丙烯腈罐区的安全设计

1、 与毫 乏 全 托工 妥全与 阮 傥2 0 1 2 年第3 3 期 丙 烯 腈 罐区 的 安 全 设 计 赵义广 东寰球 广业 工程 有 限公 司 丙烯腈是典型 的剧毒化学 品，属于 国家安 全监管总局首批 重点监管 的危险化学 品 ( 安监总 厅管三 2 0 1 1 第 9 5号) ，职 业危害程度分级为高度 ( H级) ，也是易燃 、易爆 、易挥发的介 质 ，火灾分类为甲 B类 ，并且在有氧 、高温场合下 ，易发生聚 合反应 ，因此对它 的安全存储 、使用 、运输 、检 测 、监控等提 出了更高的要求。下面从设备选型 、工艺过程 、安全 监测与 自 动控制等多个方面讨论 丙烯 腈罐 区的安全设计 ，以保证储运安 全的同时 ，尽量减少对操作人员和周围环境的影响。 一 、工艺 流程 丙烯腈经由船运 至液体 化 工码头 后 ，由卸 船泵 输送 至剧 毒品储罐 储存 ，然后通 过专 用泵 组 ，经 剧毒 品 专用管 道 ，输 送至生产企业 中间储罐使 用 。每次 卸 完船后 采 用扫线 装置 清 扫管线 ，设置专线专罐 ，每 条 线均 用扫 线球 ，以氮 气推 动对 管道进行清扫。 储罐的

2、工艺流程 图见图 1 。 2 储 罐 安 全 附 件 丙烯腈储罐 的安全 附件 主要 是氮气 密封 系统 、压 力控 制 系统 、呼吸 阀 、紧急泄放 阀等 。 ( 1 ) 氮 气 密 封 系统 丙烯腈为易燃易爆 的剧 毒化 学品 ，其 储存 场合 需要避 免 因物料与大气接触 而形成 爆炸性 危险 气体 ，因此储罐 设 置氮 气密封系统 。 由氮气管 网来 的较 高压 力的氮 气经 氮封 阀减 压后送 入储 罐 ，并维持罐内一定压力。当储罐 内储 存的丙烯 腈被泵抽 出 ， 或 由于温度 的降 低 致使罐 内的气体 部 分 冷凝 或冷 却 收 缩时 ， 补入氮气 ，以避免空气的进入或将罐抽 瘪。 氮封阀采用 自力式调节阀 ，结 构紧凑 、小 巧 ，系统 简单 、 可 靠 ，安装方便 ，压力设 定可 以现 场微 调 ，且 压 力控 制灵 敏 度 高 ，氮封 阀能达 到气泡 级 密封 ，能最 大 限度减 少丙 烯腈 的 蒸发损耗和泄漏 。 ( 2 ) 压 力控 制 系统 二 、 储 罐 及 其 安 全 附 件 选 型 体 的 篡 羹 莲 盖 曩 塞 主 1 储罐选型 和选材 力控制系统

3、，当罐 顶压 力达 到操 作 上 限值 时 ，调节 阀 打 开 ， 罐 区设置 2台 3 0 0 0 m 的丙烯腈 储罐 ，根据介 质易燃 、易 将超压废气排往废气处理设施。 挥 发 、剧 毒 的特 性 ，结合 现 行 的 石 油化 工储 运 系统 罐 区设 计 规范( S H 1 r 3 0 0 7 ) ，设计 采 用低 压 立 式圆 筒形 内浮 顶储 罐 ，并 采取 氮气 密封 措施 。 储 罐 按 照 钢 制焊 接 石油 储罐 ( AP I 6 5 0 2 0 0 9 )进行设 计 ， 设 计 压 力一 6 5 0 1 5 0 mb a r ，较 国内一般 常压罐 的 设 计 压 力( 一 5 0 2 0 mb a r ) 高 ，可 以有 效减 少 储罐 的大 小 呼吸损失 ，利于环境保护 。 储罐 用材 充 分 考虑 储 罐 的 使 用 工况 ，储存 介 质 特性 ，材 料 的机 械 性 能 、化 学 成 分 、焊 接 性 能 等 因 素 。根 据 现 行 的 碳素结构钢和低 合金 结构钢热 轧 钢 钣和 钢 带 ( G B I “ 3 2 7 4 ) 和 压力容 器 第 二部

