程序控制的含氟聚合物反应釜氮气置换管线的设计.pdf

米木专论与综述专论与综述Organo-Fluorine Industry2024年第1期有机氟工业程序控制的含氟聚合物反应釜氮气置换管线的设计顾天龙（大金氟化工（中国）有限公司，江苏常熟2 1552 2）摘要：止回阀是化工工艺设计中重要的安全设施，能阻止大量的液体、气体回流，但不能防止小流量的内漏。在一些自动化程度较高的含氟聚合物反应釜工艺管道设计中，氮气置换管线由于检查阀不能处于常开状态，加上止回阀内漏，含氟聚合物反应釜内的高压气体，如四氟乙烯（TFE）和1,1,1,2,2,3,3-七氟代-3-（三氟代乙烯基）氧基 丙烷（C3VE）等危险气体反窜至氮气总管内，进而进人其他装置设备或管道中，增加发生事故的风险。通过增加自动切断阀、自动检查阀，并结合水封罐的设计，不仅能够避免含氟聚合物反应釜内高压危险气体反窜至公用工程氮气管道，再进人其他装置或管道，保证安全，还能够实现反应釜反应过程的自动化，满足了工厂的需求。关键词：止回阀；反应釜；自动切断阀；反窜0前言氟树脂的生产多以四氟乙烯（TFE）、六氟丙烯（H FP）、八氟环丁烷（c-318）、1,1,1,2,2,3,3-七氟代-3-（三氟代乙烯基）氧基 丙烷（C3VE等一种或几种气体在反应釜中发生化学反应进行聚合，其中以TFE使用最为广泛。TFE化学性质活泼，能发生氢化、磺化、卤化、胺化、硝化和多种烷基取代反应以及氧化、过氧化反应；TFE自聚能生成二聚体、环二聚体，长链聚合能生成聚四氟乙烯。TFE自聚反应热为17 2 kJ/mol,由于其特殊的化学键，局部过热易发生歧化反应，引发爆炸的可能。鉴于TFE等气体活泼的化学性质，反应釜都设计了氮气置换管线，用于反应釜内气体的置换。常规氮气置换管线的设计需要手动切断阀1、手动切断阀2、手动检查阀3和一个止回阀，如图1所示。N2HDOAFHA用气点切断阀1止回阀切断阀2HA1检查阀3图1常规氮气置换管线的设计反应釜内压力较高，气体可能通过止回阀内漏至氮气总管，即使微量的TFE气体进入氮气总管后再进入其他设备或管道，遇到其他能够发生危险反应的介质将可能发生严重的事故。化工生产中由于止回阀密封不严，导致可燃气体或有毒气体倒流窜入公用工程管道，进而导致爆炸或中毒的事件屡有发生。为了防止此类事故的发生，石油化工企业设计防火规范（GB50160一2008）第7.2.7 条明确规定：连续使用的公用工程管道上应设止回阀，并在其根部设置切断阀；间歇使用的公用工程管道上应设止回阀和一道切断阀或设两道切断阀，并在两道切断阀间设检查阀2 。压力管道规范工业管道（CB/T208012006）第六篇中的安全防护设施和措施规定：公用工程管道与GC1级和GC2级管道连接时，在连续使用的公用工程管道上应设止回阀和切断阀；在间歇使用的公用工程管道上应设两道切断阀，并在两切断阀间设置检查阀3。工艺系统工程设计技术规定阀门设置（HG/T2057095）第2.0.3.3条规定：公用物料管道尽可能不与工艺物料管道固定连接，应通过软管站以快速接头方式连接，当操作需要直连时，则应以双阀连接，中间设检查阀，检查阀在停止进料时打开或加铅封开（C.S.O）4,在压力可能有波动的场合再加止回阀5作者简介：顾天龙（198 8 一），男，二级建造师，注册化工工程师。2024年第1期Organo-Fluorine Industry16有机氟工业1氮气置换管线现状大金氟化工（中国）有限公司的反应釜都设计了氮气管线用于置换，按照要求设计了双切断阀和检查阀，由于反应釜反应全程由程序控制，正常生产过程中没有人员到现场手动操作阀门，所以靠近反应釜一侧的切断阀2 为自动切断阀，检查阀3和另一个切断阀1为手动阀，如图2 所示。HCXXXXHVXXXXN2HA用气点切断阀1止回阀自动切断阀2HDOA1检查阀3图2大金氟化工（中国）有限公司氮气置换管线的设计在实际使用过程中，切断阀1常开，检查阀2 常关，仅依靠自动切断阀3的开关来进行反应釜内气体的置换，检查阀并不能防止反应釜内高压气体倒流、窜人氮气管线情况的发生。在2 0 2 3年的生产中，大金氟化工（中国）有限公司的氟气生产工段就发生了由于氮气管线中含有的其他杂质进入氟气管线，与氟气发生反应导致电解联锁，造成减产。经过分析，很有可能就是因为氮气管线中的止回阀密封不严，导致反应釜内高压气体窜人氮气管线，进而发生生产事故。反应釜内的可燃气体、有毒气体混人氮气总管，对于使用氮气进行吹扫、置换、试压都将产生极大的安全隐患，且这种隐患不易被发现，必须引起足够的重视。2氮气置换管线改进为了防止含氟聚合物反应釜内气体倒流回氮气管线，对现有设计进行改造，将原来的手动切断阀1、检查阀3更换为自动切断阀。使用氮气进行置换时，自动切断阀1、自动切断阀2 打开，检查阀3关闭；停止使用氮气时，自动切断阀1、自动切断阀2 关闭，检查阀3打开。即使自动切断阀1、自动切断阀2、止回阀出现内漏，反应釜内气体也会通过检查阀3泄漏至大气，不会混入氮气管线。大金氟化工（中国）有限公司改进后的氮气置换管线设计（一）如图3所示。