氧化工艺安全控制设计指导方案.docx

氧化工艺安全控制设计指导方案目录1概述11.1 氧化工艺11.2 氧化反应类型11.2.1 空气或氧气氧化工艺11.2.2 其他氧化剂氧化工艺11.3 氧化工艺关键设备和重点监控单元21.3.1 氧化工艺的关键设备21.3.2 氧化工艺的重点监控单元21.4 氧化工艺涉及的主要危险介质21.4.1 氧化原料21.4.2 产品和中间产品31.4.3 其他31.5 XX省主要氧化工艺产品目录32危险性分析42.1 固有危险性42.1.1 火灾危险性42.1.2 爆炸危险性42.1.3 中毒危险性52.1.4 腐蚀及其他危险性52.2 工艺过程的危险性52.2.1 工艺过程的危险性52.2.2 反应安全风险评估62.2.3 危险和可操作性分析63重点监控的工艺参数和控制要求73.1 温度73.2 压力73.3 氧化剂流量83.4 气相氧含量和过氧化物含量83.5 反应釜搅拌83.6 冷媒94推荐的安全控制方案104.1 各工艺参数的控制方式104.2 工艺系统控制方式104.2.1 基本监控要求104.2.2 基本控制要求104.3 根据反应安全风险评估结果，制定相应的控制措施。124.4 仪表系统选用原则124.4.1 控制系统选用原则124.4.2 安全仪表系统选用原则134.4.3 气体检测报警系统（GDS）选用原则134.5 其他安全设施135通用设计要求155.1 收集产品工艺资料155.2 确定改造范围155.3 仪表设备选型165.4 提交方案165.5 与建设方技术交底，提交改造图纸，签署设计变更166典型工艺安全控制系统改造设计方案176.1 工艺简述176.2 装置氧化工艺危险性分析176.2.1 固有危险性176.2.2 工艺过程的危险性176.3 装置氧化工艺控制方案综述187氧化工艺安全控制系统设计指导方案附表、附图207.1 XX省主要氧化工艺产品目录（附表1）207.2 氧化工艺重点监控参数的控制方式（附表2）207.3 企业需提交的设计资料清单（附表3）207.4 某企业氧化工艺控制、报警、联锁一览表（附表4）207.5 某企业氧化工艺管道仪表流程图（附图1）20附表IXX省主要氧化工艺产品目录21附表2氧化工艺重点监控参数的控制方式22附表3企业需提交的设计资料清单23附表4某企业甲醛装置氧化工艺控制、报警、联锁一览表24附图1某企业氧化工艺管道与仪表流程图261概述1.1 氧化工艺氧化为有电子转移的化学反应中失电子的过程，即氧化数升高的过程。多数有机化合物的氧化反应表现为反应原料得到氧或失去氢。涉及氧化反应的工艺过程为氧化工艺。如：乙烯氧化制备环氧乙烷，正丁烷氧化制备顺丁烯二酸醉，甲醇氧化制备甲醛，乙二醛硝酸氧化法制备乙醛酸，甲苯高镒酸钾氧化法制备苯甲酸等。1.2 氧化反应类型氧化工艺按照氧化剂种类可以分为：空气或氧气氧化工艺和其他氧化剂氧化工艺。1.2.1 空气或氧气氧化工艺空气或氧气氧化工艺是指使用空气或氧气等气态氧化剂进行氧化的工艺。如乙烯氧化制备环氧乙烷，正丁烷氧化制备顺丁烯二酸醉，甲醇氧化制备甲醛。如甲醇与空气反应生产甲醛的反应方程式为：CH3OH+12O2HCHO+H2OCH3OHHCHO+H2H2+1/202H2O1.2.2 其他氧化剂氧化工艺其他氧化剂氧化工艺是指使用双氧水、硝酸盐、高镒酸钾、氯酸钾等液态或固态的氧化剂的氧化工艺。如乙二醛硝酸氧化法生产乙醛酸，甲苯高镒酸钾氧化法生产苯甲酸等。如乙二醛与硝酸反应生产乙醛酸的反应方程式为：3CHOCHO+2HNO3-3CHOCOOH+2NO+H2O3CHOCOOH+2HNO3>3H2C2O4+2NO+H2O1.3 氧化工艺关键设备和重点监控单元1.3.1 氧化工艺的关键设备氧化工艺关键设备：氧化反应器（釜）。