化工行业装置资料-石油化工

在石油化工生产、加工、输送、储运中常常伴随着易燃、易爆、高温、高压、深冷、有毒有害和腐蚀等危险因素，由于高温、高压、深冷能够提高生产效率，降低能源，取得更好的经济效益，石油化工的生产工艺日益向高深发展，火灾的风险也随之加大。例如石油裂解装置内的温度高达800～900℃，生产尿素的反应压力在10MPa以上，高压聚乙烯需要在100～300MPa的压力和50～300℃的高温下才能聚合生成，乙烯生产要在～103℃的低温下才能运送和储存。高温、高压、深冷易使设备材料损坏，金属材料发生蠕变、改变金相组织，降低机械强度，低温会使得设备材料变脆易裂。因此事故易发、多发性、突发性和严重危害性是石油化工装置的主要特点。1987年7月8日的石化丙烯睛装置，1996年6月18日的高化苯酚丙酮装置，1996年7月19日和2002年7月23日的石化二次乙烯装置事故，以及今年9月19日的高桥精细化工厂事故，都说明了石油化工生产装置的事故多发性和危害性。研究石油化工装置的构造特点、火灾危险性和生产过程中的工艺要求，有助于我们了解掌握石油化工装置的特征和事故发生的规律，有助于我们掌握事故处置的主动权，针对性地采取处置对策，有助于减轻或消除事故危害。一、石油化工装置的构造特点及火灾危险性石油化工装置具有连续性、工艺过程的复杂性特特点，其装置布置高度密集，管道纵横交错，密密麻麻，让人眼花缭乱。在错综复杂尽管石油化工装置中，我认为塔、炉、罐、槽、泵、管线是构成石油化工装置的基本要素。因生产物料、产品工艺要求等生产要素不同，石油化工装置的工艺参数也有很大的差别。这里重点分析以下装置：（一）蒸发与蒸馏装置蒸发与蒸馏装置是石油化工生产的重要单元，应用十分广泛，蒸发是在液体表面发性的气化现象，是石化生产中最简单的过程，一般压力不大，温度不高，相对危险性较小，蒸馏是借液体混合物中各组分沸点的不同来分离液体，将混合物分离为纯组分的操作过程。蒸馏按操作方法分为间歇蒸馏和连续蒸馏；按压力分可分为常压蒸馏（一般蒸馏）、减压蒸馏（真空蒸馏）、加压蒸馏（高压蒸馏）、特殊蒸馏四种。其过程是原料→加热→蒸发→分馏→冷凝→不同产品用于蒸馏的主要设备称为蒸馏塔。蒸馏塔按塔板结构（内部结构）可分为填料塔、筛板塔、浮阀塔、沧罩塔、舌型塔、哨旋塔以及管式塔等多种形式的塔器。为了经济效益和安全设置的需要，在石油工业生产中采用常压蒸馏与减压蒸馏联用并连续进行的方法。常压塔的工作温度一般在370℃左右，例如：工作压力为0.2MPa的原油→换热器和加热炉加热到360～370℃→常压塔→分离出汽油、煤油、柴油。减压塔，温度为420℃，真空高为700～720mmHg（蒸馏装置）蒸馏装置主要火灾危险性：一是加热过热或用明火加热等引起火灾爆炸；二是塔壁、塔盘锈蚀使易燃液体或蒸汽逸出；三进出料管道焊接、密闭装置损坏，燃液体或蒸汽泄漏引发事故；四是物料凝结堵塞管道使塔内压力增高引起爆炸；五是减压蒸馏中由于内部压力低于常压，如设备密封不良易吸及空气而有引发着火或爆炸的危险。（一）深冷装置冷却、冷凝、冷冻是石油化工生产中重要环节，一般生产都有热交换，有加热也有冷却，通过热交换中的不同温度来控制、生产需要的产品。冷却、冷凝所使用的设备统称为冷凝、冷却器。一般说来，冷冻范围在－100℃内的称为冷冻，而在－100℃～200℃或更低的温度称深度冷冻或简称深冷。适当选择冷冻剂及其操作过程，几乎可以降到摄氏零度或绝对零度的程度。乙烯的沸点是－103.7℃，因此乙烯的生产装置需要经过深冷处理才能液化储存。一般常用的压缩冷冻装置由压缩机、冷凝器、蒸发器与膨胀阀四个部分组成。石化30万吨乙烯装置以柴油为原料，裂解和分离，生产聚合级乙烯和化学级丙烯的副产品。乙烯的沸点－103.7℃在常温下蒸发可得到－70～－100℃的低温，乙烯的临界温度为9.5℃，能在高压（3MPa）和较高的温度（－25℃）下冷凝，又能在低压（0.27Mpa）和较低温度（－123℃）下蒸发，石油化工生产中乙烯、丙烯是石油裂解的产品，可以就地取材，因此在石油化工生产中常把乙烯作为冷冻剂。