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銀法甲醇氧化制甲醛自動控制改造方案及

文檔作者：陳德波文檔來源：江蘇中安科技服務(wù)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月10日
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技術(shù)與信息
66 | 2017年12月1 甲醇氧化工藝介紹
甲醛生產(chǎn)關(guān)鍵工序氧化過程是甲醇蒸汽、空氣和水蒸汽三
元氣體混合后，在氧化器中經(jīng)催化發(fā)生甲醇氧化和脫氫反應(yīng)，
一般反應(yīng)溫度580 ～690℃，反應(yīng)式如下：
原甲醛生產(chǎn)裝置在氧化器的設(shè)計上采用正路管道進(jìn)氣，手
動蝶閥控制物料流量。在開車前一階段，一定量空氣和甲醇混
合氣體經(jīng)旁路將冷卻液體吹入吸收塔，待達(dá)到一定過熱溫度和
蒸發(fā)溫度，操作人員到現(xiàn)場打開氧化器正路進(jìn)氣閥門關(guān)閉旁路
排空閥，進(jìn)行氧化器內(nèi)氣體置換并調(diào)節(jié)一定量的氧醇比，控制
好物料流量進(jìn)行點火升溫，達(dá)到一定反應(yīng)溫度后提高原料流量
至工藝要求范圍，進(jìn)入正常的氧化反應(yīng)狀態(tài)。在這一過程中，反
應(yīng)溫度的控制不僅關(guān)系產(chǎn)品的質(zhì)量，更關(guān)系到生產(chǎn)的安全性。
2 原有控制方案介紹
早期甲醛裝置控制系統(tǒng)基本采用電動指示調(diào)節(jié)儀、電氣轉(zhuǎn)
換器和氣動調(diào)節(jié)閥構(gòu)成回路，通過控制甲醇、空氣、水蒸氣比例
來控制氧化反應(yīng)溫度。這種控制方式未將氧化反應(yīng)溫度接入控
制系統(tǒng)回路，而是通過操作人員觀察氧化溫度變化情況，判斷
是否需要調(diào)整原料配比。
3 危險有害因素分析
甲醇氧化工藝涉及易燃易爆物質(zhì)和高溫反應(yīng)(580 ～690℃)，
主要危險有害因素包括火災(zāi)爆炸、中毒窒息、灼燙事故。
(1) 在開車點火升溫階段，操作人員需經(jīng)常到氧化器現(xiàn)場
調(diào)節(jié)閥門，未能實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，人員處于火災(zāi)爆炸危險環(huán)境中
頻率過高，同時可能發(fā)生人員灼燙傷事故。
(2) 遇到停電、鼓風(fēng)機故障、變頻器等電氣故障，需緊急到
現(xiàn)場切換閥門，尤其夜間生產(chǎn)時存在多種事故隱患。如不能迅
速切換氧化器閥門，不僅不利于催化劑床層的保護，更易發(fā)生
系統(tǒng)回火爆炸事故。
(3) 設(shè)備故障或操作失誤，造成氧化溫度迅速上升，操作人
員一時無法正確采取處理措施，系統(tǒng)不能緊急停車，不能及時
切斷氧化器進(jìn)料，此種情況極易造成催化劑熔化和發(fā)生火災(zāi)爆
炸事故。
4 火災(zāi)爆炸危險指數(shù)定量分析
4.1 分析方法選擇
采用《火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)法》( 第七版) 進(jìn)行裝置分析，
危險性等級劃分見表1。
表1 危險性等級
F&amp;amp;EI 1～60 61～96 97～127 128～158 > 159
危險等級最輕較輕中等很大非常大
4.2 分析對象和物質(zhì)系數(shù)
選取50000T/A 甲醛裝置氧化器( 直徑1800mm, 空間容
積約4m3) 進(jìn)行火災(zāi)爆炸危險指數(shù)分析。
物質(zhì)系數(shù)MF 由美國防火協(xié)會(NFPA) 確定的物質(zhì)可燃性
Nf 和化學(xué)活潑性Nr 求得。甲醇數(shù)據(jù)見表2。
表2 甲醇物質(zhì)系數(shù)表
物質(zhì)MF NF NR Nh 燃燒熱BTU/lb
甲醇16 3 0 1 8.6×103
4.3 工藝危險系數(shù)F3及火災(zāi)、爆炸指數(shù)F&amp;amp;EI