过氧化反应器（釜）的型式跟反应类型有关。连续氧化工艺主要在管式反应器或塔式反应器内进行。对于间歇氧化工艺，大多采用釜式反应器。1.3.2氧化工艺的重点监控单元氧化工艺的重点监控单元为氧化反应器（釜）。氧化工艺过程中，氧化反应为放热反应，反应温度在氧化工艺中为重要参数需要严格控制。氧化反应器（釜）内大多需保持一定压力，应设置温度、压力监控、冷（热）媒流量调节等。属于压力容器的氧化反应器（釜），应设安全阀、爆破片等安全附件。1.4 氧化工艺涉及的主要危险介质1.4.1 氧化原料1.4.1.1 氧化剂氧化剂均具有氧化性，不同工艺使用的氧化剂氧化性有较大差异，通常使用空气、氧气、双氧水、硝酸盐等无机氧化剂和酸酥等有机氧化剂。部分氧化剂易燃易爆，遇热、光照、摩擦或碰撞以及与有机物、酸类接触皆能起火灾爆炸，如氯酸钾、高镒酸钾等。1.4.1.2 其他原料氧化工艺涉及到的其他原料主要为各种有机物如芳香烧类、脂肪烧类、醇类、醛类等物质，大多为易燃易爆物品。部分氧化原料与氧化性物质能形成爆炸性混合物。有的氧化原料还具有毒性，如甲醇、甲苯等。1.4.2 产品和中间产品氧化产品大部分为可燃液体，与氧化性物质能形成爆炸性混合物，部分氧化产品受热或光照条件下发生分解或爆炸，如部分种类的酸酎。产物中易形成过氧化物，化学稳定性差，受高温、摩擦或撞击作用易分解、燃烧或爆炸。氧化产品多数有一定中毒危险性和腐蚀性，并有一定刺激性，如有机酸类、醛类等。1.4.3 其他氧化工艺需要使用催化剂，涉及催化剂种类较多，如金属氧化物、无机酸、以及部分种类的有机物，其火灾危险性、中毒危险性以及腐蚀性有较大差异。大部分金属氧化物一般条件下无燃烧危险性、无毒，但部分重金属氧化物有剧毒。部分无机酸具有一定氧化性，能与还原性物质或金属发生氧化反应，甚至起火爆炸。1.5 XX省主要氧化工艺产品目录XX省主要的氧化工艺有乙烯氧化制备环氧乙烷、正丁烷氧化生成顺丁烯二酸醉、甲醇氧化制备甲醛、对二甲苯氧化制备对二甲苯酸、天然气氧化制乙烘、甲苯高锌酸钾氧化法制备苯甲醛、苯甲酸等。XX省主要氧化工艺产品目录详见附表Io2危险性分析氧化反应是一个放热过程，尤其在较高温度下进行氧化，反应更为剧烈，速度快，放热量较大。所用的原料大多具有易燃易爆、毒性、腐蚀性，一旦泄漏危险性较大。反应气相容易达到爆炸极限，具有燃爆危险。2.1 固有危险性固有危险性是指氧化反应中的原料、产品、中间产品等本身具有的危险有害特性。2.1.1 火灾危险性在氧化工艺过程中，氧化剂与还原剂在反应器（釜）内进行受控制的氧化还原反应，一般氧化工艺的反应温度在其物料的自燃点或是闪点以上,当反应器（釜）进料管线混入空气或是釜内物料进料比例出现变化，反应釜器（釜）内物料达到燃烧条件，或是反应器（釜）内物质发生泄漏，都会出现火灾危险。2.1.2 爆炸危险性氧化工艺中，氧化原料一般为还原性物质，氧化剂具有氧化性。在工艺条件下，反应温度一般超过了氧化原料的自燃点或闪点，通过控制反应器（釜）内物料浓度在其爆炸极限之外，避免反应器（釜）内发生化学爆炸。当氧化器（釜）内进料比例出现变化、进料管线内混入空气或是设备及管道出现泄露，就会发生火灾爆炸事故。空气或氧气等气态氧化剂流量过大等原因也会导致反应器（釜）内压力过高会发生物理爆炸。部分氧化剂及氧化产物，如双氧水、高锯酸钾、部分种类的酸醉等物质受热、光照、摩擦、碰撞等条件下发生分解反应，放出大量热量甚至发生爆炸。部分种类的氧化剂如硝酸等与还原剂或水接触放出大量热量，若遇金属则放出燃烧性气体。当上述种类物质在生产过程，如处理不当可能造成爆炸事故。