环氧乙烷生产Word格式.docx
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3工程项目分析
3.1工艺流程介绍
3.1.1生产工艺简述
直接氧化法生产环氧乙烷是采用乙烯与氧气作为原材料，加入二氯乙烷抑制剂和甲烷致稳剂，氧气和乙烯通入到反应器中，经反应后生成环氧乙烷、乙烯、氧气、水、二氧化碳、醛类等通入洗涤塔，利用环氧乙烷易溶于水的特性，氧气、乙烯、二氧化碳均由洗涤塔顶部排出，从洗涤塔底部出来的环氧乙烷水溶液进入环氧乙烷解吸塔，解吸出来的气体除了含环氧乙烷外，溶解于水中的少量其它气体如:
CO2、CH4、O2、C2H4、Ar也随之解吸出来。
解吸塔塔出来的贫循环水返回至洗涤塔。
从解吸塔顶出来的气体中的环氧乙烷到再吸收塔，在塔内与工艺水接触而被再吸收。
未被吸收的顶部气体经CO2脱除系统后返回循环气系统，吸收液送至乙二醇进料解吸塔脱除CO2，不含CO2的环氧乙烷溶液分成两部分，一部分送到乙二醇反应工段，另一部分送到环氧乙烷精制塔，顶部侧线采出环氧乙烷作为产品。
图3-1为直接氧化法生产环氧乙烷工艺流程框图。
到混合器循环水工艺水
乙烯混合
氧气
不含CO2去EG储存
图3.1直接氧化法生产环氧乙烷工艺流程
该生产工艺中，原料乙烯为易燃易爆有毒气体，常温下为无色，带有微甜气味难溶于水的易燃气体，能溶于醇、醚、丙酮和苯中，其蒸气与空气混合后能形成爆炸性混合物，爆炸极限为3%-29%，化学性质活泼。
氧气无色无味，常温常压下为气体，属于助燃剂，氧化性强。
产品环氧乙烷是一种无色易燃气体，有毒，化学性质活泼，具有一定危险性。
3.1.2安全防火重点部位
1.反应器
乙烯与氧气的反应在氧化反应器中进行，反应温度为255℃到275℃之间，反应压力在1.72～2.17MPa之间，反应过程为急剧放热过程，乙烯与纯氧的氧化反应在氧化反应器中进行，反应产物是环氧乙烷。
由于乙烯、环氧乙烷都是易燃易爆物质，且又有氧存在，因此如果控制不好，就可能发生爆炸事故。
2.乙烯储存罐
乙烯气体储存于球形罐中，采用常压低温方式储存，但乙烯本身是一种易燃有毒气体，一旦泄露与空气混合在一定浓度内遇到明火还能发生爆炸。
3.环氧乙烷泵
环氧乙烷的分解爆炸温度571℃，如果达到此温度无需进空气就会发生爆炸。
由于环氧乙烷易气化，如果对环氧乙烷泵操作不当，会产生气蚀造成空转，使泵内温度升高，容易达到环氧乙烷的分解爆炸温度；
如环氧乙烷泵的叶轮安装不正，会发生擦壁，也能使温度升高达到分解爆炸温度。
为防止环氧乙烷泵的温度升高，设有防止泵憋压的联锁控制和轴承温升联锁控制。
该泵设有水喷淋保护
4.氧气储存
工业用纯氧一般装与钢瓶中，且氧气是一种强氧化剂、助燃，与可燃蒸气混合可形成燃烧或爆炸性混合物。
容器遇明火、高热热源有爆炸危险。
5.环氧乙烷储存罐
环氧乙烷在有酸、碱、醛的环境下易发生聚合反应，能放出大量的热；
与水反应也能放出大量的热。
由于这些反应放出的大量热，会导致环氧乙烷的分解操作，因此环氧乙烷的贮罐中绝不能有酸、碱、醛、水等物质。
为保证环氧乙烷贮罐的安全，用冷冻盐水保持5℃左右的低温，而且用0.2MPa的氮气进行氮封，以使气相组成过离爆炸极限。
环氧乙烷贮罐设有水喷淋保护。
3.1.3安全工作重点
1.反应器
严格控制好乙烯、纯氧、致稳甲烷的混合比例；
