环氧乙烷储存和使用的安全要点

中国化学品安全协会 2023-12-14

环氧乙烷（EO）又叫氧化乙烯，具有易燃易爆﹑高毒的特性，其安全管理要求不仅有液化石油气的特点，更具有其特有的性质。

环氧乙烷（EO）又叫氧化乙烯，具有易燃易爆﹑高毒的特性，其安全管理要求不仅有液化石油气的特点，更具有其特有的性质。国家质量监督检验检疫总局在2004年第5号公告中明确提出“已经结束工业产品生产许可证换（发）证工作的环氧乙烷类产品按照有关法律法规的规定对无证生产和销售无证产品的予以查处”。不仅是环氧乙烷的生产企业，环氧乙烷的使用企业也面临着地方监督管理部门越来越严的监管。上世纪末建造的环氧乙烷生产装置，由于规范修订、监管形势、新政策要求、入门门槛提高等多方面原因，陷入投入巨额资金改造或淘汰的进退两难境地。环氧乙烷的安全管理现状也较为紧张，如2004年8月19日，美国加利福尼亚州Ontario的Sterigenics国际公司的空气污染控制装置和医用品灭菌柜内环氧乙烷爆炸事故，2022年6月18日中石化上海石化环氧乙烷泄露爆燃事故，这些事故无不警示我们时刻警惕环氧乙烷的危险。

1.环氧乙烷的理化、危险特性

环氧乙烷或涉及环氧乙烷的生产装置具有高度的危险性，其工艺流程的设计也是相对复杂的，掌握不同状态下的环氧乙烷的理化特性是确保装置运行安全的关键和保障。毒性、易燃易爆性、聚合性是环氧乙烷突出的理化特性。环氧乙烷是无色易挥发的具有醚类香味的液体，能与水、醇、醚及其它有机溶剂以任意比例互溶；化学性质极其活泼，超过40℃即可发生聚合反应，放出大量热量；常温下会受到酸碱、金属氧化物、氯化物的催化作用自行聚合，聚合物易使工艺管道阻塞。环氧乙烷发生爆炸时，其温度可在极端的时间内（0.002s）由571℃升至1200℃。

环氧乙烷的职业接触限值为2mg/m³，美国职业防护与保健局（0SHA）1984年规定：8h的平均允许浓度为1ppm，废除了以前工作环境中最大允许浓度为50ppm的规定。环氧乙烷易燃有毒，致癌，属于危险化学品和重点监管的危险化学品。当最低年设计使用量达到《危险化学品使用量的数量标准（2013年版）》（总局公告2013年第9号）的规定（360t/a）时，需要申领危险化学品安全使用许可证。环氧乙烷是一种高度活泼的烧化剂、刺激剂、神经毒剂。急性中毒主要损害中枢神经系统和呼吸系统。环氧乙烧可对呼吸系统产生刺激作用，引起化学性急性气管支气管炎、支气管肺炎，肺水肿。急性环氧乙烷中毒还可出现其他器官功能的异常，如心肌损害、肝、肾功能异常等。

另外，根据GB 50016—2014《建筑设计防火规范（2018年版）》或GB 50160—2008《石油化工企业设计防火规范（2018年版）》，环氧乙烷火灾危险性为甲类或甲A类。环氧乙烷极易溶于水，4%及以下的水溶液是火灾安全区。导致环氧乙烷的不安全因素有高温或明火、雷电、电火花、静电及引起聚合的介质。其中，易引起聚合的介质包括：氧化剂（如氧气、空气），金属铁、铝、锡、汞（汞温度计）钾；金属氧化物，如氧化铁（铁锈）氧化铝、氧化锡；碱金属的氢氧化物（聚醚反应系统就有碱性催化剂，如KOH）；酸；金属的乙炔化合物等。由以上不安全因素引发的事故有：安徽省铜陵市第二化工集团化工厂由于环氧乙烷放空时产生静电引发火花并回火造成爆炸；九江化工厂“3·5”爆炸事故，由于停产后未采取清空充氮的保护措施，雷击导致事故发生；Sterigenics国际公司医用品灭菌装置由于误操作导致环氧乙烷接触催化氧化器（内有明火），导致爆炸事故的发生。事故案例众多，不一列举。总之，环氧乙烷必须隔绝一切可能肇事的火源和高温；对附近电气设施及其控制实施防爆；附近（15m范围内）的附属金属设备、管道、结构柱、风管等必须要有导静电设施；设置防雷设施；隔绝空气；涉环氧乙烷管道或设备不能用铁.铜、镁及其合金材料，最低标准采用不锈钢材料，罐区内的操作工具都要使用铜制防爆工具。上述每一项不安全因素都是由带血的事故得到的教训，总结，工程设计人员和安全管理人员在实际工作中务必要高度重视。

