危险工艺(合成氨、氧化工艺)

主要内容一、危险化学品生产的特点和安全在危险化学品生产中的重要地位以及危险化学品生产中的事故特点二、与危险化学品生产项目设计密切相关的两个常用的设计规范《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008《爆炸.和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92三、首批重点监管的危险化工工艺合成氨工艺氧化工艺一、危险化学品生产的特点和安全在危险化学品生产中的重要地位以及危险化学品生产中的事故特点1、危险化学品生产的特点（1）生产涉及的物料绝大多数具有潜在危险性危化生产使用的原料、中间体和产品不仅种类繁多，而且绝大多数为易燃、易爆、有毒、有害、有腐蚀性的危险化学品。例如：合成氨生产使用的原料气——半水煤气、焦炉气、天然气及净化过程中产生的变换气、脱碳气、转化气、合成气等都是易燃、易爆物质组成的混合气体。在空气中达到一定的浓度，遇火源即会发生火灾、爆炸事故，而混合气体中的CO、H2S、NH3还具有较强的毒性。这些潜在危险性决定了在生产过程中对危险化学品的使用、储存、运输都提出了特殊的要求，若稍有不慎就会酿成事故。（2）生产工艺过程复杂、工艺条件苛刻从原料到产品，一般都需要经过许多生产工序和复杂的操作单元，通过多次反应和分离才能完成，这其中有很多化学反应是在高温、高压，有催化剂的条件下进行的。例如：以煤为原料的合成氨企业（煤头企业），生产的主要工序方块流程示意图如下：造气湿法脱硫原料气半水煤气变换压缩氨库液氨氨合成合成气气体精制脱碳变换气脱碳气危险化学品生产的各工艺过程的工艺参数前后变化很大，有些反应要求的工艺条件很苛刻，像用甲醇和空气氧化生产甲醛的反应，其物料比就处于爆炸范围附近，控制上稍有偏差就有发生爆炸的危险。银催化法——操作时原料中甲醇浓度高于爆炸上限（通常大于36%），即在甲醇过量和较高温度下操作；而铁钼催化法——操作时空气过量，在空气、甲醇混合气体中，甲醇浓度低于爆炸下限（通常小于6.7%）,甲醇几乎全部转化,得到低浓度甲醛产品。这部分内容我将在讲氧化工艺时还要重点介绍。再比如，像我们熟知的工业上氨氧化法制硝酸工艺，就是将氨和空气混合在铂合金催化剂下接触氧化生成NO，然后进一步氧化生产NO2，最后用水吸收制成稀硝酸，反应就是在氨和空气混合爆炸极限边缘下进行的，NH3/空气比的控制非常重要。（3）生产规模大型化、生产过程连续性强现代化工生产装置规模越来越大，以求降低单位产品的投资和生产成本，提高经济效益。例如：现代新建的合成氨装置最小规模为年产18万吨合成氨，配套30万吨/年尿素。装置的大型化有效地提高了生产效率，但规模越大，系统内储存的危险物量就越多，潜在的危险能量也越大，事故造成的后果往往也越严重。危化生产从原料输入到产品输出具有高度的连续性，前后单元息息相关，相互制约，某一环节发生故障，常常会影响到整个生产装置的正常进行。由于装置规模大且工艺流程长，因此使用设备的种类和数量都相当多。如一套1830装置，大约有造气炉、反应炉、换热器、塔、槽、泵、压缩机等设备400多台件，管道上千根，还有各种控制和检测仪表，这些设备、管线及仪表如维修保养不良很易引起事故的发生。（4）生产过程的自动化从生产方式来讲，目前新建的危险化学品生产装置已经从过去落后的坛坛罐罐的手动操作向自动化方向发展。由于装置大型化、连续化、工艺过程复杂化和工艺参数要求苛刻，因此现代化生产过程用人工操作已不能适应其需要，必须采用自动化程度较高的控制系统。近年来随着计算机技术的不断发展，生产中普遍采用了先进的DCS集散型控制系统。对生产过程的各种工艺参数和开停车实行监视、控制、管理，从而有效地提高了控制的可靠性。但是，现阶段仍有较多的中小合成氨企业，由于规模小、建厂早，受资金限制，一直未进行大规模的技术改造。大量还是靠手动操作，人机接触相对紧密，岗位工作环境差，劳动强度大，极易导致事故的发生。