甲醛生产关键工序氧化过程是甲醇蒸汽、空气和水蒸汽三元气体混合后, 在氧化器中经催化发生甲醇氧化和脱氢反应, 一般反应温度580~690℃, 反应式如下:
原甲醛生产装置在氧化器的设计上采用正路管道进气, 手动蝶阀控制物料流量。在开车前一阶段, 一定量空气和甲醇混合气体经旁路将冷却液体吹入吸收塔, 待达到一定过热温度和蒸发温度, 操作人员到现场打开氧化器正路进气阀门关闭旁路排空阀, 进行氧化器内气体置换并调节一定量的氧醇比, 控制好物料流量进行点火升温, 达到一定反应温度后提高原料流量至工艺要求范围, 进入正常的氧化反应状态。在这一过程中, 反应温度的控制不仅关系产品的质量, 更关系到生产的安全性。
早期甲醛装置控制系统基本采用电动指示调节仪、电气转换器和气动调节阀构成回路, 通过控制甲醇、空气、水蒸气比例来控制氧化反应温度。这种控制方式未将氧化反应温度接入控制系统回路, 而是通过操作人员观察氧化温度变化情况, 判断是否需要调整原料配比。
甲醇氧化工艺涉及易燃易爆物质和高温反应 (580~690℃) , 主要危险有害因素包括火灾爆炸、中毒窒息、灼烫事故。
(1) 在开车点火升温阶段, 操作人员需经常到氧化器现场调节阀门, 未能实现远程控制, 人员处于火灾爆炸危险环境中频率过高, 同时可能发生人员灼烫伤事故。
(2) 遇到停电、鼓风机故障、变频器等电气故障, 需紧急到现场切换阀门, 尤其夜间生产时存在多种事故隐患。如不能迅速切换氧化器阀门, 不仅不利于催化剂床层的保护, 更易发生系统回火爆炸事故。
(3) 设备故障或操作失误, 造成氧化温度迅速上升, 操作人员一时无法正确采取处理措施, 系统不能紧急停车, 不能及时切断氧化器进料, 此种情况极易造成催化剂熔化和发生火灾爆炸事故。
采用《火灾、爆炸危险指数法》 (第七版) 进行装置分析, 危险性等级划分见表1。
选取50000T/A甲醛装置氧化器 (直径1800mm, 空间容积约4m3) 进行火灾爆炸危险指数分析。
物质系数MF由美国防火协会 (NFPA) 确定的物质可燃性Nf和化学活泼性Nr求得。甲醇数据见表2。
工艺装置危险系数求取及火灾爆炸指数计算见表3。
根据危险系数取值及火灾爆炸指数计算, 发现系统的暴露区域半径和暴露区域面积均较大, 火灾爆炸危险等级很大。
根据《首批重点监管的危险化工工艺安全控制要求、重点监控参数及推荐的控制方案》要求, 在原控制系统接入氧化温度, 能够实现紧急停车、紧急断料、远程控制。
(1) 氧化器正路、旁路手动阀门更换为气动调节阀, 安装电气转换装置和调节装置。
(2) 控制甲醇蒸发量。设定氧化温度690℃, 氧化温度信号传至智能调节仪 (带开关量的智能仪表即可实现, 如PN-3000智能PID调节器) , 通过继电器断开蒸温控制点电动调节仪电源信号, 现场气动薄膜调节阀打开, 升高蒸温, 增加甲醇蒸发量, 降低氧醇比, 降低氧温。氧温低于690℃后, 恢复正常控制。
(3) 控制配料蒸汽。如上步操作氧化温度没有降至安全范围, 并继续上升, 可设定氧化温度达到700℃, 断开配料蒸汽控制点电动调节仪电源信号, 现场气动薄膜调节阀打开, 增加配料蒸汽, 提高水醇比, 降低氧温。氧温低于700℃后, 电源接通恢复正常控制。
(4) 紧急停车。如上述两种方案均没有控制氧化温度下降, 设定氧化温度达到720℃, 断开控制鼓风机变频器开关电源, 停止鼓风机运行, 同时打开旁通阀门, 关闭氧化器进料阀门, 系统停车。
如遇停电或变频器故障停机均可实现紧急停车。
补充紧急停车和温度联锁, 可以降低装置危险性, 结合装置原采取安全措施进行安全补偿计算。
根据道化学公司《火灾、爆炸危险指数评价法》, 对装置安全措施选取补偿系数C1、C2、C3, 并按公式C=C1×C2×C3求出装置补偿系数, 见表4。
甲醇氧化器火灾爆炸危险指数分析汇总见表5。
通过上述分析, 氧化器火灾爆炸危险等级为很大, 在采取了安全补偿措施后, 其火灾爆炸危险指数降低到了较轻的等级。
通过对装置原自动控制系统的评估, 采用上述较为经济合理的改造方案, 可实现超温或停电紧急停车、氧化反应器紧急自动断料、氧化反应器进料阀门远程控制, 可以较大程度减低系统的危险程度。辅以其他安全措施及管理手段, 能够有效的减少、预防氧化反应工段出现火灾爆炸、人员中毒窒息等安全事故。
摘要：本文简述了早期银法甲醛装置氧化工艺的自动控制方法, 对其存在的危险有害因素进行分析, 根据实践总结了较为经济合理的自动控制改造方案, 对改造后系统的火灾爆炸危险指数进行了定量计算。
关键词：甲醇,甲醛,氧化,自动控制,安全性
