摘要：近年来，粗苯精制企业越来越多，带动了粗苯精制行业的快速发展。目前，苯加氢生产工艺成熟、行业发展趋势向好，其中低温加氢法由于产品收率高、质量好、装置自动化程度高、环保措施得力、能耗降低等优点，已成为现阶段粗苯精制行业使用的主流工艺。文章以某10万t/a粗苯加氢企业为例，介绍了粗苯加氢精制工艺、分析了粗苯加氢生产过程中常见的工艺危险点，并从设备、工艺、自控联锁等方面提出了相应的安全风险应对措施。

　　关键词：苯加氢；工艺风险性；安全生产；化工企业

　　引言

　　我国是煤炭大国，据有关部门统计，目前焦化粗苯约占全国苯总产量的20%左右。焦化粗苯通过精制可获得以苯、甲苯、二甲苯为主的多种化工产品，是重要的有机化工原料，主要用于合成树脂、合成纤维、合成橡胶、染料、医药、农药的原材料，同时也是优良的化工溶剂。近年来，越来越多的粗苯精制企业相继开工投产，带动了粗苯精制行业的快速发展，但发展的同时也带来了相关的安全生产问题。

　　加氢法是粗苯加工精制中的一种新型环保工艺，通过该工艺可制出高纯苯、重质苯、非芳烃、混合芳烃等产品，已广泛成为目前粗苯精制行业内的主流工艺。文章以某企业10万t/a粗苯加氢装置为例，分析生产运行过程中常见的工艺危险，并提出安全对策措施，为后续安全设施施工提供参考。

　　1粗苯精制工艺的对比

　　粗苯精制主要包括两种工艺途径，一为酸洗法，另一种为加氢法，其中加氢法又分为高温加氢法(600～630℃)与低温加氢法(320～380℃)。

　　酸洗法产品质量差、收率低、环境保护问题突出，已逐渐被行业淘汰；高温加氢法反应温度(600～630℃)与反应压力(6.0 MPa)很高，运行过程危险性较大，且高温加氢法只能生产一种苯产品；低温加氢法能得到优质的苯、甲苯和二甲苯等产品，三种苯系芳烃收率为：苯98%、甲苯98%、二甲苯89%。该法反应较温和，反应温度320～380℃,压力3.0～3.5 MPa，运行过程的危险性可大大降低。

　　低温加氢法由于产品收率高、质量优、装置自动化程度高，有效的环境保护措施，可降低能耗等优点，已成为目前现阶段粗苯精制行业采用的主流工艺。

　　2粗苯加氢精制工艺简介

　　低温加氢法是将粗苯中以噻吩为主的各种杂质全部除去，其中硫化物(噻吩、甲基噻吩等)全部转化为H2 S和低碳烃，氮化物转化为NH3和芳烃或烷烃，氧化物转化为H2O和芳烃或烷烃，不饱和烃加氢饱和，然后再对得到的“加氢油”进行萃取精馏、提纯，最终生产出优质苯、混合芳烃等。

　　某企业10万t/a粗苯加氢装置主要工艺流程如下：

　　(1)预热。粗苯进入原料油换热器与加氢反应气换热后去低温反应器。

　　(2)低温加氢。原料油与循环氢在低温反应器内完成液相低温加氢反应，双烯烃、烯烃等物质加氢饱和，温度控制在165℃左右，压力控制在3.8 MPa左右，加氢后的原料油进入蒸发器。

　　(3)蒸发。循环氢气进入氢气换热器与加氢反应气换热。低温加氢完的原料油与加热后的循环氢气同时进入蒸发器再沸器，265℃时粗苯气化。混合气体进入下一道工序，再沸器底部可采出重质苯产品。

　　(4)预加氢反应。蒸发器顶部排出混合气经原料气过热器加热至270℃后进入预加氢反应器，易聚合的不饱和化合物(苯乙烯等)在催化剂(Ni-Mo)作用下发生加氢反应，生成饱和烃，混合气体进入下一道工序。预反应加氢操作压力：4.0 MPa，反应温度：260～285℃。

　　(5)主加氢反应。预加氢反应器顶部排出混合气经换热器加热至290℃进入主加氢反应器。硫化物、酚类化合物、含氮化合物与氢气加成，生成H2 S、NH3、H2O和芳烃等气体。主加氢反应器操作压力：4.0 MPa，主加氢反应器进口温度为380～410℃。