环氧乙烷构成重大危险源的临界量为10t。当存贮的量大于10t（约11m³）时，即构成重大危险源，需要执行重大危险源的相关法规和规范。

2.一般流程设计

环氧乙烷一般流程设计如下图。

存储体系由进料系统、贮罐本体、冷却系统、安全泄放系统、氮封系统、吹扫系统、温度压力检测系统、（气力）输料系统、排污系统、分析取样系统等组成。上述设施设置对于系统安全性和功能性而言缺一不可。值得指出的是，气力输料不仅比泵输送的方式节省设备成本，同时也更安全。环氧乙烷在氮气中的爆炸下限为75%，比在空气中的爆炸下限（3%）有大幅提高，即在氮气中更安全。氮气、环氧乙烷混合总压力一般达到0.5MPa；氮封系统也可以采用三阀组（开关阀）的型式。卸车环节也是事故易发的关键环节，环氧乙烷的卸车程序：（1）车上连接静电接地线，以导出静电；（2）卸车鹤管与槽车出料管相连接，然后给槽车充氮气，氮气与环氧乙烷混合气体的总压保持在0.25MPa，将环氧乙烷压入贮罐内；（3）槽车卸完后，充装氮气，使槽车内总压力维持在0.25 MPa，以防空气进入槽车内。

3.环氧乙烷贮罐工艺要点

环氧乙烷贮罐的操作温度通常为0~5℃，其目的是为了减缓环氧乙烷聚合反应以及减少气化挥发损失，这意味着必须要有冷却设施。选用40%乙二醇-水溶液进行冷却；操作压力即为相应温度下的饱和压力；设计压力必须大于失冷后的环境温度（约40℃）所对应的饱和蒸汽压，取0.8MPa；单罐装料系数为0.85，若设置双罐时，装料系数可采用0.5，便于需要时倒罐。

3.1选材设计要点

正确的选材是工程安全最基本的保障。

贮罐、管道材质选用304或316L，不能用铸铁、镁合金、汞合金等材料；
双端面机械密封泵，优选屏蔽泵、磁力泵或氮气压送，不选用填料密封或单端面机械密封机泵泵①屏蔽泵：装置汽蚀余量（NPSHa）不小于必须气蚀余量（NPSHr）②磁力泵：入口要配置强磁过滤器；
隔热材料要防止吸湿吸潮，不选用石棉、多孔矿物棉、硅酸镁、硅酸钙等，推荐选用闭孔绝热材料，如泡沫玻璃物棉；
隔热保护层材料优选不锈钢，铝质保护层熔点太低，不能用铁质保护层，不建议使用聚氯乙烯（PVC）；
垫片选用不锈钢缠绕高纯（98%）柔性压缩石墨，带内外环，不能用石棉和填充石棉的材料、橡胶材料的垫片；
阀门填料选用波形高纯度（98%）柔性压缩石墨、纯聚四氟乙烯（PTFE）环，不能用石棉和填充石棉的材料，填充玻璃纤维或陶瓷的PTFE容易吸收环氧乙烷；
阀门优选闸阀、截止阀、高性能蝶阀，旋塞阀、球阀相对而言易聚合，要考虑阀门空穴结构是否易积聚环氧乙烷。

