苯乙烯储罐安全设施设计与管理研究

张超

(斯泰潘(南京)化学有限公司，江苏 南京 210000)

0 引言

按照GHS 原则，苯乙烯的物理危害：易燃液体，类别3，健康危害：急性毒性—口服，类别5；皮肤腐蚀/ 刺激，类别2；严重眼损伤/ 眼刺激，类别2A；急性毒性—吸入，类别4；生殖毒性，类别2；特定目标器官毒性—重复接触，类别1。主要理化性质：闪点(闭杯)：34.4 ℃、爆炸极限(体积比)1.1%～6.1%。稳定性和反应性：在空气中会发生聚合(氧含量高)，遇光照会发生聚合。急性毒性：LD50(大鼠，经口)2 650 mg/kg；LC50(大鼠，吸入，4 h)12 mg/L。致癌性：苯乙烯(CAS No. 100-42-5)第2B 类对人类是可能致癌物(IARC)。持久性和降解性：挥发性极强，在大气中易被光解，也可被生物降解和化学降解。综上所述，苯乙烯具有显著的急性毒性、易挥发性、易燃易爆性，如何对苯乙烯进行安全储存，是职工健康防护与企业安全稳定运行亟待解决的问题。合理的安全设施设计能够最大限度降低风险，减少灾害带来的财物损失，避免因为各种事故引起人员伤害[1]。

1 典型事故及诱因分析

结合苯乙烯理化性质及储存特点，在其储存过程中，一旦发生泄漏，苯乙烯将以极快的速度挥发，形成爆炸性气体环境，遇引燃能发生火灾爆炸；同时，挥发出的气体具有急性毒性，人员吸入或皮肤毒性将导致急性中毒，引发人员伤亡。苯乙烯同时具备生殖毒性和致癌性，短暂大量接触也可能引发癌变或者生殖畸形等严重后果。苯乙烯具有自聚性，在氧含量环境或者光照条件下发生，自聚反应将造成设备、管道局部温度、压力升高而设备破裂，引发泄漏，造成更大的事故后果。其主要潜在风险及其可能的诱因具体如下。

1.1 自聚引发储罐超压、泄漏，发生火灾爆炸

诱因1：苯乙烯循环冷却失效，循环管线和储罐温度升高，自聚加快，同时，温度上升将导致苯乙烯自聚反应加快，进一步促进苯乙烯自聚失控；诱因2：苯乙烯储罐加入错误原料或抑制剂不够的原料(例如非标准原料，经常偏离正常操作条件)；诱因3：吹扫过程中，较高氧含量的吹扫气体进入导致储罐内氧气浓度增加，超出苯乙烯自聚抑制剂的最佳活性氧浓度范围，苯乙烯自聚抑制失效，最终导致苯乙烯自聚加快直至失控。

1.2 设备超压或真空过大损坏

诱因1：吹扫管路上开关阀故障导致吹扫过程中开关阀全开，压力过高的吹扫气体进入管道或者设备，超出管道或者设备的设计压力，导致管道与储罐破裂，苯乙烯泄漏。诱因2：苯乙烯储罐出料时，仪表气供应阀门故障，压力过高的仪表气进入管道或者设备，超出管道或者设备的设计压力，导致管道或者设备破裂损坏。诱因3：苯乙烯从货车卸料至储罐期间，排气管道上阀门关闭，导致储罐憋压，苯乙烯输送泵的输出压力超过储罐的设计压力，最终导致储罐超压破裂。

1.3 储罐溢流发生泄漏，发生火灾爆炸、人员伤亡

诱因1：从槽车等卸货车辆向储罐进行卸货时，因储罐原有物料与卸货物料总量超出储罐容积，导致储存的苯乙烯溢流出储罐，考虑到苯乙烯具有极强的挥发性，溢流的苯乙烯将在极短的时间内挥发，与空气形成爆炸性混合型气体，遇火引燃后，导致爆炸。

1.4 苯乙烯气体爆炸或人员吸入伤亡

诱因1：苯乙烯卸车、出料过程中，挥发出的苯乙烯气体遇苯乙烯流动产生静电，引发爆炸。诱因2：储罐内苯乙烯储存温度大于闪点，储罐内形成爆炸性气体氛围，遇引燃能发生爆炸。诱因3：卸车过程槽车呼吸阀气体集聚或储罐呼吸口挥发性气体聚集，遇引燃能引发爆炸，或人员吸入造成伤害。诱因4：槽车卸料过程溜车，卸料软管断裂，苯乙烯泄漏，遇引燃能发生爆炸，或喷溅导致操作人员伤亡。

