大型浸出油厂防火安全技术的应用

大型浸出油厂防火安全技术的应用 20世纪90年代以来,我国沿海陆续新建一批大型浸出油厂,其中由A DM、中粮集团、新加坡Wilmar投资兴建的油厂占据很大一部分比例,这3家公司独资或合资建造的油厂有东海(张家港)、大海(防城港)、金海(秦皇岛)、黄海(日照)、北海(天津)、益海(连云港)、泉海(泉州)、康益(连云港)等,这些厂采用的工艺、设备、车间结构、配套设施、自动控制系统等基本相同,甚至设备编号也大体相同。生产工艺、设备主要有:大豆热脱皮、挤压膨化、环Ⅲ浸出器、混合油负压蒸发、DTDC、废水经蒸煮后排放、尾气经矿物油吸收后排放等。这些先进生产工艺设备的引进和应用,使其各种技术经济指标在国内处于领先地位,一些油厂达到国际先进水平。这些厂也同时从国外引进了一些防火安全技术装备,其中有的工艺、装备国内油脂厂家从未使用或使用很少,如预处理进入浸出的输送机下料溜槽上安装自动闸板阀,防止停车时溶剂蒸气进入预处理车间;入浸输送机安装引风机,防止生产时因浸出器正压溶剂蒸气进入预处理车间;浸出车间安装风机对车间内强制通风;浸出车间除配有普通消防外,同时安装自动雨淋灭火系统等等。这些工艺、装备的应用提高了浸出油厂防火防爆水平,增强了浸出油厂的应急能力。下文以ADM油厂作这部分厂的统称,根据溶剂消耗及防火工艺、装备的应用情况等,对大型浸出油厂防火安全技术作初步探讨。 1 溶剂的特点与浸出法制油的火灾危险性 1.1 6号溶剂 6号溶剂是目前国内油脂浸出生产常用的溶剂,其主要成分正己烷约占74%,环己烷约占16% ,另外还有少量的戊烷和庚烷,微量的芳烃。6号溶剂为无色液体,不溶于水,能溶于乙醚、乙醇,闪点为一21.7℃,燃点为233℃,容易挥发,有刺激气味,其蒸气密度是空气的2.79倍,容易积聚在低凹处的地沟、地坑里,当溶剂蒸气在空气中的浓度达到1.25%~7.5% 时,遇明火会引起爆炸。6号溶剂还有一定毒性,主要破坏人的造血功能,刺激神经系统,吸入太多会引起头昏、头痛、过度兴奋而失去知觉,中毒的浓度为25~30 mg/L,致死浓度为30~40 mg/L。 1.2 正己烷 ADM油厂均使用正己烷作溶剂浸出油脂。正己烷为无色液体,有微弱的特殊气味。闪点为-25.5 ℃。爆炸下限1.2% ,引燃温度560% ;爆炸上限6.9%,引燃温度244℃。最小点火能为0.244mJ,最大爆炸压力为0.850 MPa。正己烷极易燃,其蒸气与空气可形成爆炸性混合物。遇明火、高热极易燃烧爆炸。与氧化剂接触发生强烈反应,甚至引起燃烧。在火场中,受热的容器有爆炸危险。其蒸气比空气重,能在较低处扩散到相当远的地方,遇明火会引着回燃。 1.3 浸出法制油的火灾危险性 源于多种原因(低毒性、良好操作性能、中等水平的价格),6号溶剂与正己烷是浸出油厂最普遍使用的溶剂,与其他大多数溶剂一样,6号溶剂与正己烷具有易燃性、一定条件下潜在爆炸性。因6号溶剂与正己烷闪点小于28℃,爆炸下限小于10% ,依据《建筑设计防火规范》浸出车间生产建筑的火灾危险性危险类别为甲类。根据危险化学品安全技术说明书,正己烷危险性类别为第3.1类低闪点易燃液体。根据生产、使用、贮存物品的火灾危险性、可燃物数量、火灾蔓延速度以及扑救难易程度等因素,植物油加工厂的浸出厂房为严重危险级工业建筑场所:火灾危险性大、可燃物多、起火后蔓延迅速或容易造成重大火灾。 2 大型浸出油厂的溶剂消耗与防火工艺装置 与国内传统的浸出油厂相比,由于ADM浸出油厂应用了新工艺、新设备、新型密封材料,这些油厂的各种消耗指标普遍好于国内同规模油厂,特别是溶剂消耗,有的油厂达到小于0.6 kg/t料的国际先进水平,大大减少了安全隐患。