乙烯生产中常用丙烯作乙烯的冷冻剂（乙烯在0.1Mpa下沸点－47.7℃），乙烯与丙烯交换冷却，经过多级压缩逐级降温，乙烯、丙烯在常温下均属可燃气体，乙烯的爆炸极限为2.75～34%，丙烯的爆炸极限为2～11.1%。由于乙烯、丙烯均属不饱和烃，性质的不稳定性、深冷装置高压和低温对装置的破坏性，以及乙烯、丙烯的易燃易爆性等特性，石油化工生产中深冷装置的火灾危险性极大。（三）聚合反应装置聚合装置是将若干个分子结合成一个较大的组成相同而分子量较高的化合物的反应过程，如聚氯乙烯是氯乙烯的聚合物等。聚合过程在工业上应用很广泛。乙烯低压聚合可生产高密度聚乙烯塑料；乙烯高压聚合可生产低密度聚乙烯塑料；丁乙烯、异戊乙烯、苯乙烯、异丁烯、氯丁二烯、丙烯睛等都可以通过聚合生产各种不同材质的橡胶。乙烯聚合目前主要有高压法和低压法两种。高压聚合法的生产压力在100～300MPa（1000～3000kgf/平方厘米），再进行二级压缩至100～280MPa（1000～2800kgf/平方厘米），经过预热进入聚合反应器，并连续加入少量氧或有机过氧化物，在100～220℃下聚合成熔融状聚乙烯，再生粒半成品聚乙烯。反应成为：低压法生产的压力一般低于2MPa，是将配制好的催化剂、活化剂和高纯度乙烯加入聚合釜内，在60～80℃和0.1～0.5MPa下进行聚合反应。在反应中采用较多的是以氧化镁为载体，四氯化钛为催化剂，三甲基铝或三异丁基铝为活化剂的催化体系进行聚合反应。乙烯低压聚合生产流程如图：聚合反应按照聚合分式可分为本体聚合，悬浮聚合、溶液聚合和乳液聚合、缩合聚合五种。聚合生产火灾危险性很大：一是反应压力高、速度快、易分解，如乙烯高压聚合反应一般在130～300MPa下进行，反应过程中流速很快，停留在聚合装置中的时间为10秒到几分钟，聚合温度高达150～300℃，再加上此条件下乙烯的不稳定性，能分解成碳、甲烷、氢气等，一旦反应失控很容易着火、爆炸。二是原料、单体、催化剂等易燃易爆，如烷基铝在空气中氧化自燃，遇湿燃烧爆炸，氧气作为催化剂加速反应，催化剂的加入均加速了反应过程，如投料控制不当，反应将是很危险的。三是聚合设备和管道常被聚合物堵塞，以致使装在反应器上的湿度计，放射性液面计不能起作用，导致反应失控。石化高压聚乙装置的爆炸威力，据技术人员介绍相当于0.5吨TNT炸药。高化厂的丁二烯聚合生产顺丁橡胶，脱氧、脱炔、聚合串联，聚合温度50～60℃，压力0.1～1MAa,使用酒精、丁二烯、金属钠等危险品，具有易燃、遇湿燃烧等危险特性。（四）催化重整装置在加热、加压和催化剂作用下，对原料的分子结构加以重新调整的工艺称为催化重整。催化重整主要是对直馏汽油、粗汽油进行重整，通过重整使原料中脂肪脱氢、芳香花和异构化，同时有轻度的热裂化，提高辛烷值。催化重整所用的催化剂有：钼铝、铬铝、铂、镍等催化剂。例如铂重整一般是以常减压蒸馏装置的轻汽油为原料，在铂（即白金）催化剂的作用下，重整调整分子结构，以提高汽油的辛烷值抽取苯、甲苯、二甲苯等化工产品。催化重整装置内塔群、设备管线多，原料及产品都是闪点较低的液体和爆炸性很强的气体。以预处理过程中大量使用氢气（1平方米原料油需加入70～120平方米的氢气）并在2～2.5Mpa的高压下加氢，且氢气对碳钢设备腐蚀很大，催化重整过程中，需要很大的加热炉才能供应所需的反应热，因此产生过程中火灾危险性很大。（五）热裂化装置热裂化装置是化工装置中较危险的生产装置，它主要是对常减馏分油在分馏塔与塔底重油一起加热，经裂化后进行冷却，进行高压蒸发、分馏、再进行低压蒸发获得裂解气、粗汽油和轻柴油。热裂化的主要火灾危险性在于，生产过程在高温、高压下进行，裂化温度450～770℃，压力2～7MPa，裂解加热炉管处用火加热至800～1000℃，装置内的油品温度一般超过其自燃点，若漏出即会起火。