雙氧水罐組設(shè)計(jì)

鄒楊勇

摘 要：雙氧水是具有強(qiáng)氧化劑的物質(zhì)，具有非常大的危險(xiǎn)性，本文通過對(duì)雙氧水性質(zhì)的分析，介紹雙氧水儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)時(shí)在工藝，布置和選材時(shí)需要注意的問題。

關(guān)鍵詞：雙氧水；儲(chǔ)存；設(shè)計(jì)；布置；材料

雙氧水又名過氧化氫，是一種弱酸性無色透明液態(tài)無機(jī)過氧化物，可以與水以任意比例互溶，其分解產(chǎn)生水和氧氣，具有無毒不產(chǎn)生污染的特點(diǎn)，廣泛用于紡織、造紙、化工、食品、電子、軍事、醫(yī)藥等領(lǐng)域，是使用非常廣泛的一種化學(xué)品。然而，雙氧水最大的缺點(diǎn)是其自身很不穩(wěn)定，是一種非?；畈ǖ奈镔|(zhì)，在受到光照時(shí)即可自然分解，在遇到金屬雜質(zhì)、有機(jī)物、酸堿等都會(huì)產(chǎn)生劇烈反應(yīng)并放出熱量而加速分解產(chǎn)生爆炸。因此，雙氧水儲(chǔ)運(yùn)的安全問題是設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中首要考慮的問題。

1 雙氧水性質(zhì)與危害

1.1 雙氧水性質(zhì)

雙氧水是透時(shí)的無色液體，僅溶于水且與水可以任意比例子混合。在低濃度下，HP是無味的，在高濃度下有輕微的刺激味。雙氧水的沸點(diǎn)隨著濃度的增加而增大，當(dāng)濃度為0%是為100℃，當(dāng)濃度為100%時(shí)為150℃。他的冰點(diǎn)根據(jù)濃度的不同呈“V”字形變化，當(dāng)濃度為0%和100%左右時(shí)冰點(diǎn)約0℃。當(dāng)濃度為60%左右時(shí)冰點(diǎn)達(dá)到最低約-55℃。他是非?；顫姷奈镔|(zhì)，能夠發(fā)生分解、氧化還原反應(yīng)、與有機(jī)物反應(yīng)。分解可以由發(fā)熱、pH和污染引起。在分解反應(yīng)中，HP變成氧氣和水，反應(yīng)產(chǎn)生大量熱。

1.2 雙氧水的危害

由于雙氧水的性質(zhì)活潑，他可能產(chǎn)生以下危害：①分解，雙氧水會(huì)自行分解，分解速率根據(jù)介質(zhì)溫度的升高而加快，在20～100℃之間時(shí)，溫度每增高10℃，速率可增加2.2倍，當(dāng)溫度達(dá)到100℃以上時(shí)開始急劇分解，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生爆炸。同時(shí)，在遇到金屬雜質(zhì)、有機(jī)物、酸堿等都會(huì)產(chǎn)生劇烈反應(yīng)并放出熱量而加速分解；②火災(zāi)，雙氧水在與有機(jī)物或其它易燃物（木材、紙、紡織品、皮革……）接觸時(shí)會(huì)引起火災(zāi)；③健康危害：在濃度大于5%就會(huì)對(duì)眼睛和皮膚產(chǎn)生刺激作用，在20%以上引起其灼燒。當(dāng)吞咽時(shí)傷害隨著濃度的增加，可嚴(yán)重傷害或致命；④環(huán)璋危害：雙氧水在水中能殺死微生物和較高級(jí)種類生物。

2 雙氧水罐組的工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)雙氧水的性質(zhì)，我們?cè)诠に囋O(shè)計(jì)時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)：

2.1 加強(qiáng)儲(chǔ)罐溫度監(jiān)控，防止儲(chǔ)罐因溫度升高而分解

在HP分解條件演變的監(jiān)測和分析中，溫度是最重要的參數(shù)。因此，推薦加強(qiáng)監(jiān)測溫度參數(shù)，設(shè)定溫度報(bào)警和監(jiān)測溫度變化報(bào)警。由于單點(diǎn)測量溫度不能充分代表整個(gè)罐內(nèi)溫度，為了得到充足的監(jiān)測數(shù)據(jù)，建議采用多點(diǎn)溫度檢測，多點(diǎn)溫度監(jiān)測的數(shù)量為一般可按下表選?。?/p>