严格控制反应温度不超过290℃，反应压力不超过2.0MPa；
联锁控制系统要处于完好状态；
定期用高温测厚仪对反应器壁厚及其管道进行检测，并做好记录；
装银催化剂时，必须保护好，银脱落催化剂球会萎缩。
生产进水会使银催化剂中毒。
2.乙烯储存罐
操作人员进行排水作业时，必须有两人在现场监护、操作。
严禁排出丙烯，排水后关严排水阀门。
定时检查各密封点，严防跑、冒、滴、漏。
定期对乙烯检测报警仪进行校验检查。
定时对其冷却设备进行检测。
3环氧乙烷泵
该泵不能有泄漏，如有泄漏要立即检修；
防泵憋压和轴承温升的联锁控制要处于完好状态；
定期检查水喷淋保护系统，要保持畅通好用。
4.混合器
为了避免混合器内氧气的局部浓度过高，在混合过程中氧气的加气压力必须高速喷出，并在混合器内多位置安装温度检测设备。
混合器应装水林冷却系统。
5.氧气储存
避免与可燃气、可燃物及还原性物质共存。
仓储地点距可燃物道路、建筑、电器设备应保持安全距离符合。
库房应通风良好，有避雷设施。
严禁烟火，配备相应品种和数量的消防器材。
大于10立方米的低温液体容器不能放在室内。
6.环氧乙烷储存与装载
储存或操作温度必须控制在-10℃到20℃之间，罐内重装系数不得超过0.79kg每升；
储存罐应设置水林冷却系统，并保证充足水源供应；
盛装环氧乙烷的汽车罐车应配置高纯氮气瓶，并应设有与罐体连接的接口；
置换用氮气纯度应不低于99.9％，氮封中的氧含量不得大于0.5％；
密封垫片应采用聚四氟乙烯材料；
灌装线必须配备必要的消防措施。
3.2工艺环节的划分
3.2.1生产区
环氧乙烷生产流程是一条完整生产线，共分为七部分，原料预热混合、氧化合成环氧乙烷、环氧乙烷的洗涤、环氧乙烷的解吸、环氧乙烷的再吸收、乙二醇解吸、环氧乙烷精制。
其中原料的预热混合与氧化合成环氧乙烷可以在同一车间生产，其余的都处在室外设备中，表3.1为各车间功能与室外设备功能
表3.1各个生产车间或设备的功能与规模
编号
名称
生产车间功能
长（m）
宽（m）
高（m）
面积（㎡㎡）
1
车间
混合预热与氧化反应
100
30
8
3000
2
塔1
环氧乙烷洗涤
20
25
15
500
3
塔2
环氧乙烷解吸
625
4
塔3
环氧乙烷再吸收
10
200
5
塔4
乙二醇吸收
6
塔5
环氧乙烷精制
35
1050
3.2.2仓储设施
为了便于工厂的生产与成品管理，在生产区的附近设置原料、中间产物以及成品的仓储设施，并根据不同的需要，将仓储设施划分为三个区域。
储罐1（建筑物8）是储存生产原料乙烯的中间储罐；
储区2（建筑物9）是材料纯氧的储存区；
储罐3（建筑物10）是储存中间产物乙二醇的中间储罐；
储罐4（建筑物11）是成品环氧乙烷储存罐；
下面对各物质的化学性质及存储注意事项进行简单介绍。
1.乙烯
常温下为无色、无臭、稍带有甜味的气体。
分子量28.05,密度0.5674g/cm3（20/4℃）,冰点-169.2℃,沸点103.7℃。
易燃,爆炸极限为2.7%～36%。
几乎不溶于水,溶于乙醇、乙醚等有机溶剂.属低毒类。
麻醉作用较强,但对呼吸影响较小。
因此，储存乙烯的灌区应通风良好，罐的液位要低于80%；
贮罐中绝不能混入酸、碱、醛、水等；
氮封系统要维持正常；
水喷淋系统要保证畅通好用。
2.氧气
常压下氧气是无色无味的气体，在空气中的体积百分比为21%，是氧化剂、助燃剂、是维持生命的基本元素。
