双氧水装置的安全设计分析

双氧水装置的安全设计分析

杨贻平

柳州化工股份有限公司鹿寨分公司 广西柳州 545600

摘要：随着我国社会经济不断发展，绿色化工技术也正在被不断被推广应用，双氧水作为无机化工原料，在工业化生产中具有重要作用。被广泛应用于医药、食品、化工等众多行业领域当中。随着工业双氧水的使用需求日益增长及快速发展，对装置的生产安全提出了更高的要求，本文通过对双氧水装置的危险因素进行分析，提出相应的预防措施及安全设计。

关键词：双氧水装置；安全设计；工艺系统设计

双氧水的装置安全性能随着双氧水广泛应用的同时被予以重视。双氧水的生产装置如果在设计及操作等方面存在问题就会出现严重事故影响，在2012年中原大化2 15双氧水装置出现严重的燃烧爆炸事故更是将这一问题凸显出来。我国目前的双氧水装置设计多数采用蒽醌技术工艺。本文通过蒽醌法的技术流程及设计等方面对双氧水装置的相关安全问题进行探讨。

一、双氧水装置的危险有害物质因素

双氧水装置中包含涉及了双氧水、氢气、工作液等混合物。氢气主要分布在装置中的过滤器、氢化塔、氢气缓冲罐当中，一旦发生氢气泄露就会造成爆炸、火灾或中毒等事故发生。氢气泄露的现象易发生在阀门与容器的连接部位。双氧水属于无色、无味、不可燃的强氧化剂，当浓度较高时会引起其他物质的燃烧，一旦高温受热就会发生急剧分解的现象，造成中毒、爆炸等危险事故发生。双氧水由于自身属于不可燃物质，其发生爆炸的系数并不高，但是由于它存在装置中的各个单元中，分布范围较广并且容易分解，因此发生爆炸的范围面也较为广泛。双氧水装置中所涉及的工作液主要成分是三甲苯，属于火灾危险物质，工作液一旦发生泄露或中氧含量过高也会产生爆炸等事故。在双氧水装置中还可能由于其他物质危害造成事故发生等现象。例如生产中使用的碳酸钾、三甲苯或双氧水烟雾等都会造成一定程度上的危害。因此装置的安全性能是双氧水装置生产中最重要的问题。

二、蒽醌法制备双氧水的工艺流程

蒽醌法在全球工业双氧水生产中是最为主流、普遍的生产方法。运用蒽醌法制备双氧水主要以2-乙基蒽醌为主要载体，其次以磷酸三辛酯和重芳烃为溶剂配制成混合液体的工作液。当工作液在固定床内受到一定温度之后在压力、温度以及催化剂的作用下与氢气发生氢化反应。反应过后的工作液与空气中的氧气再进行氧化反应，最终获取的氧化液经过纯水的萃取和净化得到双氧水，在工作液经过处理后进行循环使用^[1]。在整个工艺流程中分为氢化、氧化、萃取净化、处理、浓缩等工序，而氢化工序作为核心，其效果取决于催化剂的性能。钯催化剂是蒽醌法工艺中的一种关键原材料，在生产过程中要结合其特点进行合理有效控制，避免钯催化剂在生产当中影响发挥，导致资源浪费，影响产品质量。

三、蒽醌法工艺的安全设计

综上所述提出了双氧水在生产过程中装置中涉及到的危险有害物质。具有较高的爆炸系数，因此在设计当中要避免此类风险事故的发生。

（一）在进行蒽醌法的工艺流程时，其中的氧化工序和萃取工序均属于酸性环境，氢化工序和处理工序则属于碱性环境，因环境不同双氧水在碱性环境下会出现急剧分解的现象，从而造成火灾等事故发生。因此在其氧化反应之前要进行适当的加酸处理，在氧化塔的进液管线上安装报警检测，避免氧化液呈碱性状态，在蒽醌法的各个工序中设置分析点，对工作液的酸碱度进行随时监控。在使用的相关设备当中要定期进行排液工作，避免酸碱性的废液混合在一起使双氧水发生分解，要根据废液的酸碱性进行分类排放到相应的废液罐中。

（二）当稀品双氧水的进料浓度越高，其总有机碳安全限值就越低，产品的质量也会随之下降。由于稀品带入的杂质会在装置蒸发器的底部存留，受到杂质的影响易发生爆炸，或者存留的杂质发生了氧化反应^[2]。因此在蒸发器的底部要安装设计脱盐水的注入管线和高温报警装置，安装开关阀门，能够及时将注水降低温度，对双氧水的分解速度进行控制。

