蘭建義

（上海藍(lán)科石化環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，上海 201803）

環(huán)氧乙烷，英文名稱 Ethylene Oxide（EO），化學(xué)式為C2H4O，應(yīng)用十分廣泛。目前環(huán)氧乙烷主要采用槽車運(yùn)輸?shù)姆绞?，隨著化工產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，道路運(yùn)輸量不斷增加，裝卸車過程中的卸料、充裝操作更加頻繁，使得環(huán)氧乙烷在槽車運(yùn)輸過程中的泄漏事故經(jīng)常發(fā)生，嚴(yán)重威脅著人員生命和財(cái)產(chǎn)安全。徐鑑亮等調(diào)查搜索1991—2014年這23年中共計(jì)有26起與環(huán)氧乙烷相關(guān)的重大安全事故，其中有9起發(fā)生在道路運(yùn)輸和裝卸車過程中[1]。槽車運(yùn)輸方式存在溫度不易控制、流動性強(qiáng)、危險性高、不確定因素多等缺點(diǎn)，而管道輸送是一種安全性高、連續(xù)性強(qiáng)、綜合成本低、人為因素影響小的運(yùn)輸方式，具有廣泛的應(yīng)用前景。由于廠間管道輸送物料的特殊性，該管道輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞不單單影響某一個企業(yè)的安全，甚至?xí)φ麄€化工園區(qū)的正常生產(chǎn)造成重大影響。這就對廠間環(huán)氧乙烷輸送管道的安全設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

1 環(huán)氧乙烷的特性及危害

環(huán)氧乙烷具有易燃易爆、有毒、易聚合等理化特性，化學(xué)性質(zhì)極其活潑，特別是當(dāng)溫度高于40℃時就會發(fā)生聚合反應(yīng)，常溫下也會受到某些金屬氧化物、酸堿、氯化物的催化作用而發(fā)生聚合。環(huán)氧乙烷的主要物性見表1。

表1 環(huán)氧乙烷主要物性參數(shù)

在設(shè)計(jì)中，依據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)GB50160—2008（2018年版）》，環(huán)氧乙烷屬于甲A類。依據(jù)《危險化學(xué)品目錄（2015版）》，環(huán)氧乙烷屬于1類易燃?xì)怏w、A類化學(xué)不穩(wěn)定性氣體、致癌性為1A類的高致癌化學(xué)品，可致中樞神經(jīng)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)損害，重者引起昏迷和肺水腫。依據(jù)《首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險化學(xué)品安全措施和應(yīng)急處置原則》，環(huán)氧乙烷屬于重點(diǎn)監(jiān)管的危險化學(xué)品，極易燃，蒸汽能與空氣形成范圍廣闊的爆炸性混合物。根據(jù)環(huán)氧乙烷的性質(zhì)，在管道輸送的設(shè)計(jì)中需嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，盡可能避免危害的發(fā)生。

2 管道輸送的技術(shù)方案

2.1 管道輸送的工藝系統(tǒng)

廠間管道輸送系統(tǒng)由上游輸送動力單元、廠區(qū)間的輸送管道單元、下游企業(yè)內(nèi)的接收單元三個部分組成。本項(xiàng)目將某石化企業(yè)生產(chǎn)的環(huán)氧乙烷用管道輸送至周邊園區(qū)內(nèi)的五個用戶，輸送管道的系統(tǒng)簡圖詳見圖1。

圖1 環(huán)氧乙烷管道輸送系統(tǒng)簡圖

2.1.1 輸送方案

環(huán)氧乙烷生成的聚合物會阻塞管道和儀表，存在潛在危險，故環(huán)氧乙烷不能長時間靜置，必須設(shè)置循環(huán)管線保持其一直處于流動狀態(tài)[2]。由于下游五個用戶均為間斷接受物料，如果采用點(diǎn)對點(diǎn)的輸送方式（即每戶設(shè)置一根輸送管道），不僅管道根數(shù)多，而且停止輸送時管道內(nèi)的環(huán)氧乙烷長時間靜置容易自聚。故采用環(huán)管輸送的方式，總管依次經(jīng)過下游五個用戶的接入口，每個用戶從總管上接出支管，然后總管回流返回至上游環(huán)氧乙烷球罐，保持管道內(nèi)的環(huán)氧乙烷一直處于流動狀態(tài)。

