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丁二烯裝置安全影響因素及其防范措施探討
【論文關鍵詞】丁二烯 安全因素 防范措施 探討
【論文摘要】通過分析丁二烯理化性質(zhì)和生產(chǎn)特點，確定影響丁二烯裝置安全的因素，制訂具體防火、防爆措施，防止其危險因素的產(chǎn)生，確保裝置生產(chǎn)安全。
1.前言
丁二烯在常溫下為無色、有芳香味、有毒氣體，是一種極易液化的無色氣體，與空氣可形成爆炸性混合氣體。稍溶于水，易溶于丙酮、苯等有機溶劑，易聚合，有氧存在下更易聚合。鑒于其自身性質(zhì)活潑的特點，使得丁二烯裝置在生產(chǎn)過程中存在著較多的不安全因素，如果在其生產(chǎn)過程中不能夠及時地排除這些不安全因素，將會導致非常嚴重的后果，甚至會導致整個裝置的毀滅。在國內(nèi)外同類裝置中，曾發(fā)生過許多惡性事故，如1969年，美國德克薩斯州的丁二烯裝置曾因乙烯基乙炔濃度過高引起分解爆炸、燃燒而毀滅；2001年中國錦州發(fā)生混合碳四球罐著火爆炸事故。因此，只有對這些不安全因素進行充分地分析研究，并采取確保安全的防范措施，才能保證丁二烯裝置穩(wěn)定長效生產(chǎn)。
2.丁二烯生產(chǎn)特點及危害性
2.1 易燃、易爆性。丁二烯與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴散到相當遠的地方，遇明火會引著回燃。若遇高熱，可能發(fā)生聚合反應，出現(xiàn)大量放熱現(xiàn)象，引起容器破裂和爆炸事故。
2.2 易聚性。丁二烯極易發(fā)生自聚，其自聚物有丁二烯聚物、橡膠狀自聚物、丁二烯過氧化自聚物和端基聚合物四種形式。這些聚合物后體積膨脹，產(chǎn)生大量的熱，可導致設備管道堵塞或爆炸。
2.3 易自燃。在一定壓力下，液態(tài)丁二烯極易吸附在端基聚合物的小孔中，用氮氣無法將丁二烯置換出來。當設備內(nèi)氧含量超標，自聚物受熱或被低壓蒸汽加熱時，蒸發(fā)出的丁二烯與設備內(nèi)空氣中的氧氣結合生成過氧化物會分解自燃，并很快將自聚物引燃。自聚物易脹裂閥門和管道。丁二烯常因在閥門和管道內(nèi)積存丁二烯大量外泄。同時，由于丁二烯的特性，泄漏后存在凍裂閥門和管道可能性。
3.影響丁二烯裝置安全的因素分析
通過分析丁二烯裝置生產(chǎn)特點及其危害性，我們不難看出，引起惡性事故、對裝置的安全構成嚴重威脅的不安全因素主要有以下幾個方面：
3.1 丁二烯裝置原料混合碳四中富含炔烴，如乙烯基乙炔、乙基乙炔、丙炔，這些炔烴均非常危險，超過一定濃度易發(fā)生分解爆炸。
3.2 丁二烯與氧接觸易形成過氧化物，丁二烯過氧化物極易自燃，錦州丁二烯裝置2001年發(fā)生的混合碳四球罐著火爆炸事故即是由于丁二烯過氧化物自燃引起的。
3.3 丁二烯性質(zhì)非�；顫姡诠芫�及設備死角易形成端基聚合物，端基聚合物的過量生成將會導致管線脹破、設備損壞，管線、設備內(nèi)的丁二烯會突然大量從脹破口沖出，造成火災爆炸事故。
3.4 在塔盤發(fā)生聚合堵塞時，塔內(nèi)的聚合物在較高溫度下可能發(fā)生燃燒，對設備構成威脅，如某順丁裝置在丁二烯回收塔處理過程中，經(jīng)蒸汽蒸煮后塔溫度尚未降至常溫時通入空氣，引起了聚合物的燃燒，幾乎將該塔燒斷。
4.主要防火、防爆措施
4.1 對炔烴類物質(zhì)危險性預防
4.1.1 碳四炔烴危險性的預防
碳四炔烴包括乙烯基乙炔和乙基乙烯，尤其以乙烯基乙炔最危險，具研究表明：當乙烯基乙炔濃度達到80%時，放熱反應在140℃開始，溫度在165℃時就會爆炸，因此，在生產(chǎn)中應嚴格控制乙烯基乙炔的濃度。丁二烯裝置碳四炔烴濃度最高的地方是洗炔塔塔頂，碳四炔烴由此排至火炬系統(tǒng)，必須嚴格控制好此處的碳四炔烴尤其是乙烯基乙炔的濃度，保證裝置安全。在生產(chǎn)中主要采取了以下措施控制碳四炔烴濃度在安全范圍內(nèi)：
4.1.1.1 保持脫氣塔側線采出溫度穩(wěn)定在125至130℃，以保證洗炔塔采出組成的相對穩(wěn)定。
4.1.1.2 保證炔烴在線分析的準確性。在線分析可以及時準確地反映出采出物流中碳四炔烴的濃度，因此在線分析的準確性非常重要，一方面可以保證炔烴的安全，另一方面還可以減少排放損失，可根據(jù)炔烴濃度調(diào)整排放量。