在實(shí)際儲(chǔ)存中，由于液體表面具有最高的溫度，推薦增加紅外線溫度計(jì)檢測液體表面溫度，所有溫度計(jì)都設(shè)有高報(bào)警和高高報(bào)警，高報(bào)警是提醒生產(chǎn)操作人員密切關(guān)注儲(chǔ)罐溫度變化，適時(shí)采取必要措施降低儲(chǔ)罐溫度，高高報(bào)警時(shí)連鎖閥門打開緊急排放罐內(nèi)液體，保證儲(chǔ)罐安全。

2.2 合理設(shè)置放空

由于雙氧水在分解時(shí)產(chǎn)生大量氧氣，1m3濃度為35%的呻吟聲可釋放出132m3氧氣，在工藝設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮有足夠的放空面積，通常在儲(chǔ)罐頂部設(shè)置1個(gè)通氣孔和多個(gè)泄壓人孔，在通氣孔排氣量達(dá)到滿負(fù)荷時(shí)，泄壓人孔打開緊急排氣。通氣孔需設(shè)置不銹鋼絲網(wǎng)，防止雜物進(jìn)入儲(chǔ)罐引起雙氧水分解。放空考慮到最壞的分解情況時(shí)，儲(chǔ)罐頂和罐壁采用弱頂連接，可使雙氧水急速分解時(shí)只掀掉罐頂而不對(duì)罐壁產(chǎn)生影響，減小罐壁破壞導(dǎo)致雙氧水漫流的危險(xiǎn)。

2.3 合理設(shè)置液位報(bào)警

為防止儲(chǔ)罐溢流和罐壁破損引起的漫流風(fēng)險(xiǎn)，必須設(shè)置合理的液位監(jiān)控和報(bào)警措施。設(shè)置儲(chǔ)罐液位高報(bào)警，達(dá)到高報(bào)警時(shí)提醒生產(chǎn)操作人員密切關(guān)注儲(chǔ)罐內(nèi)液位變化情況，及時(shí)切換進(jìn)料。將儲(chǔ)罐的高高液位報(bào)警與罐進(jìn)口切斷閥連鎖，保證儲(chǔ)罐不會(huì)出現(xiàn)溢流風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)置液位連續(xù)監(jiān)控，當(dāng)液位在沒有進(jìn)出料是波動(dòng)大于50mm/h時(shí)報(bào)警，防止儲(chǔ)罐泄漏。

2.4 儲(chǔ)罐設(shè)置緊急注水

雙氧水儲(chǔ)罐上部設(shè)置緊急注水口，當(dāng)罐內(nèi)因溫度升高無法控制分解的時(shí)候，可以緊急往罐內(nèi)液體表面注入除鹽水（生活水等無雜質(zhì)水）稀釋罐內(nèi)雙氧水降低濃度，這樣可以達(dá)到降低分解的效果。注水閥可以設(shè)置與溫度連鎖，也可以中控室手動(dòng)操作。

2.5 設(shè)置緊急排放收集池

雙氧水罐組防火堤內(nèi)設(shè)置緊急排放收集池，當(dāng)往罐內(nèi)緊急注水還不能降低雙氧水分解風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，溫度連鎖打開排放閥緊急往排放收集池內(nèi)排放雙氧水，同時(shí)打開除鹽水（生活水等無雜質(zhì)水）稀釋池內(nèi)雙氧水降低濃度，達(dá)到降低分解的效果，這樣能保護(hù)儲(chǔ)罐不會(huì)因?yàn)殡p氧水急劇分解產(chǎn)生超壓危險(xiǎn)。

2.6 設(shè)置管道泄壓措施

由于雙氧水的分解特性，在封閉管道中會(huì)因分解而導(dǎo)致管道內(nèi)壓力升高，引起閥門、法蘭損壞造成泄露可能。所以，管道上必須設(shè)置泄壓措施。泄壓措施可以為安全閥，爆破片或兩者組合。由于雙氧水在無污染的情況下正常分解產(chǎn)生的氣體量是很小的，所以泄壓管道管徑選用DN25的即可。安全閥的選用需注意材質(zhì)，不能與（下轉(zhuǎn)第22頁）（上接第20頁）雙氧水接觸加速分解。

2.7 設(shè)置安全噴淋洗眼器

由于雙氧水對(duì)眼睛和皮膚產(chǎn)生刺激作用，需要在罐組防火堤內(nèi)和泵區(qū)設(shè)置安全噴淋洗眼器。洗眼器輻射范圍應(yīng)能滿足規(guī)范要求，一般每15m半徑范圍內(nèi)需設(shè)置1個(gè)。