2.1.2 溫度控制

在較低溫度時，環(huán)氧乙烷的自聚緩慢，達(dá)到一定溫度，聚合速度很快，同時產(chǎn)生大量的熱，引起爆炸性降解。所以應(yīng)嚴(yán)格控制環(huán)氧乙烷的溫度，儲存溫度一般在-5℃左右。質(zhì)技監(jiān)鍋?zhàn)諿2000]95號《關(guān)于加強(qiáng)環(huán)氧乙烷儲運(yùn)容器安全管理的通知》中規(guī)定環(huán)氧乙烷儲罐的操作溫度為-10～20℃。本設(shè)計(jì)將上游企業(yè)的-5℃的環(huán)氧乙烷冷卻至-10℃后再外送，回流的環(huán)氧乙烷冷卻至-5℃后再返回球罐，保證整根輸送管道內(nèi)環(huán)氧乙烷的溫度不高于0℃。同時在輸送管道的不同部位分別設(shè)置溫度監(jiān)控報警，超溫連鎖切斷物料輸送。

2.1.3 支管防倒流

在下游用戶接入口，分支管線在靠近總管根部設(shè)置切斷閥，然后依次設(shè)置壓力和溫度變送器、開關(guān)閥、止回閥、流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥、壓力變送器和止回閥，此后進(jìn)入客戶端界面，客戶端設(shè)置相應(yīng)的自控開關(guān)閥和安全閥。分支管線根部設(shè)置8字盲板，當(dāng)支管進(jìn)行吹掃時，需將8字盲板切換到關(guān)閉狀態(tài)。2 臺止回閥選用不同品牌型號，降低共同失效風(fēng)險。為防止下游用戶支管因不正常工況倒流而影響主管，在支管上下游設(shè)置差壓聯(lián)鎖，一旦前后壓差低于正常值，立即聯(lián)鎖關(guān)閉開關(guān)閥。

2.2 管道的布置

（1）從上游石化企業(yè)出圍墻至下游用戶之間，且通過公共區(qū)域的這段長度約3km的管道屬于廠際管道范疇，管道的設(shè)計(jì)、規(guī)劃、防火間距等必須嚴(yán)格按照《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》和《石油化工廠際管道工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》來執(zhí)行，同時還需滿足《危險化學(xué)品輸送管道安全管理規(guī)定》的要求。環(huán)氧乙烷屬于液化烴，架空敷設(shè)時其與相鄰工廠的防火間距為30m，與其他公路（除高速公路和一級公路）的防火間距為10m，跨越公路時凈空不得小于5.5m?？缭焦窌r設(shè)置限高架，管架立柱與路邊沿距離小于10m時設(shè)置防撞柱，沿管架全程設(shè)置隔離網(wǎng)，避免無關(guān)人員進(jìn)入。

（2）管道布置時按照步步低的原則，特別是在外管廊部分，不得出現(xiàn)液袋，當(dāng)管道停運(yùn)時可以通過自流的方式將管道內(nèi)的物料排凈。

（3）在總管及各用戶分支點(diǎn)處設(shè)置氮?dú)獯祾呔€，當(dāng)用戶長時間不再接收物料，需將支管內(nèi)的物料吹掃干凈，用于環(huán)氧乙烷管道吹掃的氮?dú)饧兌炔坏陀?9.9%。