氧气的化学分子式O2，难溶于水，大气压下沸点为-297°
F（-183°
C），氧气冷却到沸点温度后变为透明、蓝色液体，比重约大于水。
3.乙二醇
乙二醇又名甘醇，熔点-13.2℃沸点是197.5℃，常温下为无色、无臭、有甜味、粘稠液体，有毒，贮存时应密封，长期贮存要氮封、防潮、防火、防冻。
按易燃化学品规定贮运。
4.环氧乙烷
环氧乙烷是一种有机化合物，有乙醚气味，高浓度有刺激臭味，具有温和麻醉性，化学式是C2H4O，常温常压下为无色易燃气化低温时是无色易流动液体，是一种有毒的致癌物质。
环氧乙烷易燃易爆，储存于阴凉、通风的库房。
远离火种、热源。
避免光照。
库温不宜超过30℃。
应与酸类、碱类、醇类、食用化学品分开存放，切忌混储。
采用防爆型照明、通风设施。
禁止使用易产生火花的机械设备和工具。
储区应备有泄漏应急处理设备。
应严格执行极毒物品“五双”管理制度。
各个建筑物功能与规格如表3.2所示。
表3.1储存建筑的功能和规格
储存及成品车间的功能
面积（㎡）
7
储罐1
乙烯
30
900
8
储罐2
氧气
700
9
储罐3
乙二醇
12
10
储罐4
环氧乙烷
3.2.3其他设施
为了使化工厂更加完整，更加规范。
现设置食堂（建筑物11）、员工会议厅（建筑物12）、员工社区（建筑13）、行政楼（建筑物14）、技术安全科（建筑物15）、员工宿舍一（建筑物16）、员工宿舍二（建筑物17）、污水处理站（建筑物18）、消防水池（建筑物19）、配电站（建筑物20）、水泵站（建筑21）。
各个建筑物的规格如表3.3所示。
表3.1其他设施的名称和规格
层数
11
食堂
60
20
3
1200
12
员工会议厅
2
13
员工社区
50
18
900
14
行政楼
15
450
技术安全科
300
16
员工宿舍一
1048
17
员工宿舍二
污水处理站
1
19
消防水池
配电站
21
水泵站
150
4区域划分
在对环氧乙烷的生产工艺及各项原料和产物进行了一定的分析后，根据生产流程及各组成部分的特点及火灾危险性，及可能散发可燃气体的工艺装置、罐组、装卸区或全厂性污水处理场，汽车装卸站、液化烃灌装站、甲类物品仓库等机动车辆频繁进出的设施等的特点，并根据本次设计的安全防火工作要点，结合地形、风向等条件，按功能分区集中布置对厂区进行划分。
将厂区划分为生产区、仓储区、生活区及办公及其他设施区。
由于化工厂主要污染源来自于生产区，根据《石油化工企业设计防火规范》中的规定，在进行区域规划时，石油化工企业的生产区宜位于邻近城镇或居住区全年最大频率风向的下风侧，以便于生产过程中废气的及时排除和扩散，减少对企业自身和邻近企业及居民的影响。
本文中环氧乙烷厂厂址设于广东茂名电白县。
因此，根据厂区地形、风向特点，及生产工艺、物料危险性，将本厂的生产区放置在厂区的西南部；
生活区位于厂区的东北部；
仓储区位于厂区的西北部；
办公及其他设施区位于厂区的东南部。
如此，则会加快生产区工业生产中废气的排放，并减少其对生活区的影响。
如发生有毒有害气体泄漏，也可避免或减缓对办公生活区的影响。
由于仓储区储存着生产原料以及成品产物，所以为了便于储存、运输，防止有毒物质的泄露对生活区产生影响，则将仓储区放置在生产区的北部。
5总平面的布置
5.1分区布置