同时,防火、防爆工艺、装备的应用提高了工厂防火安全水平,增强了应急能力。 2.1 溶剂损耗的控制 浸出车间溶剂损耗关系到工厂的生产成本、安全与环保。国内油厂的溶剂消耗普遍较高,一般为4~6 kg/t料,有的甚至达到10 kg/t料。其中原因除了6号溶剂馏程范围较正己烷宽,相对蒸馏回收困难外,主要有:分水箱排出废水未经蒸煮而直接排入水封井;除部分油厂采用矿物油吸收尾气中溶剂外,大多数油厂采用冷冻法回收溶剂,甚至一些油厂尾气仅经最后冷凝器冷却后直接排放;混合油蒸发、汽提在常压下进行,与负压操作相比,相同操作温度下溶剂蒸出量低;设备、管道、阀门等密封性能差,机械损耗高等等。 油脂浸出的溶剂从以下几方面引起损耗:产品粕、毛油中含有溶剂;废水、废气排放中夹带溶剂;机械损耗(泄漏等)。 2.1.1 产品中毛油与粕残溶而引起的溶剂损耗 通常粕引爆试验合格,粕中溶剂含量小于750 mg/kg:毛油闪点大于15 0~C,则毛油中溶剂含量小于500 mg/kg;以大豆浸出计,假定豆粕得率78% 、毛油得率为19%,则豆粕溶剂损耗小于0.585 kg/t料,毛油中溶剂损耗小于0.0 95 kg/t料,两项合计小于0.68 kg/t料。 2.1.2 浸出排出废水中溶剂损耗 国内浸出车间内废水一般为3部分:用于湿粕脱溶烘干机顶部混合气体中粕末捕集的热水与粕末一道排出,通常热水循环温度为92℃左右;用于混合油中粕末沉降的盐水与粕末一同排出,这部分废水温度通常在50~55℃;溶剂分水箱中排出的废水,这部分废水排出温度约在25~40℃。 ADM油厂的废水只有两部分,主要是溶剂分水箱排出的废水,这部分废水是在经蒸煮后排入水封池中;其次为矿物油吸收尾气系统中吸收塔与解析塔中定期排出的废水。矿物油吸收塔中冷矿物油(富油)水量很少,解析塔中热矿物油(贫油)因使用直接蒸汽而水量相对较多,就3 000 t/d浸出油厂而言,矿物油系统废水量约为80~100 kg/d。生产中,富油中水分及挥发物含小于5% ,贫油中水分及挥发物含量小于1% ,因此随矿物油废水带出的溶剂很少,可忽略不计。而湿粕脱溶烘干机(一般为DT、DTDC)混合气体中粕末捕集采用溶剂作捕集剂、捕集后的溶剂与粕末一道进入脱溶烘干机内,与湿粕一起脱溶。混合油中的粕末仅经旋液分离器分离,而不采用盐水沉降法分离粕屑。因此,废水总量相对较少,废水量主要由4方面决定:入浸料含水量、湿粕脱溶未凝结直接蒸汽量、毛油脱溶汽提塔直接蒸汽用量、尾气处理系统矿物油解析塔直接蒸汽用量。由于排出的废水温度控制在85℃以上,因此,因废水排出引起的溶耗相对较少。据东海粮油溶剂分水罐排出的废水计量显示,日加工量为3 000~ 4 000 t大豆,排出废水量约为8.5~10.5 b/h,约合60~70 废水/t料。据测定废水经蒸煮5~1 0min,排出温度92℃,废水中的溶剂含量小于10 rag/。因此,因排出废水溶剂损耗约为0.0OO6~0.0007 kg/t料。 2.1.3 浸出排出废气中溶剂损耗 浸出车间排出的尾气中,除含有少量溶剂蒸气、水蒸汽外,大多数为由物料夹带的空气。尾气中溶剂含量主要由混合蒸气冷凝程度决定,尾气温度越高,含溶量越大。而尾气中空气量主要由入浸料的流量与孔隙度、浸出系统的工艺设备与密封状况决定。值得注意的是,如果设备设计产量偏大、而实际产量较小时,此时进入浸出系统的空气量相对特大。尾气如果使用冷冻法回收溶剂,即使尾气温度为0℃,尾气中溶剂含量仍达16%(质量百分比)左右。