HCHCXXXXXXXXHVHVXXXXXXXX宁N2HDHHAH用气点自动切断阀1止回阀自动切断阀2HCXXXXHVXXXXHAI检查阀3图3大金氟化工（中国）有限公司改进后的氮气置换管线设计（一）大金氟化工（中国）有限公司改进后的氮气置换管线设计（一）有如下弊端：1）如果自动切断阀2发生内漏，反应釜内的含氟气体将通过自动切断阀2、检查阀3泄漏至大气，可能会对泄漏口周围的环境和人员造成威胁，且这种泄漏不易被发现，会造成浪费；2）由于在检查阀3打开后，空气会进人自动切断阀1、自动切断阀2 之间的管道内，在下次使用氮气进行置换时，会造成混人管道内的空气进人反应釜，这不仅会对反应釜内的正常反应造成影响，甚至还会发生安全事故。为了解决自动阀内漏不易发现以及管道内混入空气的问题，对设计再次进行升级，将检查阀3出口管道接至一个水封罐中，并将管道插人水面以下。大金氟化工（中国）有限公司改进后的氮气置换管线设计（二）如图4所示。HCHCXXXXXXXXHVHVXXXXXXXXNHAHHF用气点自动切断阀1止回阀自动切断阀2HCXXXXHVXXXXHAH检查阀3插人水面下图4大金氟化工（中国）有限公司改进后的氮气置换管线设计（二）大金氟化工（中国）有限公司改进后的氮气置换管线设计（二)有如下优点：1）如果自动阀发生内漏，反应釜内的气体将通过检查阀3出口管道进人水封罐，水封罐将产生气泡，日常巡检将很轻易地发顾天龙17程序控制的含置换管线的设计2024年第1期现内漏问题2）由于检查阀3的出口管道插人水面以下，当检查阀3自动打开时，隔绝了外部空气进人管道内部，避免了发生空气进入反应釜内的可能性。3结语为了防止事故的发生，公用工程管道接至工艺设备的管道设计有严格的规范要求，并有成熟的设计，但是在化工厂逐步走向高端、智能的今天，这些设计已经不适应当前的效率化、自动化以及追求安全的形势，需要不断改进设计以适应各自工厂的实际情况。通过从图1至图4的改进，不仅能够避免反应釜内高压气体反窜至公用工程管道的情况，保证安全，还能够实现反应釜反应过程的自动化，满足了工厂的需求。参考文献1中华人民共和国住房和城乡建设部石油化工企业设计防火规范：GB501602008S 北京：中国计划出版社，2 0 0 9.2】胡伟氟化工生产技术（下）M北京：科学出版社，2010.3】中华人民共和国化学工业部工艺系统工程设计技术规定阀门的设置：HG/T20570.1895S.北京：化工部工程建设标准编辑中心，1996.【4中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.压力管道规范工业管道：GB/T208012006S北京：辽宁科学技术出版社，2 0 0 6.5田德永，苗兴旺，郝玉兵公用工程管道与工艺物料管道隔离问题探讨J.氮肥技术，2 0 10，31（4）：1113.Design of Nitrogen Displacement Pipelinefor Fluorinated Polymer Reactor Controlled by ProgramGU Tianlong(Daikin Fluorochemicals(China)Co.,Ltd.,Changshu 215500,China)Abstract:Check valves are important safety facilities in chemical process design,which can prevent a largeamount of liquid and gas backflow,but can not prevent small flow internal leakage.In some highly automated fluoro-polymer reactor process pipeline designs,the nitrogen replacement pipeline may have high-pressure gases,suchas TFE and C3VE,backflow into the nitrogen main due to the check valve not being in a normally open state,andleakage in the check valve.This can then enter other equipment or pipelines,increasing the risk of accidents.Byadding automatic cut-off valves and automatic inspection valves,combined with the design of water sealed tanks,not only can high-pressure dangerous gases in the fluoropolymer reactor be prevented from backflowing to thenitrogen pipeline of the public engineering,and then entering other devices or pipelines to ensure safety,but alsothe automation of the reaction process in the reactor can be achieved,meeting the needs of the factory.Keywords:check valve;reaction kettle;automatic shut-off valve;anti channeling欢迎订阅欢迎投稿欢迎利登广告