3 雙氧水罐組的設(shè)備布置

3.1 雙氧水的火災(zāi)危險(xiǎn)性定級(jí)

根據(jù)雙氧水的性質(zhì)，它屬于《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2014中表3.1.3儲(chǔ)存物品的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類中甲類第5條遇酸、受熱、撞擊、摩擦、催化以及有機(jī)物或硫黃等易燃的無機(jī)物，極易引起燃燒或爆炸的強(qiáng)氧化劑和第6條受到撞擊、摩擦或與氧化劑、有機(jī)物接觸時(shí)能引起燃燒或爆炸的物質(zhì)，所以屬于甲類液體。而《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50160-2008中沒有關(guān)于無機(jī)物的火災(zāi)危險(xiǎn)性定級(jí)規(guī)定。

3.2 雙氧水儲(chǔ)罐防火間距的確定

雙氧水儲(chǔ)罐防火間距可根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2014中表4.2.2的甲乙類液體儲(chǔ)罐間距要求布置。儲(chǔ)罐防火堤高度計(jì)算按有效容積不小于罐內(nèi)1個(gè)最大罐的容積的要求計(jì)算。配套輸送泵與儲(chǔ)罐罐壁間距按表4.2.7的要求不應(yīng)小于15米。

4 雙氧水管道設(shè)計(jì)

雙氧水管道設(shè)計(jì)不當(dāng)，也會(huì)造成雙氧水的分解，所以，在設(shè)計(jì)時(shí)需要注意以下問題：①由于雙氧水容易分解，在管道長時(shí)間不用時(shí)，排空管內(nèi)液體，排除雙氧水分解風(fēng)險(xiǎn)；②盲端和死角容易造成不純物的聚集，進(jìn)而引發(fā)分解風(fēng)險(xiǎn)。所以，管道布置時(shí)盡量避免產(chǎn)生盲端和死角；③管道連接優(yōu)先采用焊接或法蘭連接，不推薦采用承插焊和螺紋連接，避免承插焊縫合螺紋縫隙中雙氧水分解和不純物聚集；④雙氧水管道泄壓措施需接至安全地點(diǎn)，盡量接到緊急排放收集池，可防止泄壓時(shí)對(duì)周圍人員產(chǎn)生危險(xiǎn)。

5 設(shè)備和管道材料選擇

雙氧水的儲(chǔ)存設(shè)備選材必須謹(jǐn)慎，否則將會(huì)遇到分解的風(fēng)險(xiǎn)。通常小容量（30m3）儲(chǔ)存是可選用高密度聚乙烯、鋁及其合金和不銹鋼的。使用高密度聚乙烯時(shí)必須特別小心，因?yàn)樗鼈兊目煽啃允请S著時(shí)間的延長而降低的，使用時(shí)間太長容易因碰撞而損壞。如果暴露在陽光下，應(yīng)該加入適量的抗氧劑和紫外線穩(wěn)定劑。使用鋁及其合金時(shí)，使用前需鈍化處理。由于鋁及其合金容器制作遠(yuǎn)比不銹鋼更為困難，所以不太推薦使用。大容量儲(chǔ)存時(shí)可以采用304L、316L等不銹鋼，建議采用316L不銹鋼，焊接時(shí)必須有惰性氣體保護(hù)，以免影響金屬的純度。使用前需酸浸和鈍化。

雙氧水輸送管道及管件通常和儲(chǔ)存容器同材質(zhì)，可以選用高密度聚乙烯、鋁及其合金以及不銹鋼，同樣需要在使用前鈍化、酸洗。這里要特別注意的是墊片的選用，由于金屬纏繞墊含有石墨成分，不得用于雙氧水管道重，我們一般選用聚四氟乙烯墊片。但由于聚四氟乙烯墊片不導(dǎo)電，選用聚四氟乙烯墊片需要注意管道的靜電跨接問題。靜電跨接電阻值不大于0.03?。

6 建議

在雙氧水儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)時(shí)，需要認(rèn)真細(xì)致了解儲(chǔ)存雙氧水性質(zhì)，做到根據(jù)介質(zhì)性質(zhì)采取不同的設(shè)計(jì)方案，達(dá)到儲(chǔ)罐安全的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]張志剛，蔣慧靈，黃平.雙氧水爆炸事故機(jī)理分析及預(yù)防措施研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2007，7（4）：108-110.