环氧乙烷使用安全要点及储存系统设计概述

admin

环氧乙烷，又称氧化乙烯，具备易燃易爆和高毒性的特点，其安全管理不仅参照液化石油气的标准，更需考虑其独特性质。国家质检总局在2004年5号公告中明确提出对环氧乙烷类产品的严格监管，无证生产和销售都将受到查处。随着规范修订、监管加强以及新政策的要求，环氧乙烷生产企业在上世纪末建造的装置面临巨额改造或淘汰的困境。近年来，环氧乙烷的安全事故频发，如2004年美国加利福尼亚州的爆炸事故和2022年中石化上海石化的泄漏爆燃事故，都警示我们必须时刻警惕环氧乙烷的危险。

掌握环氧乙烷在不同状态下的理化特性，对于确保生产装置的安全运行至关重要。其突出的理化特性包括毒性、易燃易爆性和聚合性。环氧乙烷是一种无色易挥发的液体，具有醚类香味，能与多种物质互溶，且化学性质活泼，超过40℃即可发生聚合反应。在常温下，它还会受到酸碱、金属氧化物和氯化物的催化作用而自行聚合，导致工艺管道阻塞。此外，环氧乙烷的爆炸温度可在极短时间内由571℃升至1200℃，危险性极高。
环氧乙烷的职业接触限值为2mg/m³，这一标准由美国职业防护与保健局（OSHA）在1984年制定，其中规定了8小时的平均允许浓度为1ppm，并废除了先前关于工作环境中最大允许浓度为50ppm的规定。环氧乙烷不仅易燃且有毒，还具有致癌性，因此被列为危险化学品和重点监管对象。当其最低年设计使用量达到《危险化学品使用量的数量标准（2013年版）》的规定时，即360t/a，企业需要申领危险化学品安全使用许可证。此外，环氧乙烷作为一种高度活泼的烧化剂、刺激剂和神经毒剂，其急性中毒主要会对中枢神经系统和呼吸系统造成损害。吸入环氧乙烷后，呼吸系统会受到刺激，可能导致化学性急性气管支气管炎、支气管肺炎以及肺水肿。同时，急性环氧乙烷中毒还可能引发其他器官功能异常，如心肌损害、肝肾功能异常等。
另外，根据GB 50016—2014《建筑设计防火规范（2018年版）》或GB 50160—2008《石油化工企业设计防火规范（2018年版）》，环氧乙烷被归类为甲类或甲A类火灾危险性物质。这种物质极易溶于水，在4%及以下浓度的水溶液中是相对安全的。然而，环氧乙烷面临多种不安全因素，包括高温或明火、雷电、电火花、静电以及能引起其聚合的介质。这些介质中，有些是氧化剂如氧气和空气，有些是金属如铁、铝、锡和汞，还有些是金属氧化物和碱金属的氢氧化物。此外，酸和金属的乙炔化合物也可能引发危险。

过去发生过多次由这些不安全因素导致的事故。例如，安徽省铜陵市第二化工集团化工厂曾因环氧乙烷放空时产生的静电引发火花并回火造成爆炸；九江化工厂也发生过类似的雷击事故；还有Sterigenics国际公司医用品灭菌装置因误操作导致环氧乙烷接触催化氧化器（内含明火）引发爆炸。这些事故都提醒我们，必须严格遵守安全规范，隔绝一切可能肇事的火源和高温，对电气设施及其控制实施防爆措施，确保附近金属设备、管道等具备导静电设施，并设置防雷设施。同时，涉环氧乙烷的管道或设备应采用不锈钢等非铁制材料，以保障生产安全。

存储体系涵盖了进料系统、贮罐本体、冷却系统、安全泄放系统、氮封系统、吹扫系统、温度压力检测系统、（气力）输料系统、排污系统以及分析取样系统等多个关键组件。这些设施的合理配置对于确保系统的安全性和高效性至关重要。特别值得一提的是，气力输料方式相较于传统的泵输送，不仅节省了设备成本，还显著提升了安全性。在氮气环境中，环氧乙烷的爆炸下限提升至75%，远高于其在空气中的3%，这意味着在氮气保护下，环氧乙烷更加安全稳定。此外，氮封系统通常采用三阀组（开关阀）设计，以实现精确控制。在卸车环节，由于环氧乙烷的易燃易爆特性，需格外小心。标准的卸车程序包括连接静电接地线、连接卸车鹤管与槽车出料管、充氮气维持混合气体总压在25MPa，以及在槽车卸空后充装氮气以维持内部压力等步骤，以确保卸车过程的安全无误。

环氧乙烷贮罐工艺要点

环氧乙烷的贮存需要在特定的工艺条件下进行，以确保其安全与稳定。其操作温度通常维持在0~5℃，这是为了减缓环氧乙烷的聚合反应，并减少其气化挥发损失。因此，冷却设施是必不可少的，通常选用40%乙二醇-水溶液进行冷却。同时，操作压力应设定为相应温度下的饱和压力，而设计压力则需高于失冷后的环境温度（约40℃）所对应的饱和蒸汽压，以确保安全，取值为8MPa。在装料方面，单罐装料系数宜控制在85以内，若采用双罐配置，装料系数可调整为5，便于在需要时进行倒罐操作。

