【摘 要】本文对苯加氢生产过程所涉及的危险性进行了分析，并提出了在装置上采用DCS控制系统和工艺装置自动控制及连锁保护设置的安全措施。

　　【关键词】苯加氢生产过程;危险性;安全措施

　　0 引言

　　焦化生产过程中的附加产品粗苯中主要含有苯、甲苯、二甲苯及部分不饱和烃、含硫杂质等，为提取化工生产中的基本有机原料苯、甲苯和二甲苯，可利用粗苯加氢方式去除不饱和烃、含硫杂质等。现在苯加氢装置是低温苯加氢生产装置，年生产能力在400万吨以上。由于在生产过程中涉及的介质大多是危险化学品，具有易燃易爆、有毒、腐蚀的特点，一旦发生事故将严重影响到企业人员生命和财产的安全。因此对苯加氢生产过程的危险性进行分析，辨识危险因素，提出安全措施，保证安全生产。

　　宁夏宝丰能源集团有限公司10万吨/年粗苯加氢精制项目是宁夏宝丰能源集团有限公司循环经济的重要组成部分，于2012年初投产运行。苯加氢项目所需的主要原料是粗苯、氢气。其中粗苯是宝丰能源集团公司焦化厂生产的附加产品之一，氢气则是以集团甲醇厂的甲醇驰放气和焦化厂的焦炉煤气为原料，通过变压吸附的方式制得纯度为99.9%的氢气。粗苯经过两级加氢反应，并经过一系列萃取精馏的方法生产出高附加值的苯、甲苯、二甲苯等。本文以宝丰集团的苯加氢生产工艺为研究对象，分析其生产过程中的危险性，并提出相应的安全措施。

　　1 苯加氢生产流程简述

　　焦化粗苯由粗苯原料储罐送至主装置区粗苯过滤器后与阻聚剂进入换热器加热，大约加热到114℃进入减压塔使轻苯和重苯分离。反应物与循环氢充分混合进入换热器和主反应物进一步换热至216℃，反应物从预反应器底部进入向上流动经催化剂床层，烯烃在催化剂Ni-Mo作用下被加氢饱和，气体混合物从预反应器顶部离去。少量高沸点物质(约为原料量的3～6%)，作为残液从多段蒸发器底部排出去减压塔。从预反应器顶部出来的气体混合物经换热器再经主反应器加热炉加热到主反应器所需的入口温度335℃，从主反应器顶部进入，经过Co-Mo催化剂床层向下流动，在此发生原料脱硫、脱氮，脱氧和烯烃饱和反应。

　　主反应器内发生的反应如下：

　　CnH2n+H2=CnH2n+2

　　单烯烃+氢气=链烷烃

　　C2H6S+H2=C2H6+H2S

　　硫醇+氢气=乙烷+硫化氢

　　C4H4S+4H2=C4H10+H2S

　　噻吩+氢气=丁烷+硫化氢

　　C6H6O+H2=C6H6+H2O

　　苯酚+氢气=苯+水

　　C8H6O+3H2=C8H10+H2O

　　古马隆+氢气=乙基苯+水

　　C5H5N+4H2=C5H12+NH3

　　吡啶+氢气=戊烷+氨气

　　C6H7N+5H2=C6H14+NH3

　　苯胺+氢气=己烷+氨气

　　芳烃的加氢反应：

　　C6H6+3H2=C6H12

　　苯+氢气=环已烷

　　C7H8+3H2=C7H14

　　甲苯+氢气=甲基环已烷

　　C8H10+3H2=C8H16

　　乙基苯+氢气=乙基环己烷

　　2 生产过程危险性分析

　　2.1 危险物质种类及特性

　　从苯加氢生产工艺可以看出，苯加氢生产系统中涉及的物料主要为易燃易爆性物料，如粗苯、氢气、苯、甲苯、二甲苯、非芳烃、重苯、溶剂油及化学反应过程中产生的副产物气体(硫化氢、氨)、烃类气体等，这些物料在工艺装置内运行，具有火灾爆炸危险性、毒物危害性及腐蚀危害性。其种类及特性如表1所示。

　　表1 主要危险物质及特性

　　2.2 生产过程中的主要危险性

　　按照事故致害原因分类，根据《企业职工伤亡事故分类》，以及苯加氢生产过程中主要生产设备、作业环境等条件，确定该生产过程各生产单元具有的危险危害因素如表2所示。

　　2.2.1 火灾爆炸危险性

　　苯加氢生产装置处于带压(或负压)、高温下运行，所涉及的物料大多具有易燃易爆性的特点，物料的泄漏及装置漏入空气易形成爆炸性混合物，遇明火或火花将发生燃爆事故。罐区(原料罐区、成品罐区)物料的贮存量很大，火灾爆炸的危险性大，一旦发生事故将造成严重的后果。生产过程中涉及的物质绝大部份为芳烃类或烃类物质，由于其电阻率大，在物料输送过程中及易产生静电危害;生产装置中大型的塔器、生产框架、罐区等建构筑物高大突显，在雷雨天气极易产生雷电危害。

