反应釜安全泄放

　　GB 51283规定：冷却或搅拌失效、有催化作用的杂质进入、反应抑制剂中断，导致放热反应失控的反应器或其出口处切断阀上游的管道系统应设置安全泄放装置。

　　足够的安全泄放能力是防止反应釜热失控超压事故的关键。泄放面积小不能够满足安全泄放要求，大则会削弱容器强度和整体性。

　　失控反应紧急泄放的安全泄放量计算可参考美国化学工程师协会的DIERS方法，其他超压工况可参考GB/T 20801.6。更详细的最小泄放面积计算可参考《炼油厂压力泄放装置的尺寸确定、选择和安装 第1部分：尺寸确定和选型》API STD 520-Ⅰ。

　　安全泄放设施的出口管应接至焚烧、吸收等处理设施。受工艺条件或介质特性限制，无法排入焚烧、吸收等处理设施时，可直接向大气排放。

　　①蒸气泄放失控反应所产生压力完全由反应体系中的蒸气产生。泄放过程由于液相气化吸热量大，对失控反应速率能起到明显的抑制作用，属温和体系。

　　②气体泄放失控反应所产生压力完全由反应过程放出的不凝气产生。泄放过程无移热效应，失控反应速率飞速增加，故属剧烈体系。

　　③混合泄放系统压力由反应过程产生的气体和蒸气叠加产生。混合型泄放有温和体系也有剧烈体系，取决于特定压力下蒸气与气体生成的相对速率。

　　两相流泄放过程存在液体闪蒸，流体体积膨胀较大，其泄放面积往往是单相流泄放过程的几倍甚至十几倍，且易造成振动。

　　1976年，在AIChE的支持下，由29家企业联合成立了美国的紧急泄放系统模块设计协会(DIERS)，致力于失控反应安全泄放技术及设计方法研究，逐渐形成了一套基于失控反应实验与经验公式相结合的方法体系，成为国内外反应失控的安全泄放设计的主要方法。

　　VSP2 (Vent Sizing Package) 绝热反应量热仪，通过反应热、温升速率等参数评估，利用软件计算安全泄放参数。工艺危险度3级以上的应考虑通过专业的热风险评估机构计算安全泄放参数。

　　纯气体或蒸汽泄放可用手册或标准规定的计算方式设计，高工艺危险度、涉及气液两相流的，可能需要量热、软件计算。

　　重大泄漏可导致火灾、爆炸、中毒事故，预防重大泄漏需要从设计、施工、运行和监管多方面发力。

　　合规、正确的设计：初设阶段识别危害，选址、布置；详设阶段聚焦工程防范措施，降低事故发生可能性和减轻事故后果。

　　安全操作和维护：初始开车和日常操作，检查，操作和维修规程，员工素质培训和技能要求，应急处置程序和物资。定期审查操作和维修规程的正确性，包括操作法，规程和实际做法的一致性，安全法规、标准变化，培训效果。

　　防失控：反应原理、动力学参数、耐热性、工艺条件、自动控制、异常处置、设备设计、设备失效、人员失误。

　　直径满足气液分离的要求，容积满足泄放液体需求，发泡液体时泄爆罐容积需大大泄放液体量。

　　高液位报警，设人孔以便入罐清理，配泵输送积液至处理设施，泵进口管口处设防涡流板。建议设计压力不低于0.35MPa（基于ASME能承受压力的容器材料许用应力的规定）。

　　如果卸入罐的液体在环境和温度下有凝固可能，要考虑设加热盘管；不建议用夹套加热，因为夹套不容易检查腐蚀情况。

　　爆破片或安全阀泄放时，泄放流体会产生反力作用于管道、管口，需要应力分析，根据分析结果设置支架或其他加固措施。

　　SH∕T 3210-2020 石油化学工业装置安全泄压设施工艺设计规范附录B泄放量计算采用Leung法。

　　清洁、无颗粒、无聚合物和低粘度的介质。两相流宜选调节式先导型阀门。背压工况按照背压选型。

　　适用于失控放热等压力迅速上升的工况；适用于固体颗粒、易沉淀结晶、易聚合、高粘度、腐蚀性、液相介质；不适用循环工况；不适用背压工况。用于安全阀上游时爆破片不能产生碎片。正拱、反拱型。

　　HG/T 20519.2-2009 化工工艺设计施工图内容和深度统一规定工艺系统特殊阀门和管道附件数据表

　　安全阀/爆破片数据表，疏水阀、减压阀、呼吸阀、管道过滤器、阻火器、视镜数据表，柔性管道数据表，洗眼器数据表，限流孔板数据表。

　　1）泄放至大气的管道出口应位于安全地点，泄放装置、泄放管道及其支撑应有足够的强度承受泄放反力；

　　2）排放至密闭系统的出口管道和泄放管道总背压应不超过安全泄放装置允许的最大背压；

　　3）应考虑液化气等低沸点液体降压闪蒸时产生骤冷对管道材料的低温脆裂影响。

　　应配备常规自动控制系统，对主要反应参数进行集中监控及自动调节（DCS、PLC）Tp、MTSR、MTT、TD24

　　除实现自动控制外，应设置偏离正常值的报警和联锁，按标准规定设安全阀或爆破片，根据SIL评估设SIS系统。

　　除实现自动控制外，应设置偏离正常值的报警和联锁，按标准规定设安全阀或爆破片，根据SIL评估设SIS系统。还应采取终止反应、紧急冷却降温等措施。

　　风险高但需要实施的项目，优先进行工艺优化或改变工艺路线以降低风险。配备SIS系统。

　　风险高但需要实施的项目，优先进行工艺优化或改变工艺路线以降低风险。配备SIS系统。设计时应设置防爆墙隔离区域，并设置完善的超压泄爆措施。

　　除安全操作规程规定的能进入隔离区的情况，反应过程中操作人员不能进入隔离区。

　　福辛普利钠中间体合成反应：反应釜投入丙酰氯、二氯甲烷和氯化锌，滴加异丁醛，保温反应一段时间。滴加异丁醛时控制温度10±5℃，然后升温至20±3℃保温常压反应。反应体系内有1200L二氯甲烷、600kg丙酰氯、0.6kg氯化锌和480kg异丁醛，能生成约1050k品。反应过程放热，用蒸汽升温可能会引起温度高。温度高于二氯甲烷沸点55℃时出现超压。考虑夹套蒸汽持续加热和外部火灾两种工况，泄放二氯甲烷蒸汽。

