防火防爆课程设计.docx
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防火防爆课程设计
摘要
氯乙烯是工业生产中不可缺少的重要化学物质，尤其在今天的化工活动中表现更为突出。
本次课程设计的内容为氯乙烯厂的防火防爆设计，且设计中，假设该厂采用平衡氧氯化方法来制取氯乙烯。
通过对主要生产环节和储存场所进行火灾危险类别鉴定，加以国家相关标准的规定要求，明确重大危险存在的场所和位置，最终确定厂房的具体设计方案，得出较合理的区域规划和总平面布置图。
另外，此次课程设计集中对氯乙烯厂房进行防火防爆分析，并提出了相应的防爆电气设备的选择要求，以及厂房的泄爆面积进行计算，得出合理的泄爆方式，为最终的安全建议提供了合理、可靠的依据。
关键字：
二氯乙烷；直接氯化；氧氯化；裂解；精制
1前言
随着科学技术进步和经济的快速发展，石油化工企业的规模日益增大、数量日益增多。
石油化工行业属于高危行业，具有危险物质多、生产过程复杂、对环境条件要求高、火灾危险性大、事故多发、事故严重度高的特点。
近几年石油化工企业火灾爆炸事故频繁发生，石油化工企业火灾爆炸危险成为人们普遍关注的社会问题。
石油化学工业简称石油化工，是化学工业的重要组成部分，它囊括了很多生产部门，如农药行业，化肥行业，橡胶助剂行业，合成材料行业等等，在中国的国民经济发展过程中有重要作用，是中国的支柱产业部门之一。
中国石油化工行业占工业经济总量的20%，因而对国民经济非常重要。
石油化工行业包括石油石化和化工两大部分，这两部分在近几年都保持了较快的增长。
该氯乙烯厂必须在设计时充分考虑到各种可能出现的事故隐患，运用安全管理的思想【1】，以本质安全化为宗旨，体现出一个“早”和一个“全”。
“早”即从设计初就考虑到各种防护手段，把一些不必要出现的危险降至最低或为零。
而“全”则是在要求管理者必须具备一定的安全素质，在生产中要落实安全规章制度，将安全问题贯彻至生产的各个环节。
本次课程设计主要依据石油化工企业设计防火规范GB50160、建筑设计防火规范GB50016-2006、火灾危险环境电力装置设计规范GB50058-92、并参考《防火防爆》等材料对氯乙烯厂进行防火防爆设计。
2工程概况
本氯乙烯厂在生产产品时，是采用工业中通常所用的平衡氧氯化法[2]。
用平衡氧氯化法生产氯乙烯工艺主要包括直接氯化单元，氧氯化单元，二氯乙烷净化单元，二氯乙烷裂解单元和氯乙烯精制五个单元。
其中，二氯乙烷精制和氯乙烯精制单元各大公司的技术基本相同，直接氯化和氧氯化两个单元各公司采用的技术则不尽相同。
在直接氯化单元主要有低温氯化工艺和高温氯化工艺，在氧氯化单元有固定床工艺和流化床工艺，根据所用的原料气是氧气或空气，又分为氧气法和空气法。
直接氯化生成的二氯乙烷和氧氯化后所得到的二氯乙烷都会带有乙烯和氧气杂质，而作为生产氯乙烯中间体的二氯乙烷的质量要求是无水、无铁，所以在裂解前需出去杂质，即进入精制单元精制。
精制后的二氯乙烷进入裂解单元。
裂解是将二氯乙烷转化为氯乙烯和氯化氢的过程，有气相法和液相法两种，工业上采用气相法。
由于热裂解的反应器结构简单，又不需要催化剂，且二氯乙烷转化率和氯乙烯吸收率与催化裂解法基本相同，因此受到普遍欢迎。
用定量泵将精制二氯乙烷送入裂解炉的预热阶段，借助裂解炉烟气加热到220摄氏度左右，部分二氯乙烷汽化。
将所形成的气液混合物送入分离器，自分离器底部引出未汽化的二氯乙烷，经过滤器进蒸发炉进行汽化，汽化后的二氯乙烷再经过分离器分出其中所夹带的液滴。
分离器顶部引出的气相二氯乙烷进入裂解炉的辐射段，于500---550摄氏度进行裂解反应生成氯乙烯和氯化氢。
为了减少裂解过程的副反应，一般控制裂解转化率为50---55%，最高可达60%。
之后，氯乙烯、氯化氢和未裂解的二氯乙烷一起进入氯乙烯精制单元进行分离，得到高纯度的氯乙烯。
