氧化反应本质安全设计探讨

吴李张娟(．浙江省天正设计工程有限公司， 浙江 杭州 300；．杭州市余杭区环境检测站， 浙江 杭州 300)

氧化反应本质安全设计探讨

吴李1张娟2(1．浙江省天正设计工程有限公司， 浙江 杭州 310012；2．杭州市余杭区环境检测站， 浙江 杭州 311100)

从氧化反应操作单元设置要求，氧化反应装置控制要求，氧化反应装置设备材质的选择等方面，总结了化工设计中氧化反应本质安全需注意的问题。

氧化反应；设计；安全；控制

氧化反应为反应物质与氧原子化合或者脱去氢的反应。氧化工艺是涉及氧化反应的化工工艺。主要使用氧化剂有：双氧水、氯酸钾、氧气和高锰酸钾等。氧化反应具有反应温度高，放热量大，升温速度快等特点。反应物质及其产物具有燃烧爆炸性。高锰酸钾，氯酸钾等部分氧化剂受碰撞、加热及与酸接触，能引起剧烈化学反应。氧化反应所生成的过氧化物，容易分解，加热或撞击易使其分解或爆炸。所以氧化反应具有较大的火灾危险性。在氧化反应化工设计过程中必须采取有效本质安全控制措施。

1 氧化反应操作单元设置要求

氧气进料系统应设置流量计、压力表、开关阀、安全阀、止回阀、氮气吹扫、泄放系统及截流装置(如限流孔板)。液体氧化剂进料系统应设置高位槽(带液位计)，氧化剂管道应设置开关阀、流量计及截流装置(如限流孔板)。氧化反应安全泄放系统应设置安全泄放阀、安全阀及爆破片以及事故应急接受槽。氧化反应釜设置双套温度计和压力表，进料管应设置流量计。氧化反应釜夹套应接入冷却介质，冷却介质管道上设置开关阀(或调节阀)。氧化反应釜应接入氮气管道并接放空管道。

2 氧化反应装置控制要求

氧化反应重点监控工艺参数包括氧化反应釜内温度和压力；氧化反应釜内搅拌速率；氧化剂流量；反应物料的配比；气相氧含量；过氧化物含量等。氧化反应安全控制的基本要求包括反应釜温度和压力的报警和联锁；反应物料的比例控制和联锁及紧急切断动力系统；紧急断料系统；紧急冷却系统；紧急送入惰性气体的系统；气相氧含量监测、报警和联锁；安全泄放系统；可燃和有毒气体检测报警装置等。氧化反应工艺应采用的控制方法如下：将氧化反应釜内温度和压力与反应物的配比和流量、氧化反应釜夹套冷却介质进出管道开关阀、紧急冷却系统形成联锁关系。设置紧急停车系统，当氧化反应釜内温度超标或搅拌系统发生故障时自动停止加料并紧急停车。氧化反应装置配备安全阀、爆破片等安全设施[1]。氧化反应装置具体自控方式：氧化反应釜超温超压或搅拌电机异常则报警，关氧化剂进料开关阀，开安全泄放阀，关加热介质管道进出口管道开关阀，开冷却介质进出口管道开关阀。

3 氧化反应装置设备材质的选择

设备材质的选择不仅要从反应物料特性、制造工艺、设备结构、使用条件和使用时间等方面考虑，而且还应从设备工作条件下材料的物理性能，力学性能、耐腐蚀性能、材料价格、来源及供应等方面综合考虑。设备运行过程中应精心维护，保持良好的运转状态。

4 氧化反应工艺设计中应注意的其他问题

液体氧化剂高位槽应设置液位计，氮气及放空系统。泄爆系统应设置事故应急接受槽，建议事故应急接受槽为立式罐。事故应急接受槽接氮气管道，设尾气处理系统。紧急泄放时，泄放管承受的力较大，泄放罐需用大半径弯头。氧化反应结束后应采取氧化剂的去除措施，如加还原剂等。氧化反应如有废渣应密闭装卸处理，涉及过氧化物的残留物应注意其受热、振动分解而发生爆炸的危险性。氧化剂如为液氧应有确保液氧气化的措施，设置汽化器及缓冲罐，提供足够的加热热量，一般冬天使用热水加热空冷器。注意连锁报警装置及其他安全装置定期校验，确保正常使用。以环氧乙烷为氧化剂时，环氧乙烷设备应设置氮封。环氧乙烷设备的安全阀前原则上应设置爆破片。氮封系统应设置在爆破片入口管道处，安全阀的出口管道应充惰性气体。

氧化反应器的布置可设置操作面和配管面。操作面是为设备运行操作及维修而设置的。包括人孔、安全阀、仪表、和物料入口等。为了保证操作面设备的维修，必须保证有足够维修空间，氧化反应器还应考虑进出通道。所有进、出反应器的物料管线应避免死角。气相氧化反应器系统应设置反应物料的比例控制和联锁系统及氧含量检测仪。氧化设备布置在封闭式厂房内时，应采用防止可燃气体和腐蚀性气体积聚，并具有防爆、泄压等措施，事故通风机应与设置的有毒气体或可燃气体检测、报警装置联锁。

反应釜需防止反应失控而产生飞温，其措施有：反应釜应有较大的换热面积，要连续通入冷却介质，利用原料气的温度调节反应温度。在大规模氧化反应生产中应采用外循环器冷却。在爆炸极限附件进行的氧化反应时，需控制物料气与氧化气的比例。生产装置要有自控系统，氧化剂含量分析的安全联锁警报装置等。在原料混合设备和氧化反应设备等易爆设备上安装爆破片及安全阀等泄放装置。阻火器应安装在氧化反应器前的气态进料管道以及放空管上，防止回火在系统蔓延。

[1]国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通知[M].安监总管三[2009]116号.

吴李(1985-)，男，硕士研究生，工程师，从事医药化工设计工作。