工藝裝置危險系數(shù)求取及火災(zāi)爆炸指數(shù)計算見表3。
表3 氧化器危險系數(shù)取值分析
確定MF的物質(zhì)：甲醇物質(zhì)系數(shù)：16.00
1.一般工藝危險危險系數(shù)范圍危險系數(shù)
基本系數(shù)1.00 1.00
A．放熱化學(xué)反應(yīng)0.3～1.25 1.00
B．吸熱反應(yīng)0.20～0.40
C．物料處理與運輸0.25～1.05
D．密閉式或室內(nèi)工藝單元0.25～0.90 0.30
E．通道0.20～0.35
F．排放和泄漏控制0.25～0.50
一般工藝危險系數(shù)(F1) 2.30
2.特殊工藝危險系數(shù)危險系數(shù)范圍危險系數(shù)
基本系數(shù)1.00 1.00
A．毒性物質(zhì)0.20～0.80 0.20
B．負(fù)壓(<500mmHg) 0.50 0.50
C．易燃范圍內(nèi)及接近易燃范圍的操作0.30
D．粉塵爆炸0.25～2.00
E．壓力
F．低溫0.20～0.30
G．易燃及不穩(wěn)定物質(zhì)的重量
H．腐蝕與磨蝕0.10～0.75 0.10
I.泄漏-接頭和填料0.10～1.50 1.50
J．使用明火設(shè)備
K．熱油熱交換系統(tǒng)0.15～1.15
L．轉(zhuǎn)動設(shè)備 0.50
特殊工藝危險系數(shù)(F2) 3.60
工藝單元危險系數(shù)(F1×F2)=F3 8.00
火災(zāi)、爆炸指數(shù)(F3×MF=F&amp;amp;EI) 128.00
危害系數(shù)0.62
暴露區(qū)域半徑(米) 32.77
暴露區(qū)域面積(平方米) 3374.11
火災(zāi)、爆炸危險等級很大
銀法甲醇氧化制甲醛自動控制改造方案及安全性分析
陳德波( 江蘇中安科技服務(wù)有限公司)
摘要：本文簡述了早期銀法甲醛裝置氧化工藝的自動控制方法，對其存在的危險有害因素進(jìn)行分析，根據(jù)實踐總結(jié)了較為經(jīng)濟合理
的自動控制改造方案，對改造后系統(tǒng)的火災(zāi)爆炸危險指數(shù)進(jìn)行了定量計算。
關(guān)鍵詞：甲醇; 甲醛; 氧化; 自動控制; 安全性
萬方數(shù)據(jù)
2017年12月 | 67
4.4 小結(jié)
根據(jù)危險系數(shù)取值及火災(zāi)爆炸指數(shù)計算，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的暴露
區(qū)域半徑和暴露區(qū)域面積均較大，火災(zāi)爆炸危險等級很大。
5 改造措施
根據(jù)《首批重點監(jiān)管的危險化工工藝安全控制要求、重點
監(jiān)控參數(shù)及推薦的控制方案》要求，在原控制系統(tǒng)接入氧化溫
度，能夠?qū)崿F(xiàn)緊急停車、緊急斷料、遠(yuǎn)程控制。
(1) 氧化器正路、旁路手動閥門更換為氣動調(diào)節(jié)閥，安裝電
氣轉(zhuǎn)換裝置和調(diào)節(jié)裝置。
(2) 控制甲醇蒸發(fā)量。設(shè)定氧化溫度690℃，氧化溫度信號
傳至智能調(diào)節(jié)儀( 帶開關(guān)量的智能儀表即可實現(xiàn)，如PN-3000
智能PID 調(diào)節(jié)器)，通過繼電器斷開蒸溫控制點電動調(diào)節(jié)儀電
源信號，現(xiàn)場氣動薄膜調(diào)節(jié)閥打開，升高蒸溫，增加甲醇蒸發(fā)
量，降低氧醇比，降低氧溫。氧溫低于690℃后，恢復(fù)正?？刂?。
(3) 控制配料蒸汽。如上步操作氧化溫度沒有降至安全范
圍，并繼續(xù)上升，可設(shè)定氧化溫度達(dá)到700℃，斷開配料蒸汽控
制點電動調(diào)節(jié)儀電源信號，現(xiàn)場氣動薄膜調(diào)節(jié)閥打開，增加配
料蒸汽，提高水醇比，降低氧溫。氧溫低于700℃后，電源接通恢
復(fù)正常控制。
(4) 緊急停車。如上述兩種方案均沒有控制氧化溫度下降，
設(shè)定氧化溫度達(dá)到720℃，斷開控制鼓風(fēng)機變頻器開關(guān)電源，停
止鼓風(fēng)機運行，同時打開旁通閥門，關(guān)閉氧化器進(jìn)料閥門，系統(tǒng)