4.1.1.3 調(diào)整好抽余液稀釋物流的量。由脫氣塔側線采出的物流中大部分是水，當經(jīng)洗炔塔頂冷凝器冷卻后，水冷凝成液體，這時，碳四炔烴濃度會急劇升高，炔烴物流在進入冷凝器前先用抽余液進行稀釋，這樣可以保證經(jīng)冷卻器后的炔烴物流炔烴不超標，因此必須保證抽余液稀釋物流的流量，當原料中炔烴濃度升高時，應適當提高稀釋抽余液量。
4.1.2 丙炔的危險性的預防
丙炔也是一種高度危險的炔烴，丙炔濃度越高，越容易爆炸，當丙炔濃度為40%時，在100℃會發(fā)生爆炸，當丙炔濃度達到80%時，僅在25℃時就會發(fā)生爆炸，因此，在生產(chǎn)中應嚴格控制系統(tǒng)中丙炔的濃度，建議采取了以下預防措施：
4.1.2.1 控制好丙炔塔的操作穩(wěn)定，防止操作波動。
4.1.2.2 控制好丙炔塔頂溫度。根據(jù)設計數(shù)據(jù)，當丙炔塔頂溫度低于42℃時丙炔濃度達到50%，因此，控制好丙炔塔頂溫度是關鍵，必須將丙炔塔頂溫度控制在42℃以上。
4.1.2.3 保證在線分析的準確性，定期以化驗室分析標定在線分析的準確性，以防丙炔濃度超過50%。
4.1.2.4 丙炔線易發(fā)生堵塞，為防止丙炔線堵塞，影響丙炔排放，定期增大丙炔物流的排放，沖洗可能的堵塞物并試通管線，防止丙炔線堵塞。
4.1.3 碳四炔烴及丙炔濃度超標后的處理
4.1.3.1 碳四炔烴排放濃度超標后的處理。碳四炔烴分析接近或超過50%時，應增大碳四炔烴排放量，通過降低塔釜再沸器蒸汽量稍降低脫氣塔側線采出點溫度，同時增大抽余液稀釋物流。
4.1.3.2 丙炔濃度超標后的處理。當丙炔塔頂溫度接近42℃或濃度達到50%時，增大丙炔排放量，同時增大塔釜再沸器凝液量以增大塔上升蒸汽量，稀釋丙炔。
4.1.4 進一步減少炔烴危害的方法
引進選擇性加氫技術，將混合碳四中炔烴進行加氫使其轉(zhuǎn)變?yōu)?a target="_blank" title="烯">烯烴，這樣，丁二烯裝置安全性將會提高，同時產(chǎn)品收率會增大，加工損失率降低。
4.2 抑制丁二烯過氧化物的生成
丁二烯必須在較高氧含量的前提下才會生成，因此必須控制好丁二烯裝置系統(tǒng)氧含量，尤其在丁二烯濃度高的場所更要監(jiān)控好氧含量，建議采取以下方法：
4.2.1裝置區(qū)丁二烯純度較高的場所第二萃取精餾塔頂、丙炔塔頂、丁二烯精餾塔頂定期通過排火炬線排放降低塔頂氧含量。
4.2.2定期對丁二烯裝置第二萃取精餾塔頂、丙炔塔頂、丁二烯精餾塔頂做氧含量分析，控制系統(tǒng)氧含量低于10ppm。
4.2.3 定期對罐區(qū)丁二烯儲罐、混合碳四罐做氧含量分析，用高純度氮氣進行置換氧降低氧含量。
4.2.4 定期對易漏氧的真空系統(tǒng)進行氣密，防止真空系統(tǒng)泄漏，氧通過真空系統(tǒng)進入。
4.3 防止管線、設備死角產(chǎn)生端聚物
若要防止管線、設備死角產(chǎn)生端聚物，應設法減少死角或強制死角部位流動，防止端聚物積累，防范措施如下：
4.3.1 將丙炔塔、丁二烯精餾塔再沸器全部投用，不留備用，以防備用再沸器成為死角。當再沸器有堵塞現(xiàn)象時，通過實驗將堵塞較嚴重的再沸器切出清理后重新投用。
4.3.2 在安全閥引線較長的引入線根部增加爆破膜，以減少死角。
4.3.3 在丁二烯純度高的丙炔塔頂、第二萃取精餾塔頂、丁二烯精餾塔頂冷凝器折流板上部增加液體噴射線，這個噴射線由回流線上引出，一方面增加流動性，另一方面增加阻聚劑的含量，以此防止端聚物的生成并積累。
4.3.4 在死角如切換閥處增加噴射線，以使這一段死角通過液體流動來防止死角的形成，防止端聚物在此生成并生長。
4.4 防止聚合物的燃燒
為防止發(fā)生聚合物的燃燒，在停工處理過程中可采取以下措施：
4.4.1 在塔倒空后，當可燃氣測爆合格后方進行蒸汽蒸煮，防止聚合物吸咐過多的丁二烯。
4.4.2 蒸汽蒸煮后先用氮氣將塔內(nèi)溫度降至40℃后才開始拆卸塔人孔。
4.4.3 拆卸塔人孔后采取自然通風，并加強塔壁溫度情況，以防聚合物發(fā)生燃燒。
5.總結語
通過對丁二烯自身理化性質(zhì)與其危害性的分析研究，我們可以發(fā)現(xiàn)其裝置生產(chǎn)過程中存在許多的不安全因素，只有利用正確的科學理論和技術措施，結合以往丁二烯裝置生產(chǎn)運行的經(jīng)驗教訓，才能制定出有效的火災爆炸防范措施，排除這些危險因素，保證丁二烯裝置的安全生產(chǎn)。
作者簡介：
劉軍，武警克拉瑪依市消防支隊防火處助理工程師；
儲立，武警克拉瑪依市消防支隊防火處助理工程師。
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