为此《国务院安委会办公室出台了关于进一步加强危险化学品安全生产工作的指导意见》（安委办[2008]26号，指导意见中明确要求，对涉及危险化工工艺的生产企业，要制订计划、落实措施、加快推进，力争在2010年底前完成生产装置的自动化改造工作。以提高生产装置的本质安全水平，促进企业安全生产条件的进一步改善。各级安监部门要严格安全许可审查条件，把好安全准入关，并将其纳入颁发（换发）安全生产许可证的条件要求之一。在危险化学品生产中，不同的化学反应有不同的工艺条件，不同的化工过程有不同的操作规程。正确理解和掌握这些典型的化学反应和相应的安全技术，对危险化学品生产的安全管理是非常重要的。2、安全在危险化学品生产中的重要地位安全是人类赖以生存和发展的最基本需要之一。在讲企业管理时，马斯洛的需要层次理论中，它把人类的各种各样的需要分成五种不同的需要，并按其优先次序，排成阶梯式的需要层次：自我实现的需要、尊重需要、归属需要、安全的需要和生理需要。其中生理需要（吃、穿、住、用、行等）是人类生存最基本的需要，其次就是希望得到安全，没有伤亡、疾病和不受外界威胁。可见安全是人的最基本和低层次的需要。危险化学品生产由于具有上述的特点，发生事故的可能性及其后果比其他行业一般来说要大的多，而发生事故必将威胁着人身的安全和健康，有的甚至给社会带来灾难性破坏。例如：1984年12月3日发生在印度博帕尔市农药厂的毒气泄露事故，由于储罐上安全装置有缺陷，管理上也存在问题，致使55吨甲基异氰酸酯几乎全部泄露，造成20多万人受到不同程度的中毒，死亡数千人，生态环境也遭到严重破坏。我国化工行业也曾发生过多起重大的恶性事故。血的教训充分说明在危险化学品生产中如果没有完善的安全防护设施和严格的安全管理，即使拥有先进的生产技术，现代化的设备，也难免发生事故。因此，安全在危险化学品生产中有着非常重要的作用，安全是危险化学品生产的前提和关键，没有安全作保障，生产就不能顺利进行，同时安全也是和谐社会的重要组成部分。随着社会的发展，人类文明程度的提高，人们对安全的要求也越来越高，企业各级领导、管理干部、工程技术人员和操作工人都必须做到“安全第一，预防为主”，把安全生产始终放在一切工作的首位。3、危险化学品生产中的事故特点（1）火灾、爆炸、中毒事故比例大根据有关统计资料，危险化学品生产中的火灾、爆炸事故的死亡人数占因工死亡总人数的13.8%，居第一位；中毒窒息事故致死人数为死亡总人数的12%，占第二位；高空坠落和触电，分别占第三位、第四位。（2）正常生产时事故的多发性正常生产活动时发生事故造成死亡的占因工死亡总数的66.7%，而非正常生产活动时仅占12%。①危险化学品生产中有许多副反应发生，有些反应机理尚不完全清楚；有些反应则是在危险边缘（如爆炸极限）附近进行生产的，例如下面要讲的典型氧化工艺——乙烯氧化制环氧乙烷、甲醇氧化制甲醛、氨氧化制硝酸等，生产条件稍有波动就会发生严重事故。②危险化学品生产工艺中影响各种参数的干扰因素很多，设定的参数很容易发生偏移，而参数的偏移是事故发生的根源之一。即使在自动调节过程中也会产生失调或失控现象，人工调节更易发生事故。③由于人的素质或人机工程设计欠佳，往往会造成误操作，如看错仪表、开错阀门等。特别是现在的化工生产中，人是通过控制台进行操作的，发生误操作的机会更多。（3）材质、加工缺陷以及腐蚀危害危险化学品生产的工艺设备一般都是在苛刻的生产条件下运行的。腐蚀介质的作用，振动、压力波动造成的疲劳，高低温对材质性质的影响等都可造成安全问题。生产设备的破损与应力腐蚀裂纹有很大关系；设备材质受到制造时的残余应力和运转时拉伸应力的作用，在腐蚀的环境中就会产生裂纹并发展扩大。在特定条件下，如压力波动、严寒天气就会引起脆性破裂，可能造成灾难性事故。（4）危险化学品生产中事故的多发期危险化学品生产常遇到事故多发、连续发生的情况，给生产带来被动，这并不奇怪，是很自然的事情。危险化学品生产装置中的许多关键设备，特别是高负荷的塔、压力容器、反应釜、经常开闭的阀门等，运转一定时间后，常会出现多发故障的情况，这是因为设备进入到寿命周期的衰老阶段，是事故的多发期。对待多发事故必须采取预防措施，加强设备检测和监护措施，及时更换到期设备，杜绝设备超期服役。