停車。
如遇停電或變頻器故障停機均可實現(xiàn)緊急停車。
6 安全補償系數(shù)計算
補充緊急停車和溫度聯(lián)鎖，可以降低裝置危險性，結(jié)合裝
置原采取安全措施進(jìn)行安全補償計算。
根據(jù)道化學(xué)公司《火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)評價法》，對裝置安
全措施選取補償系數(shù)C1、C2、C3，并按公式C= C1×C2×C3 求
出裝置補償系數(shù)，見表4。
表4 裝置安全措施補償系數(shù)計算
補償評價單元：氧化器
1．工藝控制安全補償系數(shù)補償系數(shù)范圍補償系數(shù)
a．應(yīng)急電源0.98 0.98
b．冷卻裝置0.97～0.99
c．抑爆裝置0.84～0.98
d．緊急切換裝置0.96～0.99 0.98
e．計算機控制0.93～0.99
f．惰性氣體保護0.94～0.96
g．操作規(guī)程/程序0.91～0.99 0.92
h．化學(xué)活潑性物質(zhì)檢查0.91～0.98
i．其它工藝危險分析0.91～0.98
工藝控制安全補償系數(shù)C1值0.88
2．物質(zhì)隔離安全補償系數(shù)補償系數(shù)范圍補償系數(shù)
a．遙控閥0.96～0.98 0.98
b．卸料/排空裝置0.96～0.98
c．排放系統(tǒng)0.91～0.97
d．聯(lián)鎖裝置0.98 0.98
物質(zhì)隔離安全補償系數(shù)C2值0.96
3．防火設(shè)施安全補償系數(shù)補償系數(shù)范圍補償系數(shù)
a．泄漏檢測裝置0.94～0.98 0.98
b．結(jié)構(gòu)鋼0.95～0.98
c．消防水供應(yīng)系統(tǒng)0.94～0.97 0.97
d．特殊滅火系統(tǒng)0.91
e．灑水滅火系統(tǒng)0.74～0.97
f．水幕0.97～0.98
g．泡沫滅火裝置0.92～0.97
h．手提式滅火器材/噴水槍0.93～0.98 0.88
i．電纜防護0.94～0.98 0.94
防火設(shè)施安全補償系數(shù)C3值0.79
安全措施總補償系數(shù)C= C1×C2×C3 0.67
補償火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)(F&amp;amp;EI)＇= F&amp;amp;EI×C 85.49
補償后危害系數(shù)0.51
暴露區(qū)域半徑(米) 21.89
暴露區(qū)域面積(平方米) 1505.23
補償火災(zāi)、爆炸危險等級較輕
7 火災(zāi)爆炸危險指數(shù)分析結(jié)果
甲醇氧化器火災(zāi)爆炸危險指數(shù)分析匯總見表5。
表5 火災(zāi)爆炸危險分析匯總表
單元氧化反應(yīng)器
1.火災(zāi)、爆炸指數(shù)(F&amp;amp;EI) 128
2.危險等級很大
3.暴露半徑m 32.77
4.暴露面積m2 3371.96
5.暴露區(qū)域內(nèi)財產(chǎn)價值Z
6.危害系數(shù)0.78
7.基本最大可能財產(chǎn)損失(基本MPPD) 0.78Z
8.安全措施補償系數(shù)C1 ×C2 ×C3 0.63
9.實際最大可能財產(chǎn)損失(實際MPPD) 0.49Z
10.(F&amp;amp;EI)補= F&amp;amp;EI×C 80.64
11.補償后的危險等級較輕
通過上述分析，氧化器火災(zāi)爆炸危險等級為很大，在采
取了安全補償措施后，其火災(zāi)爆炸危險指數(shù)降低到了較輕的
等級。
8 結(jié)論
通過對裝置原自動控制系統(tǒng)的評估，采用上述較為經(jīng)濟
合理的改造方案，可實現(xiàn)超溫或停電緊急停車、氧化反應(yīng)器緊
急自動斷料、氧化反應(yīng)器進(jìn)料閥門遠(yuǎn)程控制，可以較大程度減
低系統(tǒng)的危險程度。輔以其他安全措施及管理手段，能夠有效
的減少、預(yù)防氧化反應(yīng)工段出現(xiàn)火災(zāi)爆炸、人員中毒窒息等安
全事故。

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