1 选材设计要点

正确的材料选择对于确保工程安全至关重要。在环氧乙烷贮罐和管道的材质方面，应优先选用304或316L不锈钢，避免使用铸铁、镁合金、汞合金等不适宜的材料。此外，对于双端面机械密封泵，推荐使用屏蔽泵、磁力泵或氮气压送方式，不建议采用填料密封或单端面机械密封机泵。同时，隔热材料应选择闭孔绝热材料，如泡沫玻璃物棉，以防止吸湿吸潮。垫片和阀门填料应选用不锈钢缠绕高纯（98%）柔性压缩石墨，确保其具有优良的密封性能。阀门优选闸阀、截止阀、高性能蝶阀，避免使用旋塞阀、球阀等易聚合的阀门。

2 系统设计要点

在环氧乙烷工艺系统中，应重点防止危险杂质（如水、空气、铁锈等）的混入，同时确保防泄露、防气化和防聚合的安全措施得到落实。在输送管路方面，应避免气袋和液袋的产生，并采取措施防止物料倒流。推荐使用焊接而非法兰连接方式，以降低泄露风险。此外，输送环氧乙烷的管路应配备伴冷和绝热设施，以确保其安全稳定的输送。
（4）管路应配备氮气吹扫线，并采取逆止措施，以防止物料倒流；
（5）应避免出现封闭管段，如不可避免，则应设置安全阀以保障安全。

氮气吹扫系统

（1）在设计和操作说明中需明确：贮罐启用前，必须使用纯度9%以上的氮气进行置换，并经分析化验合格后方可进料；
（2）材质应选用不锈钢；
（3）系统需设置逆止和切断阀门，以确保操作安全。

氮封系统

（1）氮封压力应不低于5MPa，以维持罐内正压；
（2）同样需设置逆止和切断阀门，保障系统稳定。

泵系统

（1）泵和贮罐应分开布置，并保持足够的安全间距；
（2）应采取措施防止空转、无料输送和低流量输送；
（3）设置高出口温度和高进出口温差联锁停泵措施，确保泵的安全运行。

卸车系统

（1）设计温度范围为-10~20℃；
（2）充装系数不超过79kg/L；
（3）设计压力为8MPa，同时以-1MPa校核罐体刚度，取较大值设计壁厚；
（4）物料装卸应采用上装上卸方式，装卸管道为不锈钢金属波纹软管，不得使用带橡胶密封圈的快速连接接头；
（5）汽车罐车需配置高纯氮气瓶并与罐体连接；
（6）置换用氮气纯度不低于9%，氮封中氧含量不超过5%；
（7）汽车罐车应配备阻火器装置，确保卸车安全。

安全泄放系统

（1）采用双安全阀与爆破片组合使用，确保安全泄放；
（2）泄放管路设置氮气吹扫措施，既可稀释泄放气又可防堵塞；
（3）单独泄放，禁止混合排入火炬系统或装置放空系统；
（4）应有收集处理措施，禁止直接排空，确保环保安全。

安全仪表系统（SIS）

（1）当贮罐体积大于11m³时，必须设置SIS以确保安全监控；
（2）SIS应独立于Dcs操作系统，确保安全可靠。

3环氧乙烷贮罐的安全仪表系统

（1）设置安全仪表系统的判据

若环氧乙烷贮罐的体积超过11m³，则必须依据相关规定设置独立的安全仪表系统。根据安监总管三〔2014〕116号文的规定，自2016年1月1日起，新建化工装置和危险化学品贮存设施若涉及“两重点一重大”（即重点监管危险化学品、重点监管危险化工工艺和危险化学品重大危险源），必须设计符合标准的安全仪表系统；至2018年1月1日起，所有新建涉及“两重点一重大”的设施均需如此。

（2）安全仪表功能清单

鉴于环氧乙烷的重大危险源临界量甚低，因此通常需要设置安全仪表系统。具体功能如下：

环氧乙烷储罐：
（1）当液位计触发高位报警时，应连锁高高位切断环氧乙烷进料阀；
（2）若可燃气体报警仪高浓度报警，则应连锁开启消防喷淋开关阀并关闭环氧乙烷进料阀；
（3）在装卸点，若可燃气体报警仪触发高限报警，同样应连锁开启消防喷淋阀并关闭环氧乙烷进料阀。

紧急停车措施：
在紧急情况下，需触发人工确认连锁，以执行包括关闭出料阀、开启消防喷淋阀、关闭循环泵、紧急放空等在内的系列动作。

结语

环氧乙烷存贮设施的设计与安全管理，均需紧密结合其物化特性。设计人员和管理者应深入把握环氧乙烷的独特性质，并在实际工作中灵活运用，以确保安全原则和措施得到切实执行。只有这样，才能提升设计质量，降低事故风险，保障生产装置的安全稳定运行。

举报/反馈

评论