（三）在压力容器的最高点设置监控报警信号，对氢化塔的工作液进料出料设置分离器，在氢化工序中安装氢气泄露报警信号。在各部位的装置中设置实时监控。对于氢气系统、氮气系统以及工作液系统中进行隔离设计。对于酸碱性工作液完全隔离，防止其影响双氧水的分解。在氢气系统以及重要设备的进口处设置相应的灭火装置。

（四）在双氧水的生产装置中选用优质的不锈钢材料与原材料和工作液相接触。其次选用低碳含量的奥氏体不锈钢材料与双氧水相接触。采用球阀作为双氧水接触的阀门，以便于能够快速切断。由于工作液中具有较强的腐蚀性，所以要采用聚乙烯等作为垫片密封材料。同时在进行氢化工序中如果工作液的温度较高则不能使用聚乙烯，避免受热变形漏料等现象发生。

（五）在双氧水装置中将SIS系统进行配套设计，能够在监测生产当中对出现的潜伏危险进行及时报警，能够有效防止事故的发生。安全仪表的设计要与双氧水装置的工艺进行统一，操作人员在进行操作时容易忽视关联的安全仪表系统操作，SIS系统如果运用得当能够在双氧水装置出现异常时降低事故带来的危害和损失，保能够保障正常的生产运转，如果运用不当则会在操作运行时进行干扰，因此操作人员必须保证能够合理的进行联锁控制设置并且对传感器等配套设备进行定期检查，其信号报警及动作设定值等范围必须要符合生产要求，确保SIS系统的稳定运行。

（六）由于萃取液中含有双氧水分解产生的氧气，会造成萃取液在管线中的流速较快，管道中产生静电发生爆炸事故。因此在流出的萃取液中要夹杂一定的水量，经过分离器分离出水，避免事故发生^[3]。双氧水装置容易发生火灾的重要原因包括静电的产生。装置生产中涉及的氢气、重芳烃等物质由于双氧水分解产生的氧气助燃，会加快其在管道中的流动速度从而产生静电，因此在装置设计中首先要消除静电的堆积，其次通过接地导体将带电物体的静电荷引入到大地中，设备管线要采用铜板接地或者在放空管道中设置灭火器减少静电产生。

（七）双氧水一旦受热温度过高就会急剧分解，最后进行的浓缩工序要在真空条件下运行。降低操作温度，浓缩工序中包含蒸发器和精馏塔的操作，为了能够保证工作液在真空环境中顺利进入到常规环境中需要在两个不同的环境之间设置落差。做到双氧水在分解时能够起到泄压的作用，保证其整个流程操作的安全性的同时又节省了能量。

四、双氧水装置设备的安全措施

由于蒽醌法双氧水装置生产涉及很多易燃物质，如果在生产过程当中发生泄露就会极大程度上造成事故发生。因此在设计当中要将厂房变成半露天的形式。针对泄露的气体能够在此环境下被及时吹散，避免聚积，改善了设计车间的运行环境，对工作人员的人身安全加强保障。其次要对相关工作人员加强操作培训及安全教育学习，提升工作人员的安全意识和实际操作技能。在进行作业时能够避免出现误差，全方面的避免事故发生。根据调查由于近年来很多人员操作不当出现爆炸事故不在少数，因此要在较大的设备当中设计爆破片，减轻可能出现的事故所造成的损失。在室外的高大设计当中进行防雷设计，综合全方面因素考虑极大程度上减少事故发生。

结束语：

蒽醌法技术工艺是一项制备双氧水生产的成熟技术工艺。虽然在全球双氧水生产中被普及使用，但是在设计中还要根据国家及行业的相关标准规定了解装置工艺流程。对于安全事项的设计要不断加强重视，在操作中尽量减少操作误差，避免事故发生造成损失。本文通过在双氧水的装置安全设计中进行了具体分析研究，进一步在蒽醌法技术工艺上加强了安全措施，加强了工作人员的人身安全保障，全方位的减少事故发生。

参考文献：

[1] 李镇东. 双氧水装置的安全设计[J]. 化工设计,2018,(006):20-22

[2] 迟志奎 赵晨悦. 蒽醌法生产双氧水的安全设施设计[J]. 山东化工,2018,(017):142-143

[3] 张磊. 蒽醌法生产双氧水技术的安全性探讨[J]. 建筑工程技术与设计,2019,(020):41-41