　　在输送、过滤、换热、分离粗苯过程中，如若泄漏会与空气形成爆炸性混合物，遇明火引发燃爆事故。粗苯加氢时，因为反应是在氢气(爆炸极限为4%～75%)存在下进行，且在高温、加压条件下进行，操作失误或因设备缺陷有氢气泄漏，极易与空气形成爆炸性混合物，如遇点火源即会爆炸。同时加氢反应为放热反应，温度与反应速度有关。如果反应温度控制失控，则会使反应温度激剧上升，反应器压力也随即上升，一旦失控则整个系统十分危险，会使催化剂床层和反应器受到损环，严重时酿成爆炸事故。加氢反应也是一个体积缩小的反应。从理论上讲，较高的操作压力有利于提高加成、脱硫、脱氮及脱氧反应的进行，但实际上在催化剂量作用下，反应速度很快，提高压力对反应速度影响不是很大，反而压力的增大对设备的要求更高。加氢反应器压力过高可造成设备破环、超压爆炸事故。实际生产时反应压力的平稳是系统控制的重要参数，若压力波动大，不仅加氢反应器波动大，同时也会造成稳定塔、预蒸馏塔等波动幅度增大，难以操作，极易引发事故。

　　表2 主要危险有害因素分布表（略）

　　在蒸馏或精馏过程中，若回流量调节过大或加热蒸汽量调节供应过大，均可造成液泛即淹塔。若处理不及时严重的雾沫夹带有可能使可燃液体带至塔顶及冷凝器，造成产品质量(纯度)下降。而物料带出系统外将引发安全事故。萃取物中溶剂与芳烃的分离是通过减压蒸馏来实现的，系统的密闭性十分重要，否则一旦外界空气进入设备内部将形成爆炸性混合物，遇点火源会发生燃爆事故。

 　　生产作业区排出的废水若含有泄漏的苯类物质，因其微溶于水且比水密度低，飘浮于水面遇火源将造成燃烧，火势将随水面无限制的蔓延。生产装置运行过程中各冷凝/冷却系统若冷却不足，系统中的气相物料不能冷凝造成系统压力升高易造成物料泄漏，同时也会因压力增大造成泄漏物料瞬间气化喷出，产生静电火花引发火灾爆炸事故。

　　2.2.2 毒性危险性

　　苯加氢生产过程中所涉及的苯、硫化氢、氨、乙醇胺等危险化学品具有一定的毒性，尤其是硫化氢是一种强烈的神经毒物，对人体粘膜有强烈的刺激作用，高浓度时可直接抑制呼吸中枢，引起迅速窒息而死亡。而氨对粘膜有刺激作用，高浓度可造成组织溶解性坏死，引起化学性肺炎及灼伤。恶臭气体若不经处理直接排放，对生产区域周边大气环境造成的污染也将十分明显。

　　2.2.3 腐蚀危险性

　　生产过程中氢氧化钠、乙醇胺具有腐蚀性，所用的粗苯原料含有的各种硫化物、氮化物在加氢脱硫、脱氮过程中生成的硫化氢和氨，对加氢精制生产装置设备的腐蚀十分明显。其腐蚀主要表现在气相腐蚀。硫化氢与设备接触，生成金属硫化物，常见为硫化铁，常温下硫化铁与空气中的氧气接触，会发生氧化放热反应，发生自燃事故。

　　2.2.4 其他危险性

　　(1)窒息危害

　　苯加氢生产中有许多大的贮槽和气柜等，在进行检修时要进行置换，经检测合格后方可进入检修。如果冒进，可能发生因置换不完全导致容器内含氧量不足发生窒息死亡事故。

　　(2)灼伤危害

　　苯加氢生产过程中需要加热，因此要配置高温蒸汽、输送高温物料等。在输送高温介质时，高温的设备和管道表面容易导致人员灼伤，一旦设备内高温物料或蒸汽泄漏喷出时，很容易导致人员烫伤。

　　(3)电气伤害

　　电气伤害主要包括设备或线路本身故障产生的伤害，如设备老化耐压等级降低等。还有违章作业产生的伤害。主要有：电击危险、违章作业触电事故、雷电危险。

　　(4)机械伤害

　　各类泵、压缩机等机械在运转时，如果裸露运动部分没有安装安全防护装置或防护装置失效，或者违章操作等，将可能对人身造成机械伤害事故。

　　(5)厂内车辆运输危险性

　　厂内机动车辆的危险性体现在：道路的布置不合理;道路没有设置警示灯、警示牌等;驾驶人员不按操作规程操作;厂内机动车辆没有由技术监督部门进行定期强制性检验、没有进行登记注册、无证人员驾驶;机动车辆有缺陷;厂内道路没有足够的安全视距等。