3.2系统设计要点

环氧乙烷工艺系统中，要将防止危险杂质（如水、空气、铁锈等）的混入作为重中之重，同时还要防泄露、防气化和防聚合。环氧乙烷工艺系统设计要点：

输送管路

（1）避免气袋和液袋，要有防止物料倒流的措施；

（2）选用焊接而非法兰连接，以减少泄露的可能；

（3）输送环氧乙烷管路应该伴冷、绝热；

（4）管路设置氮气吹扫线，且有逆止措施；

（5）避免有封闭管段的情形，如两个切断阀中间的一段管子，如不可避免，应设置安全阀。

2.氮气吹扫系统

（1）设计说明或操作说明中需明确：贮罐启用前，必须用氮气置换，确保氮气纯度99.9%以上，且经分析化验合格，方可进料；

（2）材质为不锈钢；

（3）设置逆止和切断阀门。

3.氮封系统

（1）氮封压力不小于0.5MPa；

（2）设置逆止和切断阀门。

4.泵系统

（1）泵和贮罐分开布置，且留有足够的安全间距；

（2）防止空转、无料输送、低流量输送的联锁措施；

（3）高出口温度、高进出口温差联锁停泵措施。

5.卸车系统

（1）设计温度：-10~20℃；

（2）充装系数不大于0.79kg/L；

（3）设计压力为0.8MPa，同时应以-0.1MPa校核罐体刚度，设计壁厚取二者较大值；

（4）物料装卸应采用上装上卸方式，装卸管道应为不锈钢金属波纹软管，不得采用带橡胶密封圈的快速连接接头；

（5）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；

（6）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%；

（7）汽车罐车应带有阻火器装置。

7.安全泄放系统

（1）双安全阀，且与爆破片同时使用；

（2）泄放管路设置氮气吹扫措施不仅可稀释泄放气，还有防止堵塞的效果；

（3）单独泄放，禁止混合排入火炬系统、装置放空系统；

（4）应有收集处理措施，禁止直接排空。

8.安全仪表系统（SIS）

（1）贮罐的体积大于11m³时，必须设置SIS；

（2）SIS应独立于Dcs操作系统

3.3环氧乙烷贮罐的安全仪表系统

（1）是否设置安全仪表系统的判据

若环氧乙烷贮罐的体积大于11m³，依照规定必须设置独立的安全仪表系统。根据安监总管三〔2014〕116号文的要求：从2016年1月1日起，化工企业新建涉及“两重点一重大”（即重点监管危险化学品、重点监管危险化工工艺和危险化学品重大危险源）的化工装置和危险化学品贮存设施，要设计符合相关标准规定的安全仪表系统；从2018年1月1日起，所有新建的涉及“两重点一重大”的化工装置和危险化学品贮存设施，均要设计符合要求的安全仪表系统。

（2）安全仪表功能清单

由于环氧乙烷的重大危险源临界量很低，故一般要设置安全仪表系统。

1.环氧乙烷储罐：

（1）触发液位计高位报警连锁高高位联锁切断环氧乙烷进料阀；

（2）触发可燃气体报警仪高浓度报警连锁高高浓度开启消防喷淋开关阀，同时关闭环氧乙烷进料阀；

（3）触发可燃气体报警仪（装卸点）高限报警连锁高高限开启消防喷淋阀，同时关闭环氧乙烷进料阀；

2.紧急停车：触发人工确认连锁①关闭出料阀②开启消防喷淋阀③5min后关闭循环泵④紧急放空⑤上述动作同时执行

4.结语

环氧乙烷存贮设施的设计原则、要点和安全设施设置、安全管理要点均基于环氧乙烷的物化特点，具有工程设计的一般性和对象的特殊性，二者相互统一。设计人员和管理者应该牢牢把握环氧乙烷的物化特征，并结合实际工作加以灵活判断和运用，将安全原则和措施贯彻执行到位。只有如此，才能切实提高设计质量，从源头减少事故发生的可能，保障生产装置安全平稳运行。

文章内容来源磐石安全、中国化学品安全协会。责任编辑：胡静，审核人：李峥