二、与危险化学品生产项目设计密切相关的两个常用的设计规范《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008《爆炸.和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-921.《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008本规范刚修订过，于2008-12-30发布，2009-07-01实施，在旧规范实施时，有人认为该规范不适用于以煤为原料的化工项目，但本次修订后，在总则1.0.2条条文说明中明确了“以煤为原料的煤化工工程，除煤的运输、储存、处理等以外，后续加工过程与石油化工相同，可参照执行本规范”。在本次修订中，为了突出对人员的保护，贯彻“以人为本”的理念，引入了全厂性重要设施这个概念。2.0.5全厂性重要设施发生火灾时，影响全厂生产或可能造成重大人身伤亡的设施。分为以下两类：第一类：发生火灾时可能造成重大人身伤亡的设施。主要指全厂性的办公楼、中央控制室、化验室、消防站、电信站等。第二类：发生火灾时影响全厂生产的设施。主要指全厂性的锅炉房和自备电站、变电所、空压站、新鲜水加压泵房、循环水场的冷却塔等。本规范对这两类设施分别制定了更大的防火间距和较大的防火间距。2530丙3035乙3540甲第二类第一类全厂重要设施火灾类别5.1.3在使用或产生甲类气体或甲、乙A类液体的工艺装置、系统单元和储运设施区内，应按区域控制和重点控制相结合的原则，设置可燃气体报警系统。条文说明：本条是根据国外经验和国内众多石油化工企业的事故教训制定的。例如某厂液化石油气罐区管道泄露出大量液化石油气，直到天亮才被发觉，幸好附近无明火，未酿成重大事故；1999年我省某化肥厂合成循环机厂房，因仪表管线（单引）焊缝振裂，造成氮氢气大量泄露，未即时被发现，充满整个厂房，当巡检操作人员发现后，违反操作规程，不是打开窗户先尽快通风，而是急于倒机，当按下备机现场启动按扭（不防爆）时，产生火花，造成厂房空间爆炸，这位操作工当场被炸死，将整个人贴在墙上，现场很惨；同时由于厂房卸压面积不够，造成厂房屋顶砼盖板蹋落，整个厂房摧毁，周边建筑物玻璃振碎，造成全厂长时间的停产。这些事故若能及时发现并采取措施，就可能避免火灾和爆炸，减小事故的危害程度。因此，在可能泄露可燃气体的设备区，设置可燃气体报警系统，可及时得到危险信号并采取措施，以防火灾爆炸事故的发生。通常，可燃气体报警系统一般由探测器和报警器组成，也可以是专用的数据采集系统与探测器组成。可燃气体报警信号不仅要送到控制室（有人值守），也应该在现场就地发出声/光报警信号，以警告现场人员和车辆及时采取必要的措施，防止事态扩大。5.2.16装置的控制室、机柜间、变配电所、化验室、办公室等不得与设有甲、乙A类设备的房间布置在同一建筑物内。装置的控制室与其它建筑物合建时，应设置独立的防火分区。条文说明：装置的控制室、机柜间、变配电所、化验室、办公室等为装置内人员集中场所或重要设施，且又可能是点火源，因此其与发生火灾爆炸事故几率较高的甲、乙A类设备的房间不应布置在同一建筑物内，应独立布置。5.2.17装置的控制室、化验室、办公室等宜布置在装置外，并宜与全厂性或区域性统一设置。当装置的控制室、机柜间、变配电所、化验室、办公室等布置在装置内时，应布置在装置的一侧，位于爆炸危险区范围以外，并宜位于可燃气体、液化烃和甲B、乙A类设备全年最小频率风向的下风侧。条文说明：装置的控制室、化验室、办公室是装置的重要设施，是人员集中场所，为保护人员安全，要求将其集中布置在装置外，从集中控制管理理念出发，提倡全厂或区域统一考虑设置。若生产要求上述设施必须布置在装置内时，也应布置在装置内相对安全的位置。5.2.18布置在装置内的控制室、机柜间、变配电所、化验室、办公室等的布置应符合下列规定：1.控制室宜设在建筑物的底层；2.平面布置位于附加2区的办公室、化验室室地面及控制室、机柜间、变配电所的设备层