而氯乙烯精馏工艺有五种，最常用的是二塔流程和三塔流程。
三塔流程中包括氯乙烯精馏塔，气提塔和氯化氢塔。
氯乙烯精馏塔的塔顶压力为0.5MPa，塔顶温度为40摄氏度，塔顶采出为氯乙烯，其中含少量氯化氢，经冷凝后进气提塔。
精馏塔塔斧液组成主要为二氯乙烷，送二氯乙烷净化单元作为高沸塔进料，进一步回收二氯乙烷。
而气提塔的作用是将产品氯乙烯中所含的少量氯化氢气提出来，返回氧氯化反应器，与氧气，乙烯反应生成二氯乙烷，该二氯乙烷也进入精制单元。
从整体的工艺流程来看。
影响生产成本的主要因素有氯乙烯消耗量，氯气消耗，耗电量，加工助剂，管理人工费用等，虽然该方法较乙炔法耗能较低，但其设备投资却十分巨大，因此设备折旧在成本中所占比重较大。
3工程项目分析
3.1工艺流程介绍
3.1.1生产工艺简述
平衡氧氯化法制氯乙烯的生产工艺主要由直接氯化、氧氯化、二氯乙烷精馏、裂解、氯乙烯精馏等工序组成。
首先氯气和乙烯在直接氯化反应器中反应生成二氯乙烷，并剩有部分含乙烯、氧气的尾气。
二氯乙烷去二氯乙烷精制单元精制，除去其中的水、低沸物和高沸物。
精制后的二氯乙烷去二氯乙烷裂解单元，在裂解炉中于510℃、2.0MPa下进行热裂解，产生氯乙烯和氯化氢。
氯乙烯、氯化氢和未裂解的二氯乙烷一起进入氯乙烯精制单元进行分离，得到高纯度的氯乙烯。
分离出的氯化氢返回氧氯化反应器，与氧气、乙烯反应生成二氯乙烷，该二氯乙烷也进入二氯乙烷精制单元精制。
图3.1所示为氯乙烯生产工艺方框流程图。
乙烯氯化氢
氯化
精馏
裂解
精馏
氯乙烯
氯气二氯乙烷
乙烯氯化氢
氧氯化
氧气
图3.1氯乙烯生产工艺方框流程图
氯乙烯生产所用原料及产品（如乙烯、氯气、氯化氢、二氯乙烷、氯乙烯等）都是易燃、易爆有毒物质，工序属有毒生产作业岗位。
3.1.2安全监督重点岗位
1.直接氯化单元
该单元采用乙烯和氯气进行直接氯化反应。
由于隔膜法生产的氯气中含氧达4%，故反应后的尾气中有氧气存在，而直接氯化反应中为使氯气转化率尽可能提高，又采取了乙烯与氯气1.25：
1克分子比，所以在尾气中氧气与乙烯共存，有形成爆炸性混合物的可能，一旦控制不好就有可能发生事故。
如某装置就曾出现过因操作工误关闭直接氯化反应乙烯阀门，造成尾气中氧含量增高，形成爆炸性混合物而发生闪爆的事故。
幸亏闪爆发生在设备外，如发生在设备内部，后果不堪设想。
另外，该单元有部分尾气放空（单独开车时，将全部放空），尾气中90%是乙烯，与空气接触时，若遇到明火就会爆炸，所以放空是很危险的，特别是在雷雨天气时。
2.氧氯化单元
该单元所用原料有乙烯、氧气、氯化氢。
乙烯、氧气的共存本身就有爆炸的可能。
反应后产生的尾气中含有大量的乙烯和氧气，故在进料过程中必须考虑乙烯、氧气、氯化氢的进料克分子比，使尾气中的氧含量控制在12.5%之内，控制失误将有爆炸危险。
3.二氯乙烷裂解单元
该单元是在高温、高压下使二氯乙烷在裂解炉中进行热裂解，裂解炉炉管长期处在高温、高压条件下，加之内部物料中含有氯化氢和微量水，会加速对炉管的腐蚀，故炉管长时间使用必将会出现腐蚀穿孔，物料泄漏入炉膛内而引起燃烧爆炸事故；另外，其它设备（如急冷塔、换热器）也有腐蚀的可能，因此，该单元的原料必须很好的控制，使之不含水，否则腐蚀会进一步加速。
4.氯乙烯精制单元
该单元的任务是将氯化氢、氯乙烯及二氯乙烷分离。
这三种物料沸点相差很大，故精馏较难控制，一旦控制不好，不但分离效果不好而且还会引起部分设备超压，使安全阀起跳，大量易燃、易爆物料喷出。
由于氯化氢存在，一旦系统中存有水，也会造成设备的腐蚀而发生意外事故。
因此水是氯乙烯装置的危险所在。
5.罐区
罐区包括氯乙烯罐、粗二氯乙烷罐，氯乙烯和二氯乙烷都是易燃、易爆、有毒、有害物质，操作、维护不当有发生泄漏事故的危险。
3.1.3安全监督要点
1．直接氯化单元
1）要经常检查乙烯与氧气投料克分子比和尾气中的氧含量，使之控制在10%，防止氧含量超过12.5%而进入爆炸范围。
