束腐蚀、或胀口浮头密封不良都会发生气体泄漏。

2.3 泵房

泵房中输送介质均属易燃、易爆物质，且泵房设备集中，作业频繁，是最容易泄漏和散发可燃物料的地方，为火灾、爆炸危险性较高的场所。泵房内的管线、压力表、阀门、法兰垫片、机泵密封、焊口等，若材质不符合要求、施工质量不合格，在设备管线受振动、腐蚀、超温超压、违章作业等情况，泵盖或管线配件就可能破裂而造成物料泄漏，泵亦会因密封失效或其他故障造成物料泄漏。在泵房通风不良、电气设备不符合防爆要求、防静电措施不符合要求或失灵、不能将物料流动过程中产生的静电及时导出，以及违章动火等危险因素的情况下，大量泄漏易燃物料遇到点火源，就会引发火灾、爆炸事故。此外若泵的出口压力超压，泵盖或管线配件就可能崩开而喷料，泵亦会因密封失效或其他故障造成物料泄漏，物料泄漏后易挥发，当有点火源存在时，将可能导致火灾、爆炸事故的发生。

2.4 罐区

壬基酚装置1号和2号罐区内设有烷基反应循环槽、苯酚操作罐和壬基酚、苯酚混合罐等储罐，储存的物料壬烯、苯酚和壬基酚等都是易燃易爆物质，且存储量较大，具有较高的火灾爆炸危险。罐区主要存在以下一些危险性。

（1）储罐与外部管线相连的阀门、法兰、人孔以及排污孔等安装质量差；或由于检维修过程中疏忽漏装垫片，以及使用过程中的腐蚀穿孔或腐蚀而产生疲劳造成的裂纹；罐底板焊接不良，罐基础下沉导致罐体发生变形、裂缝造成物料泄漏；罐体、附件或管线密封系统性能不良、施工焊接质量不好等因素导致易燃易爆物料泄漏，遇点火源有发生火灾爆炸的危险。（2）罐区地坪若发生裂缝或塌陷，防火堤倒塌，易使泄漏或外溢跑料时既不易回收，又易引发事故。（3）如果储罐等设备选型不合适、本身设计存在缺陷，或制造不合格，造成其耐压能力不够，发生破裂，导致储存物料泄漏，遇火源则发生火灾、爆炸事故。（4）储罐储存的物料等是不良导体，易产生静电积聚。因此储罐及管道必须进行良好的接地，否则可能因静电火花而引起燃烧、爆炸。防雷装置如发生断裂、松脱，或土壤电阻增大，都会影响雷电电流的流散，从而增大因雷击而引发火灾爆炸事故的可能性。（5）储罐因罐内液位高而冒料，或因误操作切错罐导致液位高而冒料，泄漏物料遇点火源则易导致火灾、爆炸事故。另外，储罐在防雷、防静电设施失效的情况下遭受雷击、电火花或在罐区内违禁使用明火，检修清洗时违规操作等情况，也易导致火灾、爆炸事故发生。

3.防范措施及对策

3.1 加强重点人员培训

要利用一切资源对企业消防安全责任人、消防安全管理人和消防控制室操作人员、消防巡查检查人员等重点人员进行专业培训，力争在每个石油化工企业都有一批消防“明白人”。在此基础上，要对外来人员、新入职员工开展针对性培训，要让大家了解原料产品理化性质、了解工艺流程、了解重点部位的火灾危险性，让大家在内心深处心存敬畏、在工作中高度重视、严格遵守操作规程。

3.2 加大设备维护保养力度

对于一些投产时间较早的老牌企业，很多设备、装置都已经进入超期服役状态，出现问题的概率大大增加。这就要求消防部门要协助企业充分利用好厂里每次的设备检修期，利用好第三方检测公司每年一次的消防设施全面检测的机会，利用好消防、应急、质监等相关部门每一次专项检查的机会，将企业自查、第三方服务、部门监管、专家“体检”相结合，提前发现问题、主动解决问题、积极消除隐患。

3.3 加强探测报警系统的设置

石化企业应在厂区的火灾危险性场所均按要求设置火灾自动报警系统和火灾电话报警，在可能积聚可燃气体的场所均按要求设置可燃气体检测报警系统。确保一旦出现泄露，能够第一时间探测、第一时间报警、第一时间联动启动相关设备、第一时间处置事故现场。

3.4 加强企业应急处置能力

凡事预则立，不预则废。这就要求企业要居安思危，要打有准备之仗。一方面，要组织成立工艺处置队，微型消防站等消防组织，制定有针对性、可行性的灭火应急预案并定期开展演练。另一方面，要加强应急物资储备，确保泡沫等灭火剂在保质期内，确保消防灭火用水水量充足，确保消防水泵、固定设施完好有效，确保消防车道、消防操作场地、消防车取水点等的设置符合规范要求。