　　反应釜设爆破片，爆破压力0.3MPa，按照GB/T 150.2附件B4规定反应釜泄放压力0.34MPa，爆破片泄放量计算公式：得3695kg/h

　　反应热252kJ/mol，异丁醛滴加速度274kg/h，反应热导致的泄放量为1459kg/h；蒸汽加热导致的泄放量218kg/h，三者加和小于爆破片泄放能力，选型符合要求。

　　针对醋酸乙烯制聚醋酸乙烯反应过程的聚合热失控进行安全泄放实验研究，筛选失控反应危险情景，确定泄放类型，利用DIERS办法来进行安全泄放系统的设计。利用VSP2绝热量热仪，针对冷却失效、引发剂量大、甲醇溶剂进料量低等主要危险情景开展醋酸乙烯聚合失控实验研究，计算反应釜安全泄放面积。

　　引发剂加入过量的情景所需安全泄放面积最大，因此建议醋酸乙烯聚合失控反应的安全泄放面积为0.2656 m²。

　　醋酸乙烯聚合反应放热量、绝热温升、温升速率、压升速率最高分别可达 342 kJ/kg、 135℃、1355℃/min、38.51 MPa/min，失控严重度等级为“中”；聚合失控诱导时间短，在引发剂用量过高时，其工艺反应温度下的 TMRad 最短可至 13 min，失控可能性等级为“高”。

　　在温度为 65℃ 时，反应系统压力曲线基本闭合，说明醋酸乙烯聚合反应体系为温和型蒸汽系统。

　　采用Leung法和平衡速率模型(ERM)计算了36 m³反应釜在三种聚合失控危险情景下的安全泄放流量W和泄放能力G，并确定系统泄放装置应选用防爆片。

　　热风险分析结果：氯化反应热 为-196.0kJ/mol（以氯气摩尔数计），绝热温升 ΔTad=946.1℃。反应釜先投苯酚，再通氯气，实际加料条件下氯气累积度不高，测得MSTR=66.3℃。反应釜常压操作，反应体系最高温度取邻氯苯酚沸点175℃，即MTT=175℃。Tp（65.0℃）MTSR（66.3℃）MTT（175℃）TD24（＞250℃），反应工艺危险度为一级。

　　氯化反应产生 HCl 气体，氯气经尾气冷凝器冷凝去尾气吸收塔，然后去尾气处理系统。尾气总管管径DN100，各釜支管DN80。

　　如果冷却水断，持续通氯则温度会持续上升超过苯酚和氯代酚沸点。按照40m3/h的通氯量计，放热量为350×103kJ/h。

　　苯酚的汽化热为43.6kJ/mol，反应放热使8kmol苯酚气化，体积为180m3。泄放量220m3/h。尾气管道气体流速12m/s。大量气化会夹带液体，形成气液两相流。夹带液体不增加气体体积，但两相流容易造成管道振动。

　　向碱胶釜加无水入八甲基环四硅氧烷（D4）、氢氧化钾粉末，经蒸汽加热120℃，-0.09MPa条件下混合后放入碱胶缓冲罐待用。

　　D4与碱反应需要加热至120℃，未提及反应过程需要冷却，估计反应不放热或放热量不大。反应不产生气体。D4沸点175℃，反应温度远离沸点。判断：反应失控或冷却失效造成超温、超压风险小，不需要安全阀。如果因为通氮或其他原因，该釜为能承受压力的容器，按照能承受压力的容器设安全阀。

　　附件E提供了两相流泄放能力的计算方式，可采用简化平衡速率模型（ERM）。蒸汽和其他泄放计算按照附录D。

　　蒸气体系：体系的压力主要由蒸气压产生，泄放时通过气化或闪蒸从液相中移走热量，温度与压力上升或下降趋势一致。蒸气体系为调节体系。

　　气体体系：产生不凝性气体（例如通过化学反应或溶液解吸），并且在泄放条件下不会通过蒸发从液体中移走大量的能量，压力下降可能不会导致温度下降。气体体系为非调节体系。

　　混合体系：在泄放条件下，系统内压力是由产生的不凝性气体和蒸气共同作用的结果。混合体系如果泄放时温度与压力上升或下降趋势一致，则为调节混合体系；混合体系如果泄放时随着压力下降不会导致温度下降，则为非调节混合体系。

　　蒸汽吸收处理：排放管设置蒸汽管线，泄放气体引至安全位置就地排放。安全阀前管设压力变送器，变送器检测到压力达到起跳压力时，联锁打开蒸汽管线阀，蒸汽吸收、吹散泄放环氧乙烷。

　　1.管口，2.安全阀，3.爆破片，4.氮封，5.蒸汽管，6.压力表，7.蒸汽阀选用全启式波纹管安全阀。

　　水洗塔处理：泄放气体通过管道密闭引至水或碱洗塔用水喷淋吸收，将处理后的无害气体经阻火器排至大气 。

　　采用氮气作为环氧乙烷储罐的保护气体，压力一般为0.07～0.35MPa。

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