（3）管道布置時需避免死角，不流動的支管切斷閥應(yīng)盡量靠近主管根部布置。

（4）除必須采用法蘭連接外，輸送管道采用全焊接，配管時盡量減少焊接點(diǎn)數(shù)量，并對焊縫進(jìn)行100%射線探傷。

（5）環(huán)氧乙烷屬于液化烴，管道敷設(shè)時需遠(yuǎn)離熱源。

2.3 管道材料的選用

當(dāng)有鐵的氧化物存在的情況下，環(huán)氧乙烷發(fā)生聚合反應(yīng)的起始溫度會大幅度降低，而且反應(yīng)的升溫速率也明顯加快，甚至?xí)l(fā)生爆炸。因此接觸或輸送環(huán)氧乙烷的設(shè)備、管道等采用304不銹鋼。閥門采用全通徑的旋塞閥，且必須具有防火、防靜電結(jié)構(gòu)。輸送管道的操作壓力為1.0MPa（G），溫度為-10～0℃，選用壓力等級為PN2.0MPa（G）的帶頸對焊法蘭，密封面為RF。與環(huán)氧乙烷接觸的地方不能使用天然橡膠或石棉墊片，因?yàn)樗鼈儠呋h(huán)氧乙烷聚合，故選用帶內(nèi)外環(huán)的不銹鋼和聚四氟乙烯的金屬纏繞墊。管道的保冷材料采用閉孔泡沫玻璃，捆扎材料用不銹鋼絲，保冷層外的保護(hù)層采用304不銹鋼薄板，避免使用鍍鋅鐵絲和鋁合金薄板等。

2.4 設(shè)計(jì)采用的其他安全措施

（1）選取合適的管徑，管徑太大則加大投資成本，太小則增大輸送阻力，增加泵的運(yùn)行成本，而且流速過快容易使靜電聚集，環(huán)氧乙烷輸送管道的流速一般不超過1.5m/s。

（2）根據(jù)介質(zhì)易燃易爆、有毒有害的特點(diǎn)，輸送泵應(yīng)符合 API610標(biāo)準(zhǔn)，泵體、軸、葉輪為304不銹鋼材質(zhì)，采用雙端面機(jī)械密封形式，密封沖洗及輔助管路方案為Plan53A。在泵體上設(shè)有測溫點(diǎn)，一旦超溫立即發(fā)出報警聯(lián)鎖停泵并自動進(jìn)行噴淋；為避免泵空轉(zhuǎn)，設(shè)定儲罐低液位連鎖停泵；輸送泵設(shè)有最小回流線，在最小流量的情況下，可以保證泵的正常運(yùn)行。

（3）對存在泄漏風(fēng)險的區(qū)域設(shè)置有毒氣體檢測報警器，并將報警信號送至有24h值班的外操室和內(nèi)操室。根據(jù)《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測報警設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求，設(shè)置兩級報警，由于環(huán)氧乙烷的MAC值為5mg/m3，故報警器的一級設(shè)定值為5mg/m3，二級設(shè)定值為10mg/m3。當(dāng)報警器發(fā)出一級報警信號，操作人員配備空氣呼吸機(jī)、防護(hù)服去現(xiàn)場檢查泄漏點(diǎn)，如發(fā)現(xiàn)管道有泄漏，立即關(guān)掉輸送泵；當(dāng)報警器發(fā)出二級報警信號，自動聯(lián)鎖停泵，同時聯(lián)鎖打開上方的消防噴淋并采取應(yīng)急措施。

（4）按照爆炸和火災(zāi)危險類別等級選擇可靠的電氣、儀表設(shè)備，本項(xiàng)目電氣防爆等級為dIIBT4。

（5）輸送環(huán)氧乙烷的設(shè)備和管道均需按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置靜電接地，閥門、法蘭等均需靜電跨接。

（6）在輸送總管上設(shè)置安全閥，由于存在環(huán)氧乙烷聚合堵塞安全閥入口管道的風(fēng)險，故在安全閥入口管道上設(shè)置爆破片，并在安全閥與爆破片間安裝可供在線校驗(yàn)使用的四通組件接口，安全閥泄放至安全地點(diǎn)，并在安全閥出口管道上設(shè)置氮?dú)獯祾呔€。

（7）為控制輸送管道在低溫下運(yùn)行，輸送總管采用兩根DN25冷凍水（50%乙二醇水溶液，-15℃）不銹鋼管道逆向伴冷。

（8）根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)和工藝要求，在下游各用戶接入點(diǎn)處，以及輸送管道沿線較危險地段設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對現(xiàn)場的情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。

（9）環(huán)氧乙烷輸送管道在進(jìn)料前，必須用純度不低于99.9%氮?dú)膺M(jìn)行置換，置換后需取樣分析合格后方可進(jìn)料。

3 結(jié)論

雖然環(huán)氧乙烷本身具有易燃易爆、有毒、易聚合等特性，但在設(shè)計(jì)中嚴(yán)格遵循相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)的要求，科學(xué)地規(guī)劃走向，合理地選擇材質(zhì)、管徑、壁厚等，并且在采取一系列切實(shí)可行的安全措施后，相對于槽車輸送來說，管道輸送將是更安全可靠的方式。