4、 分 ：材 料 ( G B 1 5 0 2 2 0 1 1 )等标 准 的规 定 ，储 罐材 质选 用 Q 3 4 5 R，属 于压 力 容器 用 材 ，可 作 为 剧毒 品储罐 用材 。 2 O 图 1 储 罐的工艺流程图 cHE M lcAL sA F ET Y & E Nvt RoN M E N T 废液密翩收集 托工妥全与 境2 0 1 2 年第 3 3期 ( 3) 呼 吸 阀 对于储存石油化 工产 品 的低 压储罐 ，呼吸 阀 是至关 重要 的保护措施 ：通过呼吸作用使储 罐在进 出料或 温度变 化时 ， 保持罐 内正常 的压 力状 态 ，防 止超 压或 超 真空 致 储罐 受 损 ； 罐顶安装呼吸 阀能 够大大 减 少储存物 料 的蒸 发损 耗 ，并降 低发生火灾 的危险 。 呼吸阀为直接荷 载弹 簧 式 ，通气 量 为由液 体进 出料 所造 成 的呼吸量和 因环境温 度变 化所 造成 的呼吸 量 之和 ，定 压根 据 呼吸阀特 性综合考虑确定 。 ( 4 ) 紧 急 泄 放 阀 紧急泄放阀是储 罐 的一种 事故 工况 安全 设施 。当可 燃液 体储罐遭遇外部 火灾时 ，会

5、 产 生大 量 的气体 需要 排除 ，另一 方面 紧急泄放阀也作为气封系统或呼吸 阀故 障时 的保 护措施 。 紧急泄放量按外 部火灾 工况考 虑 ，计 算方 法参 照 常压和 低 压储罐的泄压 ( A P I 2 0 0 0 ) 。紧 急泄放 阀定 压按照 泄放 压力 不超 过储罐 设计 压力的 1 2 0 来确定 。 三 、安全检 测 与 自动 控 制 应按照 危 险化 学品重大危险源安 全监控 通用技术 规范 ( A Q3 O 3 5 2 0 1 0 )和 危险化 学 品重 大危 险源 罐 区 现场 安全监控 装备 设置 规范 ( AQ 3 o 3 6 2 0 1 0 )及 相关 的标 准 、 规范 、规定要求 ，进 行丙 烯腈罐 区 安全检 测 与 自动控 制 的设 计 。安全监测与监控 预警 参数 的选择 主要 以预 防和 控 制重大 工业事故为 出发 点 ，根 据对罐 区 危险 及有 害 因素 的分析 ，结 合储罐等设 备的结构 、材 料 、储 存介 质特 性 以及现 场 环境 条 件等 的不同 ，选取相应 的监控设施 。 1 储罐 内安全检测与监控设施 ( 1 ) 温 度

6、 检 测 与 监 控 由于丙烯腈在温度 高于 3 0 C时会发 生聚合 反应 ，储罐 的 温度检测就要求 有较 高的精 度。设计 时 ，要采 用多 点平均 温 度计 ，既能显示罐 内介质 的平均 温度 ，又 能显 示每 一个 测量 点的温度 ，以确保介质 不超 温储 存 。同时 ，设 置 有温 度超 高 报警 ，连锁启动储罐外循环冷却系统 。 ( 2 ) 压 力检 测 与 监控 为了避免储罐出现 超 压或 者负 压 的情 况 ，储 罐顶 部 设置 一 套 隔膜式压力变送 器 ，设 置高 、低 压 报 警。当储 罐 压 力达 到设定 压力时 ，罐 顶压 控 阀打开 ，将 超 压气体 排 至废 气处 理 单 元 ；当储罐低压报 警时 ，由现 场人 员检查 罐顶 呼 吸 阀 、氮 封 阀等附件 ，确定和排除低压 故障 。 ( 3 ) 液位 检 测 与 监控 为了避免储罐 出现液 位超 高引起 冒罐 或 者液 位超 低 引起 泵 的吸入 问题 ，每座储 罐设 置两 套独 立 的液位 监测 系统 。考 虑 到丙烯腈 的毒害性 ，液位计 采用 非接 触式 的雷 达液 位计 和 外贴 的超声波液位计