2 安全设施设计

2.1 自聚引发火灾爆炸事故安全设施设计

(1)苯乙烯单体出厂时，由生产企业添加阻聚剂[2]，确保苯乙烯在运输及后续储存中，减少自聚反应。要求供应商在随车资料中，明确所添加阻聚剂的有效期限，做好阻聚剂的有效性管理。

(2)对储罐设置贫氧封(氧气含量4%～8%)，避免储存中的苯乙烯与过量氧气接触而加快自聚。有研究表明苯乙烯阻聚剂需要在氧含量为4%～8% 的情况下，才能发挥活性，同时，在此氧含量情况下，苯乙烯无法达到爆炸极限。因此，贫氧是相较于氮封更好的惰化措施。

(3)在储罐顶部装设阻聚剂系统，在储罐温度失控、温度急剧上升的情况下(例如：储罐温度达到45 ℃)，温度模块联锁打开阻聚剂，并向储罐内部紧急释放抑制剂，终止自聚反应或减少反应失控。

2.2 设备超压或真空过大引发损坏设施设计

储罐、管道设置为压力管道，同时设置压力表作为安全附件。为避免在苯乙烯进出料结束后吹扫异常导致超压，在苯乙烯储罐顶部配置高高压联锁，在吹扫时报警并关闭储罐吹扫管线，避免吹扫阀门故障导致开度过大引发管道、储罐超压损坏，高高联锁压力的设置，根据储罐、管道设计压力及吹扫需要设置联锁压力。

针对苯乙烯储罐出料时，仪表气供应阀门故障导致压力过高的仪表气进入储罐的情形，可以设置储罐压力探测与动作(PIC)联锁打开废气排放管道阀门，通过废气排放口进行一部分泄压动作。为避免槽车卸料过程因苯乙烯储罐排气阀门误关闭或堵塞导致储罐超压破损泄漏，可将苯乙烯储罐设置的压力探测与槽车卸料泵进行联锁，当储罐压力高于设定值(0.01 MPa)时报警并停止装卸苯乙烯泵。

为苯乙烯储罐设置呼吸阀门，根据苯乙烯饱和蒸汽压等设置呼吸阀启动压力(如可设置启动压力0.02 MPa)，能够有效预防储罐和循环管道的超压。设置安全阀和爆破片(根据储罐设计压力设置具体起爆压力)，在苯乙烯急剧自聚的情况下，及时有效地进行泄压，防止储罐爆炸导致苯乙烯积聚扩散，从而引发火灾爆炸事故。同时，对储罐的挥发气体，可引入焚烧炉等方式进行焚烧处理。爆破片等异常工况，可结合装置规模及厂区配套设施情况，配备火炬系统等应急处理系统，在苯乙烯储存、生产装置发生异常工况时，进行安全紧急处置。

2.3 储罐溢流、泄漏导致火灾爆炸设施设计

在苯乙烯储罐设置LI 液位计和LSA 液位开关，配置LI 液位计高高液位(95%液位)联锁停止苯乙烯卸料泵。同时，在LSA 开关上配置高高液位联锁停止苯乙烯卸料泵。

2.4 挥发遇静电爆炸或人员吸入伤亡事故安全设计

针对静电消除，设置槽车静电消除措施，将静电夹导电情况与卸料泵联锁，静电夹导电不正常时联锁停止卸料泵。同时，从卸车SOP 的角度要求，槽车到达卸料区域需要静置、导电半小时(经验值)。

根据苯乙烯闪点约为31 ℃的特性，对苯乙烯储罐设置夹套进行保冷，并设置冷冻水进行温度控制，同时设置储罐温度探测，可设定保冷20 ℃，设置温度报警(例如15 ℃低低报、18 ℃低报、22 ℃高报、25 ℃高高报；一般控制乙类可燃液体储存温度低于28 ℃)。

针对挥发气体聚集，将储罐废气口呼出气体引入废气处理设施(多个储罐废气并入同一废气管线的，需要开展废气化学物质相容等安全评估)。设置槽车卸料气相平衡管，将槽车呼吸阀呼出的气体，收集引入废气处理设施处置。同时，在卸料区域设置可燃气体探测器，接入GDS 主机，根据储罐容积与风险评价结果，必要时设置可燃气体报警联锁停泵。

针对槽车卸料过程溜车可能导致软管损坏引发苯乙烯大量泄漏的情况，在卸料泵出口处设置流量计，低流量情况联锁停泵；槽车出料口设置拉断阀，出现拉断情况，切断槽车出料。

在槽车卸料区域或微型消防站(就近便于取用位置)，按照GB 30077—2023《危险化学品单位应急救援物资配备要求》配备SCBA、A 级防护服、应急吸附材料等应急器材。