　　(6)气液分离。加氢反应气体经过换热器、原料气过热器、氢气换热器、原料油预热器等利用余热后进入油气冷却器冷却到45℃,再进入高、低压分离器进行气液分离。

　　(7)脱烃。加氢油进入脱烃塔，C5以下的烃类和溶解在加氢油中的H2 S等酸性气体由塔顶排出。塔顶馏出物全回流，塔底采出BTX馏分(加氢油)进行后续精馏。

　　(8)预精馏。脱烃后的加氢油进入预精馏塔，塔顶馏出苯、非芳烃进入后续萃取精馏塔，塔底采出混合芳烃产品。

　　(9)萃取精馏。苯、非芳烃组分送入萃取精馏塔中部，加入萃取剂环丁砜。塔顶馏出非芳烃产品，塔底采出苯、萃取剂的富溶剂进入后续溶剂回收塔。

　　(10)溶剂回收。富溶剂送入溶剂回收塔，塔顶馏出纯苯产品，塔底贫溶剂进入萃取精馏塔顶部循环使用。

　　粗苯加氢流程如图1所示。

　　3粗苯加氢装置常见的工艺危险性

　　3.1物料危险性

　　生产过程涉及易燃、易爆物质粗苯、重质苯、混合芳烃、非芳烃、氢气、天然气等，高毒物质纯苯、硫化氢、氨气等，腐蚀性物质液碱等；易燃、易爆物质的蒸气可与空气形成爆炸性混合物，遇点火源可能发生火灾爆炸事故；有毒物质泄漏有人员中毒的危险；腐蚀性物质将对设备、阀门、管道造成一定危害。

　　3.2催化加氢反应的危险性

　　加氢工艺过程整体处于高温高压、放热的环境中，氢气与钢材内的碳分子接触，易生成碳氢化合物，使钢材强度降低，硬度增大，发生氢脆。而氢气在高压下也会腐蚀设备、管道，使设备强度下降而导致物理爆炸或混合气泄漏导致爆炸。

　　加氢反应器内混合气局部积聚、局部物料堵塞、局部受热不均等，造成反应器内整体或局部温度、压力急剧升高，若不及时导出热量，易产生热应力而使反应器有爆炸危险。

　　催化加氢过程若混合气流量、温度、压力等工艺参数控制不当，苯类蒸汽与氢气配比不当、催化剂选择不当，都可能导致加氢反应失控，有发生爆炸的危险。

　　加氢反应器内温度过高易产生以下危险：(1)物料焦化变质，影响产品质量；(2)气体迅速膨胀，压力急速增加，超过反应器的设计压力则可能发生物理爆炸；同时混合气瞬时冲出设备也易发生冲料现象，与空气混合后易形成爆炸性混合物；(3)设备局部温度过高，易损坏设备，或引发爆炸；(4)换热不充分造成反应器内局部能量积聚，导致换热器或管道等破裂、物料泄漏。

　　3.3精馏过程危险性

　　预精馏、萃取精馏等过程，精馏塔内始终为气液共存状态，若物料外泄，易形成爆炸性气体混合物。

　　精馏系统内，易燃物质流速过快容易产生和积聚静电，系统内存在静电放电引起火灾的可能性。

　　精馏塔内温度过高，系统存在超压爆炸、冲料的危险；温度过低则有淹塔的危险；精馏塔内进料量过多，气化量增大，未冷凝的蒸汽使得受液槽内压力升高，可能发生物理爆炸；当塔内回流量过大，则会降低塔内系统温度，同时存在淹塔危险。

　　高温状态下的精馏塔内，如混入低沸点物质，瞬间会发生大量气化，使得塔内压力急剧升高，有物理爆炸的危险。

　　3.4氢气压缩机危险性分析

　　压缩机入口负压造成空气漏入而形成爆炸性混合物，可能造成火灾爆炸事故；压缩机未按规定设置温度、压力联锁设施，可能因超温超压运行造成火灾爆炸事故；压缩机冷凝液水封压力低而造成氢气泄漏，可能引发火灾爆炸事故；压缩机开车时未按规定进行置换，空气进入压缩机内部，可能引起火灾爆炸事故；压缩机及有关设备的排气管未设置阻火器，火星进入可能引发火灾爆炸事故。

　　如果压缩机的冷却水系统中断、润滑系统断油易造成压缩机内温度过高，导致机内润滑油碳化并发生燃烧，有引起火灾甚至爆炸的危险。

　　3.5加氢系统高压串低压危险性分析

　　加氢进料泵停，泵出口总管阀门未关闭，单向阀失效，物料通过泵体以及泵出口最小回流保护线反窜至原料缓冲罐，造成原料缓冲罐超压，可能发生火灾爆炸事故。

　　压缩机意外停机，压缩机出口阀门未关闭，单向阀失效，氢气可能通过压缩机出口反窜至低压系统，进而发生火灾爆炸事故。

　　蒸发器、预加氢反应器液位低，底部出料阀门未及时关闭，高压气相介质进入气液分离罐；高压分离器液位过低，高压气体窜入低压分离器，造成低压分离器超压，均可能造成火灾爆炸事故。