7、 。 储罐设有低液位报警 ，报警值满足从报警 开始 1 o 2 0 mi n 内泵 不 会抽 空 ；并 且设 有 低 低 液 位 连 锁 ，设 定 值 为 报 警 值 1 0 2 0 mi n后 的液位 ，当液位达到设定值 时 ，系统 自动切断 泵 入 口管道上 的紧急切断 阀并停泵 。 储罐设 有高 液 位报 警 ，报 警 值 为储 罐 的设 计 储 存液 位 。 储罐还设 有高 高 液位 连锁 ，设定 高 度从 高液 位报 警 开 始后 ， 工鹳安全 1 O 1 5 mi n最大进液量后的液位 ；当达到设定值时 ，系统 自动 切断 储罐 进料 管道 上的紧急切断阀。 2 罐 区 有 毒 气 体 检 测 报 警 设 施 根据 石油化 工可燃气体和有毒 气体检 测报警设 计规范 ( GB 5 O 4 9 3 2 0 0 9 ) 、 危险化 学品 重大危险源 罐 区 现 场安 全监控装 置设置规 范 ( AQ3 o 3 6 2 0 1 0 )等 的相 关要 求 ，结 合 丙烯腈气体 的理 化性 质 、释 放源 的特性 、储运 设施 用地 布 置 ，并考 虑气体 易于积聚和便于 采样检 测

8、等 因素 ，在 罐顶 部 、 罐底部进 出料 口、泵区 等设置 丙烯 腈专 用有毒 气体 探 测器及 报警器 。 3 火 灾 监控 与 报 警 设 施 罐 区防火堤 外 、泵区 、装 车 区设 手动 报警 按钮 ，火灾 报 警控制器设在控 制 室。控制器 通过 总线 联接 界区 内 的手动报 警按钮 、警铃及 火灾探 测器 等设 备 。界 区 内火灾发 生 时可 人 工按下手动报 警按钮 ，在控 制室 发 出声光 报警 信号 ，并联 锁 启动消防设备进行 灭 火。 同时 ，火灾 广 播 系统启 动 ，通 知 人 员疏散 。 有毒气体检测报警 系统能对 火灾发 生起到预 防控制 作用 ， 可以作为火灾 自动报警 系统 的有效补 充。 四、消 防 系统 罐区消防 系统 包括 消 防冷 却 喷 淋 系统 和泡 沫 灭火 系 统。 储罐 的消防主要 靠泡沫 消防 灭火 系统来 完成 ，消防 冷却 喷淋 系统则起到辅助作用 ，主要是在对着火罐 、邻近罐进行冷却 。 丙烯腈罐采用低 倍数 固定 式液 上喷 射泡 沫 灭火方 式 ，采 用 6 抗溶性氟 蛋白泡沫液作为灭火剂 ，泡沫混合液 供给强度

9、1 2 I mi n m ，持 续时间 2 5 mi n ；保护面积 一2 2 6 m ，液 上喷射 泡沫 混合 液量 4 5 I s ，一次灭火泡 沫混合 液用水量 Q一6 3 m 。 。 每座储罐均设计有 3台 P C 1 6 空气泡沫发生器。另外设计辅助 泡沫枪 1支 ，流量 2 4 0 I rai n ，连续 供给 2 0 mi n 。按 照 石 油 化工企业设计 防火规 范 ( G B 5 0 1 6 0 2 0 0 8 )第 8 4 5条 ，储 罐采 用固 定式 消 防 冷 却喷 淋 系 统 ，供 水 强度 2 5 L mi n m。 ： 根据 第 8 4 4条 ，相邻 罐 2个 ，罐 壁表 面积 按全面 积 一半 计 算 ，着火罐 1 个 ，按照罐 壁 表面 积 全面 积计 算 。丙 烯腈 按 固 定顶罐考虑 ，则需要冷却 的储罐 为 1个着火罐 ，2个距着 火罐 罐壁 1 5倍着火罐直径 范 围内 的相 邻罐( 2个 ) ，总 的冷却罐 壁表面积为 1 6 9 2 m。 ；罐直径小于 2 0 m，灭火延续时间按 4 h计 算 ，则冷却用水量为 1 O l 5 m 。 五 、其 他特 殊要 求 1 放 空处 理 丙烯腈储罐排放 的 废气 具有 高毒性 ，会对 环境 会造 成污 染 ，应采取无害化 的处 理措 施。储罐 呼吸 阀排 气 口应符 合 卫 生和安全要求 ，不直接 排 人大 气 ，而 是统 一 密 闭收集 、集 中 处理后再排放 。 尾气处理采用先水洗塔吸收 、后活性炭吸附 的工艺 。 ( 1 )根据丙烯 腈能 与稀碱 液进 行化 学 反应 的特 点 ，水洗 塔采用填料塔 ，稀碱 液 与尾气 逆流 接触 ，并保证 尾气 在碱 液 中有充分 的停 留时 间，进 行 良好 的化学 吸收 反应 过程 ，使 得 吸收率能达到 9 5 以上。 cHE Ml CAL S AFE T Y & E Nvl RoNME NT 。二 艺与毫 皂 托

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