尾氣系統(tǒng)安全設計

黃海艷 湖南海利工程咨詢設計有限公司 長沙 410007

化工裝置生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的尾氣成分復雜，不僅有原、輔材料的揮發(fā)性氣體，還有化學反應過程中產(chǎn)生的氣體或其它揮發(fā)性物質等。在化工裝置設計中，尾氣系統(tǒng)的設計向來不被重視，為整個裝置設計的薄弱環(huán)節(jié)，主要體現(xiàn)為設計工藝流程較簡單，檢測和控制點少。而近年來，尾氣在長距離輸送過程中發(fā)生爆炸的事故較多［1-2］，主要為尾氣中的有機物與助燃物質(空氣或氧氣)充分接觸，在輸送過程中由于管道靜電接地不良或其它原因等產(chǎn)生火花，達到爆炸的條件而引發(fā)爆炸事故。結合某化工裝置尾氣系統(tǒng)實例，簡介尾氣系統(tǒng)設計的新思路。

1 尾氣系統(tǒng)安全設計思路

某化工裝置主要生產(chǎn)合成殺蟲劑，用到的揮發(fā)性物質有揮發(fā)性溶劑等，生產(chǎn)過程包含溶解、反應、離心分離、干燥、包裝等。由于空氣中水分的含量對合成過程的收率影響較大、以及產(chǎn)品的不穩(wěn)定性等特點，在溶劑的儲存過程、溶解過程、反應過程、離心分離和干燥過程中均設置微壓氮氣保護系統(tǒng)。生產(chǎn)裝置的尾氣主要來源于儲罐、反應釜等進出料排放、正常離心分離過程的放空、干燥過程放空等，此外，還有固體投料過程中的抽風尾氣、離心機布置區(qū)域的換氣等均進尾氣系統(tǒng)中，尾氣中的成分有有機物、空氣、惰性氣體等，項目須對尾氣焚燒處理。焚燒爐位于生產(chǎn)裝置所在廠區(qū)的中部，離生產(chǎn)裝置距離數(shù)千米。尾氣中既有高濃度有機物，還存在助燃物質空氣等，在輸送過程若靜電接地不良或由于其它原因，易發(fā)生爆炸事故。本設計擬根據(jù)尾氣的成分，將尾氣系統(tǒng)分為兩個獨立的系統(tǒng):惰性化氣體系統(tǒng)和貧氣系統(tǒng)。將儲罐、反應釜、離心機和干燥器的正常放空接入惰性化氣體系統(tǒng);離心機布置區(qū)域的換氣和固體投料區(qū)域的抽風尾氣，由于有機物含量很少，主要為空氣，故接入貧氣系統(tǒng)。對兩個系統(tǒng)分別進行設計，尾氣由兩套獨立的風機送至焚燒爐系統(tǒng)內(nèi)，惰性化氣體中有機物含量高，作為主要燃燒介質，而貧氣可作為焚燒爐的空氣補充。

2 兩套尾氣系統(tǒng)安全設計

2.1 惰性化尾氣系統(tǒng)

2.1.1 工藝流程

惰性化尾氣系統(tǒng)中有機物含量較高，為了不形成爆炸性混合物，需嚴格控制系統(tǒng)內(nèi)含氧量。擬采用設置在線氧含量檢測、報警和聯(lián)鎖補氮的措施控制系統(tǒng)內(nèi)氧含量，帶控制點的流程見圖1。

2.1.2 流程及聯(lián)鎖控制說明

所有惰性化尾氣均接入氣液分離罐內(nèi)。設置氣液分離罐［3］的目的是分離除去尾氣中可能夾帶的液滴，氣相由風機送至廢氣焚燒爐。設置2 臺風機，1 用1 備，對每臺風機設置電流監(jiān)測、報警和聯(lián)鎖，當風機電流處于低位時報警，更低時系統(tǒng)能自動切換至另外一臺備用風機，切換風機的同時還需將風機前的閥門KV02 和KV03 進行自動切換。在進風機前的管道上設置了2 個在線氧含量檢測，用于檢測系統(tǒng)內(nèi)氧氣含量;風機前設置壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以維持整個尾氣系統(tǒng)處于均衡的微負壓狀態(tài)，防止前系統(tǒng)流量過小對風機的影響;在風機出口管道上設置溫度檢測，高溫報警和聯(lián)鎖;在尾氣總管靠近端點處設置進氮氣管線，當風機出口溫度高或系統(tǒng)內(nèi)任意一個氧氣濃度儀的氧含量超標時均需自動打開氮氣管道上的開關閥KV01，如氮氣開關閥KV01 打開仍不能有效解決問題，則需關閉KV04，同時打開KV05，將尾氣切換至就近的高空排放系統(tǒng)，可避免高溫或氧含量超標的尾氣長距離輸送至焚燒爐引發(fā)安全事故。

圖1 惰性化尾氣系統(tǒng)

2.2 貧氣系統(tǒng)

2.2.1 工藝流程

貧氣系統(tǒng)尾氣的主要成分為空氣，有機物含量很低，為了防止有機物和空氣形成爆炸性混合物，需嚴格控制系統(tǒng)內(nèi)有機物含量在爆炸下限的25%之內(nèi)。擬采用設置在線有機物含量檢測、報警和聯(lián)鎖補充空氣的措施來控制系統(tǒng)內(nèi)有機物含量，帶控制點的流程見圖2。

圖2 貧氣系統(tǒng)

2.2.2 流程及聯(lián)鎖控制說明

貧氣系統(tǒng)的流程和聯(lián)鎖控制與惰性化尾氣系統(tǒng)基本相同，區(qū)別在于貧氣系統(tǒng)設置有機物含量在線檢測和報警、聯(lián)鎖。聯(lián)鎖措施用于啟動補空氣系統(tǒng)即可使系統(tǒng)內(nèi)有機物含量降低。其它聯(lián)鎖和控制措施與惰性化尾氣系統(tǒng)相同。

3 結語

(1)將復雜的尾氣系統(tǒng)劃分為兩個單獨的系統(tǒng):惰性化尾氣系統(tǒng)和貧氣系統(tǒng)，由各自的風機單獨送往焚燒系統(tǒng)，消除了成分復雜的尾氣在長距離輸送過程中的安全隱患。

(2)對于惰性化尾氣系統(tǒng)，可通過設置氧含量在線監(jiān)測、報警和聯(lián)鎖補氮措施等維持系統(tǒng)內(nèi)氧氣含量，使有機物濃度較高的系統(tǒng)內(nèi)由于助燃物質濃度低而達不到爆炸條件。

(3)對于貧氣系統(tǒng)，可通過設置有機物在線含量監(jiān)測、報警和聯(lián)鎖補空氣措施等來維持系統(tǒng)內(nèi)有機物含量，使有機物濃度處于爆炸下限的25%范圍內(nèi)，從而抑制爆炸性混合物的產(chǎn)生。

1 金 浩. 氯化苯尾氣爆炸原因分析及安全對策措施［J］.化工安全與環(huán)境，2007，(4).

2 沈華民. 尿素尾氣防爆監(jiān)控系統(tǒng)［J］. 化肥工業(yè)，2003，(5).

3 牛曉旭，孫 偉. 火炬系統(tǒng)分液罐的工藝設計［J］. 化工設計，2010，20 (3).