　　4粗苯加氢装置采取的主要安全措施

　　4.1设备材质、管道材质的安全措施

　　加氢工序中为防止氢腐蚀，预加氢反应器、主加氢反应器采用15CrMoR+304L不锈钢材质，主反出料换热器采用321不锈钢材质，低温反应器采用15CrMoR+321不锈钢材质，脱烃塔采用Q345R/304不锈钢材质；原料预处理塔、高压分离器、低压分离器、预精馏塔、萃取精馏塔、溶剂回收塔、溶剂再生器采用Q345R材质。苯类混合物管道、氢气管道选用321不锈钢材质，粗苯、纯苯、苯类混合物管道选用20#碳钢材质。材质的选择满足相应的管道、设备内介质输送要求，设备、管道材质均具有良好的耐腐蚀性、耐热性。

　　4.2加氢工艺采用的安全措施

　　因加氢工艺为重点监管的危险化工工艺，因此对加氢单元设置独立的安全仪表系统(SIS系统)，涉及的主要设备的联锁保护与紧急切断情况如表1所示。

　　除上表中的措施外，因预加氢反应器、主加氢反应器温度较高，因此未在反应器内设置冷却水来移出反应热，而是在高压分离器前设置油气水冷器进行冷却。紧急情况下通过SIS系统打开开关阀，保持最大开度，可移除加氢系统内的反应热。

　　针对易燃易爆介质的放空管，设置双接管阻火呼吸阀、爆轰阻火器；针对可能超压的设备及管道，设置安全阀、爆破片；针对可能发生的反应失控情况，设置紧急停车按钮，紧急停氢气压缩机、停原料泵、停电加热器，可有效避免反应失控，并降低反应失控带来的危险。

　　4.3电气方面的安全措施

　　加氢工艺装置爆炸危险区域内的电气设备、仪表、开关、灯具等均为防爆型，防爆等级为dIICT4，重点防爆作业区的入口处，设置人体导除静电装置；对可燃气体、液体管道法兰连接处进行跨接，设备设置静电接地；利用建筑基础内钢筋网做自然接地装置，地下基础内钢筋均需可靠连通，防雷、防静电接地、设备接地、保护接地、弱电接地共用接地装置，接地电阻为1Ω;利用所有结构柱(钢筋)、钢柱做引下线。引下线上端与接闪器、避雷网连接，下端与基础接地装置连接。

　　4.4仪表方面的安全措施

　　加氢工艺装置设置可燃/有毒气体报警器，可燃、有毒气体浓度检测器为固定式且均带声光报警器，可将气体检测报警信号引入GDS系统中；加氢工艺装置设置火灾报警系统，设置火灾探测器、声光报警器、手动报警按钮、消火栓按钮等，需要火灾自动报警系统联动控制的设备，其联动触发信号均反馈至中控室内；加氢工艺装置设置防爆摄像机，报警控制主机、声光报警装置及相关设备安装在中控室。中控室兼作消防控制室，与消防有关的电源切断系统的主控设备均在中控室内，可对装置的火灾事故进行监视，对消防设备进行联动控制，并起到消防指挥功能。

　　4.5个体防护装备的配备

　　需要进行登高作业的部位如设备、管道的检修、电工的登高作业等，登高人员系好安全带、戴好安全帽，并由专人监护，严格执行登高作业“十不准”的规定，严禁违章作业；加氢装置设置淋洗器等安全防护措施，淋洗器的服务半径不大于15 m；为操作人员配备防化学品、防静电和阻燃的工作服，防化学品、防静电手套等，为巡检人员配备便携式可燃有毒气体检测报警仪。

　　4.6事故应急方面的安全措施

　　企业设置应急救援领导小组，成立以总经理为组长的应急救援指挥部，总经理任总指挥、主管副总经理任副总指挥，应急救援指挥部下设置通讯联络组、抢险抢修组、后勤保障组、治安警戒组、医疗救护组和善后处理组六个小组；在加氢装置作业场所设置事故柜，柜内配备应急救援器材，如：自给正压式空气呼吸器、化学防护服、过滤式防毒面具、急救箱、化学防护服、重型防护服、化学安全防护眼镜、灭火防护服、防静电工作服等。

　　5结语

　　安全设施设计是为了贯彻“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，设计合理可行的安全设施，作为安全管理、监察的主要依据，使企业在以后的生产活动中将危险、有害因素控制在安全范围内，预防、减少、消除危险场所中的危险、有害因素，提高建设项目本质安全程度。本文通过分析、识别苯加氢装置在各个环节、主要设备中可能出现的工艺危险，并从设备材质、工艺、自控、电气、事故应急等方面提出相对应的安全措施，为苯加氢同行企业提供安全设计依据，为行业安全发展贡献力量。

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