同时，除以上提到的苯乙烯储罐温度、压力、液位探测联锁模块，苯乙烯储罐、管道及设备应采用相应耐腐蚀材质设计，按照《建筑设计防火规范》《石油化工防火设计规范》《精细化工防火设计规范》等相关规范内容，在储罐区设置防火堤、不同性质的储罐之间设置隔堤，储罐与生产设施、储存设施等保持足够防火间距，管廊及配套建构筑物符合相应耐火等级要求。

3 安全设施与人员操作安全管理

3.1 压力容器、管道及其安全附件管理

开展苯乙烯储罐、管道正规设计，对构成压力容器和压力管道的元件，必须由正规压力容器制造单位进行制造、检验。同时，在完成安装后，进行使用前检验和注册登记。在日常使用过程中，按照特种设备相应的规范要求，开展定期检验。并根据公司实际情况及国家关于化工企业防腐检查发文要求，进行定期的腐蚀性检查和检测，确保设备设施完好。对特种设备和压力管道的操作人员，按照特种作业人员相关的管理要求，开展培训考核与上岗。针对设备的安全阀、压力表、温度计、爆破片等安全附件，建立健全设施台账，根据检验法规要求，开展定期校验、检查与维护，确保设备设施的良好运行。

3.2 联锁执行机构的年度测试与评估

针对前文提到的安全联锁，需要按要求开展定期测试，对测试动作执行情况进行评估。针对“两重点一重大”的相关设施，参照工艺设计阶段的Hazop 和Lopa 分析结果，判定其SIS 系统的建设需要，选定符合其可靠性要求的执行元件和设备设施，在SIS 系统中，必须确保其执行机构和协防管道等保护层的独立性，例如：不能使用DCS 调节阀作为SIS 系统紧急切断阀；不能使用循环管线作为SIS 系统紧急泄放管线，同时，泄放管线需要考虑其泄放收集、泄放量的参数。

3.3 设备设施的预防性维护与备品备件管理

针对关键装置或备件，按照预防性检修的原则，定期开展预防性维护检查，结合测温、测厚、设备震动数据等信息化管理手段，收集关键设备设施的日常运行情况进行统计分析，查找异常，及时处理。针对安全阀、卸料泵等关键设施，进行备件管理，发现异常及时替换。

3.4 报警等级划分与应急培训

针对前文提到的温度、压力、液位等报警，按照要求设置低低报、低报、高报、高高报等报警分级，不同的报警设置不同颜色提示，在SOP 应急处置流程和现场应急处置方案中明确报警发生后的响应时间、响应措施、具体的执行人员，并定期对操作人员进行培训、考核与演练。

3.5 配备相应的应急救援器材，并进行定期维护保养

针对配备的SCBA、A 级防护服等应急物资进行建档登记。定期开展检查与维护，如SCBA 每年开展背架、气管等检测，三年开展一次气瓶校验，发现SCBA 存在气瓶皲裂、软管老化等情况及时进行更换或维修。

4 设施设计参数说明

以上安全设施设计对应动作参数设置，结合了苯乙烯理化性质及笔者过往工作经历，仅供参考，不同区域气候条件、厂址环境及人员操作习惯存在差异，需要根据实际情况进行设计与应用。

5 结语

为避免苯乙烯储存过程中，因自聚、泄漏等情况发生的火灾爆炸和人员中毒，在苯乙烯基本理化性质及现有化工企业实际应用的基础上，结合风险分析与运营过程中出现过的异常情况，开展安全设施设计，建议从苯乙烯出厂即添加阻聚剂，储罐设置贫氧或氮封，安装温度和压力探测，探测模块根据具体情况联锁进料泵、冷却水、仪表风、废气排放开关等执行机构，进行降温、泄压、排空等调节。同时，在储罐顶部设置抑制剂系统，储罐急剧升温时自动添加，终止自聚反应或减小反应失控。配备的设施按照法规要求进行定期校验、检测与测试，开展预防性检维修，确保设施完好。针对设置的报警，从管理上区分低低报、低报、高报、高高报，通过不同颜色、声光的形式进行反馈，同时，在SOP 和现场应急处置中，明确各级报警的应急响应时限和应急处置措施，定期开展培训与演练，确保应急报警能够得到及时、有效的响应和处置。在此基础上，通过设施的本质安全设计、人员的规范操作、异常的及时处置，化工企业能够有效地进行苯乙烯储罐的安全管理，为化工企业的持续稳定运行提供安全保障。