　　3 安全措施

　　为了扼制或削弱苯加氢生产过程中存在的有毒、腐蚀和化学性灼伤、火灾、爆炸危险性，应在加强重大危险源监控，采取防火、防爆、防中毒、防腐蚀、防烫伤、灼伤、防机械、车辆伤害措施，做好事故抢救及应急救援措施的基础上，采用DCS等自动化控制安全措施，保证安全生产。

　　3.1 自控系统

　　针对粗苯加氢装置工艺过程复杂，操作温度高、压力高的特点，生产过程的控制系统采用DCS系统进行生产操作和安全控制，以保证关键和重要设备特别是反应部分的高温和加氢设备的安全、可靠、连续长周期的运行，保证装置、人员及设备的安全。采用DCS控制系统具有精确度高、可靠性好和维护工作量少等特点，可为实现先进控制和优化控制建立良好的应用平台。

　　DCS的控制器，根据装置的实际需要进行冗余配置，并保证CPU的负荷不超过60%，独立装置按40个回路/每站考虑，联合装置按50个回路/每站考虑，并设置必要的网络接口与上位的全厂计算机管理网络相连接，以适应计算机管理的总体规划需要。在生产过程中，DCS控制系统将所有的工艺变量进行数据处理，用于过程的实时控制、报警;生成各种控制、显示和报警画面;打印各种生产、管理报表、报警报表。并可利用DCS丰富的计算机功能进行复杂的工艺计算及设备计算。

　　根据粗苯加氢精制装置工艺操作条件复杂、危险性较大的特点，中心控制(操作)室除了考虑与工艺装置的安全距离外，室内地面高于室外地面600mm以上，同时设置必要的烟雾和火灾报警系统。DCS的显示操作站及ESD的操作界面，以相对独立的分组形式布置，以方便正常的生产操作和生产管理，以及非正常情况下的事故紧急处理。DCS控制系统采用三个冗余的控制器;显示操作站及工程师站共5个;网关机(PC)一台;2台宽行打印机，用来打印事件报表和生产报表。

　　为了保证生产装置的安全可靠运行，用于控制的I/0卡配备冗余，有自诊断功能，故障时自动切换。并予以报警。

　　系统电源除设置一般电源(GPS)外，还设置不间断供电系统(UPS)，不间断供电持续时间为30分钟，由正常供电转换到备用电源的切换时间≤5ms。

　　3.2 工艺装置自动控制及连锁保护设置

　　生产装置基本控制回路以PID为主，设置必要的复杂控制回路，主要控制：

　　(1)控制反应器进料加热炉燃料量来控制加氢反应器入口温度，反应器各床层入、出口设置水平均布的测温元件，以检测床层内各点温度;

　　(2)反应系统压力的控制，是以高压分离器顶压力为操作点，通过调节放空量来实现;

　　(3)对紧急放空系统、循环氢压缩机自动保护联锁系统、高压进料泵自动保护联锁系统、反应进料加热炉自动保护联锁系统等重要机组和设备设置安全联锁系统及事故报警和预报警系统;

　　(4)采用故障安全型紧急停车系统(ESD)，控制装置联锁和停车。

　　4 结论

　　苯加氢生产过程虽然存在火灾、爆炸、有毒、腐蚀等危险性，反应温度高、压力大，一旦出现安全事故，将导致重大的人员伤亡和财产损失。为了保证苯加氢生产过程的安全运行，必须对其生产过程中所涉及的危险化学品及生产过程的危险性进行辨识和分析，在采取防火防爆、防腐蚀的基础上，采用DCS自动控制系统和工艺装置自动控制和连锁保护设置，可以有效的防止安全事故的发生，确保苯加氢生产装置安全运行。

　　【参考文献】

　　[1]中国安全生产科学研究院.安全评价实用指南[M].中国矿业大学出版社，2007，3.

　　[2]张雪刚.有机氟化工生产危险因素分析及安全防范[J].广东化工，2013(9)：76-77.

　　[3]王平.苯生产过程中的危险性分析[J].当代化工，2009，4.

　　[4]薛璋.低温苯加氢装置要点探讨[J].燃料与化工，2008，9.

　　[5]李建，耿瑞增，侯丽伟.焦化粗苯加氢反应条件的分析[J].燃料与化工，2009，11.

　　更多资料请点击:安全教育