2.1.3 中毒危险性部分氧化剂如高镒酸钾等有毒性，硝酸等物质有强酸性和强氧化性，能造成严重的化学灼伤，对皮肤有很强的刺激性。不同氧化原料及产品中毒危险性有较大不同。原料如乙醇、脂肪醇类、乙烯、乙焕等，产品如乙酸，无中毒危害或中毒危害较低；部分氧化原料如苯胺、甲苯、甲醇等，产品如甲醛、硝基苯等有较强的毒性。2.1.4 腐蚀及其他危险性氧化工艺中腐蚀性危害主要是氧化剂对于金属及橡胶制品等的腐蚀作用，同时部分氧化剂或是氧化原料具有酸碱性，特别是需要在较高温度下，使用强氧化剂的氧化工艺。氧化剂的腐蚀作用使工艺设备、管道老化，强度下降，导致设备或管道泄漏或发生爆炸，同时发生火灾和中毒事故。2.2 工艺过程的危险性氧化反应是一个放热过程，所用原料又多为易燃易爆、有毒、强腐蚀物质，因此在氧化反应过程中存在诸多不安全因素。2.2.1 工艺过程的危险性氧化反应过程为放热反应，反应器（釜）中同时存在氧化性物质和还原性物质且反应温度一般在其自燃点、闪点以上，若出现泄漏或反应器（釜）内混入空气，易发生火灾爆炸事故。同时，部分的氧化剂及氧化产品具有很强的腐蚀性（如硝酸等），若设备、管道选材不当，容易发生泄漏，导致火灾、爆炸、中毒等事故。氧化工艺涉及的原料、中间体或产品在遇热、光照、碰撞或摩擦条件下发生分解甚至爆炸，故在氧化工艺过程中，当设备、管道发生泄漏、反应器（釜）内温度过高或在物料的处理过程中处理不当，都有可能造成火灾、爆炸或中毒事故。部分工艺过程中会产生过氧化物，特别是低温氧化工艺，氧化产物在进一步分离之前，需有一个过氧化物的消除过程。氧化工艺在开、停车前需要进行惰性气体置换，避免在开、停车过程中，因装置内残留空气或是工艺气体引发火灾、爆炸或中毒事故。2.2.2 反应安全风险评估按要求开展反应安全风险评估的企业，应按照精细化工反应安全风险评估导则（试行）进行反应安全风险评估，综合反应安全风险评估结果，考虑不同的工艺危险程度，建立相应的控制措施。2.2.3 危险和可操作性分析针对具体的氧化工艺，应在基础设计阶段开展危险和可操作性分析（HAZOP）,及预先危险分析（PHA）或事故树分析（ETA）等定性、定量风险评价方法，对整个工艺过程的危险性进行分析。3重点监控的工艺参数和控制要求3.1 温度包括反应器（釜）温度。氧化工艺均为放热反应，氧化反应器（釜）内存在氧化剂和还原剂，在反应器（釜）内进行控制下的氧化还原反应。对于反应器（釜），其反应温度一般与反应速率、反应程度、反应压力均有关系，所以反应温度作为重要的工艺参数需要进行严格的监控，防止反应温度异常。在反应器（釜）上应设置温度控制联锁，一般反应器（釜）内温度与反应器（釜）冷媒流量和反应进料量控制进行联锁，当反应器（釜）内温度过高时，通过加大冷媒流量、减少反应器（釜）内进料量或改变物料配比或降低反应压力来降低反应器（釜）内温度。3.2 压力包括反应器（釜）温度。对于管式反应器和塔式反应器等连续氧化工艺，反应压力与反应速率和反应温度有密切的关系，压力升高一般能提高反应速率，使反应器内温度升高。反应器需要安装压力监控联锁，反应器内压力一般由反应进料的温度和压力、反应器出口压力以及反应器冷媒流量进行控制。当反应器内压力过高时，通过加大反应器内冷媒流量、减小反应器进料速率来降低反应器压力。对于间歇氧化工艺，大多采用釜式反应器，氧化反应釜内压力与反应釜内温度有关，需要对其进行监控，防止反应釜内出现超温超压情况。如果氧化剂为气态氧化剂，如空气、氧气等，反应需在一定压力下进行，反应釜内压力与进气速率、反应速率有直接关系，需要进行严格监控，防止反应釜内氧含量过高或过低，出现火灾爆炸危险，防止反应温度异常造成的压力过高发生设备、管道破损泄漏引发火灾、爆炸事故。反应釜压力通过控制反应温度和进料