热裂化过程中产生大量的裂解气，一旦装置不严密很容易形成爆炸性气体混合物，遇加热沪火源爆炸。热裂化装置是事故多发装置。（六）氧化装置氧化和还源是石油化工生产的基本单元，如通过对氨的氧化制取硝酸；通过对乙烯的氧化制成环氧乙烷，通过对导丙苯的氧化制成苯酚丙酮。氧化装置生产过程非常危险。氧化反应通常是放热反应，有些反应工艺要求需要加热。如乙烯氧化成环氧乙烷，反应温度为200~280℃，反应压力为1～2MPa；异丙苯气化生成苯酚丙酮，反应温度为105～120℃，反应压力为0.3MPa。氧化装置最危险的设备是氧化塔，也称氧化反应哭。反应过程中投料配比不当，控温控压不当、仪器仪表提供数据有误等极易发生事故。（七）石油化工生产中的安全装置石油化工由于其生产中压力容器和物料具有高度危险性，为防止或减少事故发生，在石油化工装置设计建设中安装了许多安全装置。主要安全装置有：1、旁通管（阀）。在石油化工的自动化装置中生产进料、出料管上都设有旁通道，设置旁通管的主要作用一是满足集控操作需要，二是最大限度地满足安全要求；三是满足装置连续生产的需要。旁通管通常设置在自动调节阀的上部，装置运行中当仪表自动调节阀正常使用时处于常关状态。当自动调节阀失灵或检修时关闭两侧的检修阀，开启旁通阀，可以连续生产。当设备故障成反应失控时，也可以通过旁道管阀，导流，控制事态，降低危险性。判断旁道阀是否开关要看阀杆螺丝的长短，即螺丝长则开启，螺丝短则关闭。阀门的开关方式是逆时针为开，顺时针为关。形状速度要依据管道直径和流速等要素确定，通常是管径粗、流速快，开关速度慢，防止瞬间高压。完全断料需要同时关闭主、旁道两个阀门。2、紧急切断阀。紧急切断阀是自动化生产装置中的重要安全装置，在生产异常或发生事故等情况，装置控制室可以通过远程控制，直接切断进料阀门。紧急切断阀一般设置在较危险的装置进料管上，其两侧设有检修阀。3、安全阀、放空管、回收管、火矩。这些安全附件是压力装置中重要安全附件，当反应或装置内压力超过一定值时，安全阀会自行开启泄压或放空。安全阀通常设部。为确保放空物料的安阀上加装放空加上回收管，将放空物料回收到物料槽（罐）中储存或放空至火炬焚烧。但也有一些生产技术较落后或生产条件较差的企业不设回收管，发生事故时直接放空。放空物料（喷料）不回收会导致燃烧爆炸或扩大事故灾害。直接防空的管路应安装阻火器。安全阀的动作压力按装置的要求不同调节。4、防爆膜（爆破片）。在压力装置泄压孔上设置的金属薄片称为防爆膜，也称爆破片。当装置压力超过一定值时，金属薄片瀑破，达到泄压保护装置的目的。由于防火膜爆破后会发生大量冲料（喷料），对装置构成更大的危险。因此一般在放爆膜上加装放空回收管，将防爆模爆破后冲出的物料回收到槽（罐）或放空至火炬焚烧。但有些生产条件较差的装置不加装放空回收管。有些装置设双层防爆膜，并在防爆膜之间安装数据采集装置以装置以增加反应的安全性。5、数据资料采集装置。为了控制工艺参数，提高石油化工生产质量和效率，也为了生产安全，一般石油化生产设备在装置的不同部位装有温度，压力、物料（产品）等数据采集和采样装置，这些装置为操作、控制人员提供第一线真实资料，数据采集装置失灵，对生产安全将会构成极大威胁。6、氮气、蒸汽吹扫系统。多数石油化工装置安装有氮气和蒸汽吹扫系统，这些系统的管网与装置紧密相连，当生产工艺需要时，自动或手动开启氮气或蒸汽系统可以为生产工艺的服务；当设备抢修时可以对装置进行吹扫置换，为抢修提供安全保障；当装置发生故障或意外事故时，可以吹扫管路，加速气化，增加流速、防止物料沉积和堵塞，可以稀释物料、降低浓度、减缓反应或加压保护物料，也可以作为处置泄漏及火灾事故的稀释剂和灭火剂。7、报警装置、灭火装置。温度、压力、流速等工艺参数发生异常时在控制室发生的报警，生产装置及附近安装的可燃气体、有毒气体浓度检测、报警装置，都是石油化工生产中重要的安全装置。为了确保装置事故后能快速有效处置，许多化工装置设置了水喷淋系统、泡沫喷淋系统、高压消火栓系统和固定消防炮冷却、灭火系统，这些灭火