出于对本企业及相邻企业、居民的生命健康及财产安全和火灾爆炸危险等因素的考虑，下面将环氧乙烷厂划分为四个区域。
即生产区，仓储区，办公生活区和其他设施区。
（1）生产区位于厂区的西南。
包括共分一个车间和五个室外生产设备，分别是原料预热与氧化（车间1）、环氧乙烷洗涤（塔1）、环氧乙烷解吸收（塔2）、环氧乙烷再吸收（塔3）、乙二醇吸收（塔4）、环氧乙烷精制（塔5）和消防水池。
（2）生活区位于厂区的东北。
包括食堂、员工会议厅、员工社区、员工宿舍一和员工宿舍二。
是人们办公休息娱乐的场所。
（3）仓储区位于厂区的西北。
包括原料乙烯储罐、原料氧气储存罐、乙二醇储存罐和产品环氧乙烷储存罐。
（4）办公及其他设施区位于厂区的东南。
包括行政楼、技术安全科、员工会议厅、水泵站、配电站以及污水处理站。
5.2火灾危险类别的确定
5.2.1环氧乙烷及生产原料的理化性质简介
1.环氧乙烷
环氧乙烷易燃易爆，爆炸极限为3%-100%，火灾危险性属于甲类。
火灾危险性属于甲类。
乙二醇又名甘醇，熔点-13.2℃沸点是197.5℃，闪点为110℃，常温下为无色、无臭、有甜味、粘稠液体，有毒，易燃，火灾危险性属于丙类。
4.乙烯
5.2.2生产工艺火灾危险分类
根据《建筑设计防火规》范表3.1.1（见附录中表A1生产的火灾危险性划分）可知，环氧乙烷的氧化合成、环氧乙烷的洗涤、环氧乙烷的解吸、环氧乙烷的再吸收和环氧乙烷的精制火灾危险性都属于甲类，乙二醇吸收属于丙类，但为了提高安全性，将其定位乙类。
乙烯爆炸下限为2.7%，火灾危险性为甲类。
氧气属于氧化剂、助燃剂，火灾危险性属于甲类。
乙二醇沸点是197.5℃，闪点为110℃，火灾危险性属于丙类。
环氧乙烷爆炸下限为3%，火灾危险性为甲类。
5.2.3存储区火灾危险分类
根据《石油化工设计规范》表2.0.1可燃气体的火灾危险性分类，表2.0.2液化烃、可燃液体的火灾危险性分类，《建筑防火设计规范》表3.1.3储存物品的火灾危险性分类（见附录Ⅰ中表A2贮存物品火灾危险性划分），将各原料、成品储罐、储库的火灾危险性为：
乙烯，爆炸下限为2.7%，火灾危险性属于甲类，则其储存罐火灾危险性属于甲类。
氧气，助燃剂，氧化剂，火灾危险性属于甲类，则氧气储存罐火灾危险性属于甲类。
乙二醇，闪点为110摄氏度，为可燃液体，火灾危险性为丙类，所以乙二醇储存罐火灾危险性属于丙类。
环氧乙烷，爆炸极限为3%，火灾危险性属于甲类，则其储存罐火灾危险性为甲类。
5.3耐火等级的确定
5.3.1生产区
根据生产区厂房的火灾危险类别，依据《建筑设计防火规范》第3.2.1条表3.2.1（见附录中表A3厂房的耐火等级及厂房面积）确定各厂房的耐火等级及厂房面积。
本次设计厂房全为单层厂房，1号厂房火灾危险性为甲类，厂房面积为3000㎡，塔1、塔2、塔3、塔5火灾危险性为甲类，面积分别是500㎡、625㎡、200㎡、1050㎡，塔4火灾危险性为乙类，面积为500㎡，消防水池面积为450㎡，总面积为6325㎡。
5.3.2储存区
根据库房的火灾危险类别，依据《防火与防爆》书中表4-7（见附录一中表A4库房的耐火等级、层数和占地面积）库房的耐火等级、层数和占地面积确定各库房的耐火等级，储罐1耐火火灾危险性为甲类，储罐2火灾危险性为甲类，储罐3火灾危险性为乙类，储罐4火灾危险性为甲类。
5.3.3生活区