2）应定期对尾气氧含量联锁系统进行校验、维护维修，使之保持完好的工作状态。
当氧气表出现问题时，必须及时维修。
在此期间，尽量控制较高的克分子比，并通过色谱分析氧含量，以指导生产。
3）要经常对尾气放空部位进行检查，在放空部位要放好消防灭火设施，一旦因明火使放空尾气燃烧时，千万不能停车（因停车后系统压力降低，会将火吸入系统中），而应打开氮气程控阀，用氮气稀释尾气，并用灭火器将火熄灭。
2．氧氯化单元
1）应经常检查乙烯、氧气和氯化氢的进料克分子比，保持进料中的氧含量的10%之内。
2）要定期对进料中氧含量联锁仪表进行校正，确保其正确好用，并定期以精密仪器分析进行验证。
3）必须保证氮气的正常供应，特别是因空分停车而造成停车时，尤其要注意，以保证该单元安全停车。
3．裂解单元
1）要对裂解炉进行科学管理，其中包括开、停车的升降温速度要按规定进行；每年大检修对炉管进行全面检查、测厚；保证所进物料全面合格等。
2）要严格检查所进物料的含水不大于10ppm（即百万分比，目前，在大多数科技期刊中，已经不使用ppm，而改用“‰”）【3】，否则应停止进料。
3）经常检查碳四液化气罐和燃料系统，防止燃料系统泄漏。
坚持每天的正常排水，并坚持两人操作，其中1人监护。
4．氯乙烯精馏、罐区及其它
1）在氯乙烯精馏单元，要注意对各控制点操作条件的检查，发现问题要及时调整，防止经常性超压放空；本系统的设备腐蚀情况也要进行定期检查和检测。
2）对罐区内的各密封点，必须坚持经常性的巡回检查，遇到问题及时处理。
3）对本装置的消防及防护设备应定期检查，接触有毒、有害物质的作业必须严格做好个人防护。
3.2工艺环节的划分
3.2.1生产区
氯乙烯的工艺流程共分为五个步骤：
直接氯化、氧氯化、二氯乙烷精馏、裂解和氯乙烯精馏。
由于这五个过程基本都是相互独立的，所以可以设置成五个生产车间。
因此，氯乙烯的生产过程被分为五个部分。
其中各个生产车间的功能与规模见表3.1【4】。
表3.1各个生产车间的功能与规模
厂房编号
生产车间功能
长（m）
宽（m）
高（m）
面积（㎡㎡）
1
乙烯和氯气发生直接氯化
70
50
8
3500
2
乙烯和氧气发生氧氯化
70
50
8
3500
3
二氯乙烷精馏
70
50
8
3500
4
裂解单元
70
50
8
3500
5
氯乙烯精馏
70
50
8
3500
3.2.2仓储设施
为了方便工厂的生产与成品的管理，所以在厂内设计有储存车间和成品车间，分别储存生产原料和成品。
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
乙烯常态为气态常温常压下是一种无色的易燃易爆气体，略具有烃类特有的臭味，不溶于水，微溶于醇、酮、苯，溶于醚。
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%。
危险特性：
易燃，遇火星、高温、助燃气体有燃烧爆炸危险。
工业中应储存于阴凉、通风的库房。
远离火种、热源。
库温不宜超过30℃。
应与氧化剂、卤素分开存放，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。
2．氧气
氧气是一种无色无味的助燃性气体，正常大气中含21%。
能被液化和固化。
危险特性：
与乙炔、氢、甲烷等易燃气体按一定比例混合能形成爆炸性混合物，能使油脂剧烈氧化引起燃烧爆炸。
工业上常用分离液态空气的方法来制取氧气,等到氧气，再将氧气加压储存钢瓶中。
3．氯气
氯气，黄绿色有刺激性气味的气体，密度比空气大，易液化，液化后为黄绿色透明的液体，有剧毒，易溶于水和碱溶液。
危险特性：
本身虽不燃，但有助燃性，在日光下与易燃气体混合时会发生燃
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