根据《建筑设计防火规范》，生活区的建筑可以依据民用建筑确定耐火等级和面积（见附录一中表A5民用建筑确定耐火等级和面积）。
食堂、员工社区、员工宿舍一、员工宿舍二，确定耐火等级均为三级，面积分别为食堂—1200㎡、员工社区—900㎡、员工宿舍一、二均为1048㎡。
5.3.4办公及附属设施区
消防水池因为是露天的，不考虑它的耐火等级，面积为450㎡。
水泵站主要提供生活区用水，因此其属于丙类设施。
行政楼、员工会议厅、技术安全科属于民工建筑，防火等级为三级，不考虑其防火距离。
综上所述，化工厂内各个建筑物的火灾危险类别、耐火等级、层数、面积表5.1所示。
表5.1化工厂内各个建筑物的火灾危险类别、耐火等级、层数、面积
项目
类别
建筑物名称
火灾危
险类别
耐火
等级
面积（m2）
生
产
区
生产车间1
甲类
一级
单层
--
100
250
4
5
乙类
6
存
储
体积900m³
体积700m³
活
三级
三层
二层
13
225
七层
附属
设备
二级
变、配电站
5.4防火间距
5.4.1防火间距设计原则
本次设计中各建、构筑物之间防火间距的设计是以《石油化工企业设计防火规范》表3.2.11石油化工企业总平面布置的防火间距为主要根据，对环氧乙烷厂各建、构筑物之间的防火间距进行确定。
将标准所要求的防火间距作为最低标准，并且只考虑邻近建、构筑物只的防火间距。
本厂重点防火区域为生产区和储存区，根据生产车间、仓库、储罐等的火灾危险类别，对防火间距进行设定。
生产区内生产车间的火灾危险类别为甲类，储库和储罐的火灾危险类别包括甲类和乙类。
因此，根据标准可知，甲类车间、仓库之间的防火间距为30m，甲类与乙类之间的防火间距为25m。
其中，水泵站主要供应生活用水，所以将水泵站作为丙类设施，因此，则其与配电站之间的防火间距应符合丙类设施与全厂重要性设施之间的防火间距，为25m。
5.4.2防火间距的确定
依据以上原则，再考虑工厂整体布局的整齐美观，工厂内各建构筑物之间的防火确定见表D1。
所有建构筑物的面积及它们之间的防火间距，再综合考虑总体布置及甲类厂房和库房与厂区围墙和厂内主要、次要道路之间的距离，对工厂总平面布置见详图。
6防爆电气的设计
6.1划分爆炸危险区域
根据《防爆电器设计规范GB50058-92》第2.2.3条规定“第一级释放源：
预计正常运行时周期或偶尔释放的释放源。
类似下列情况的，可划为第一级释放源：
在正常运行时会释放易燃物质的泵、压缩机和阀门等的密封处”。
乙烯的火灾危险性为甲类。
这个流程中环氧乙烷的合成工艺是在较高的温度下进行的，反应本身放热，反应后的气体温度较高，在生产过程中有较高的危险。
因此，在进行环氧乙烷合成时密封处为第二级释放源，释放物质为乙烯，所以将密封处所在的区域划分为2区。
根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB50058-92》第2.3.5条规定，“存在第二级释放源的区域可划为2区”，故整个生产车间1的危险区域划分为2区。
区域划分图见附录Ⅲ。
6.2防爆电气选择
6.2.1爆炸性混合物分级、分组
根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》气体或蒸汽爆炸
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