而采用矿物油吸收后尾气中溶剂含量可以控制在500 mg/kg内,东海粮油浸出排出尾气浓度一般在2 00~300 mg/kg。据东海粮油对矿物油吸收系统排出的废气流量测定,加工量为1 500~4 000 t/d大豆浸出油厂,其排出尾气量为90~240 m3/h,约合1~2 m 3/t料,以尾气排出温度为36℃计,尾气残溶500 mg/kg,折合溶剂损耗为0.00 08~0.0015 kg/t料。 2.1.4 跑、冒、滴、漏 粕、毛油、废水、废气这几项引起的溶剂损耗称为不可避免的溶剂消耗,其总量约为0.3~1.5 kg/t料。事实上有些厂家即使采用混合油负压蒸发、矿物油吸收尾气中溶剂、排出废水经蒸煮等工艺,其溶剂消耗仍达3 kg/t料以上,其中50%以上为机械损耗。就2 000 t/d浸出油厂而言,高出1.5 kg/t溶剂消耗,意味着每日3 t溶剂散发于生产车间内外,这不仅污染环境,也是重要的火灾隐患。浸出车间液体的泄漏很少,主要在传动轴的轴封、阀门的阀杆处存在少量泄漏。大量的机械损耗是由于浸出系统正压引起溶剂气体的渗漏。据皇冠公司测定,在0.03 kPa的压力下,一只q~219的孔每分钟溶剂蒸气泄漏量达35 L。由于溶剂蒸气的密度高于空气,一台充满溶剂蒸气、高度为3 m的容器,在其底部存在0. 05 kPa的压差。往往浸出器顶部有轻微的负压,而在底部却可能出现正压。因此,确保设备、管道、视镜、法兰、垫片、溜槽等处的密封、保持浸出系统的负压,防止泄漏,对降低溶剂的损耗至关重要。国内一些使用冷冻回收法的厂家在尾气排放管上安装风机使浸出系统保持负压,也有的不装风机仅靠溶剂气体冷凝、冷却而产生少量的负压,这种负压往往难以维持,浸出系统压力时高时低。鉴于矿物油对溶剂良好的吸收性能,因此宁愿让空气渗入浸出系统内,也不可让溶剂气体从浸出系统内渗出。但浸出系统负压过高,不利于溶剂的渗透。一般浸出器的负压控制在一0.06~一0.12 kPa,DT负压稍高。ADM油厂在尾气风机 进风口安装了气动风门,风门开启根据矿物油吸收塔出口处的负压自动控制。通常风机吸风口负压控制在-1.2~-1.5 kPa。2002年,这些油厂又在浸出器冷凝器尾气出口管安装一只气动蝶阀,通过调节阀门开启度,自动控制浸出器负压,在2004年版的NFPA36中,此装置作为特例,允许在冷凝器尾气出口管上安装阀门(以前版本NFPA36中,禁止在溶剂气体冷凝器出口管道上安装阀门)。 2.1.5 新型密封技术的应用 ADM油厂中,溶剂泵、混合油泵均采用机械密封,浸出器主轴轴径一般达q~300~q~go0,国内大多数油厂采用填料密封,而ADM油厂采用MECO 密封技术,该密封类似于机械密封,其特点是:由弹性体代替弹簧,弹性体材质为FKM(具有饱和主链和氟代、全氟烷基或全氟烷氧基取代基弹性体),静环采用玻璃纤维增强聚四氟乙烯(GF—PTFE),动环采用不锈钢材质,整个密封设计为哈夫对开式,不需拆开轴承座、链轮,便可安装密封,便于装拆与检查。湿粕刮板机头、尾轮的轴封同样采用机械密封,这些与填料密封相比,密封效果好,溶剂滴、漏少。 2.2 防火工艺 ADM油厂引进国外生产技术装备的同时,其防火安全工艺技术也达到国外先进水平,这些技术包括:浸出车间机械排风、溶剂蒸气封堵、自动喷水灭火系统、蒸汽吹扫、设备与容器配置泄压装置、自动控制、程序联锁与泄漏报警等。 2.2.1 机械排风 6号溶剂的蒸气密度是空气的2.79倍,正己烷蒸气的密度是空气的2.97倍,它们容易积聚在低凹处的地沟、地坑里,能在较低处扩散到相当远的地方,遇明火会引着回燃。这些溶剂必须及时除去,同时要求整个浸出车间内保持轻微的负压,防止溶剂扩散到其他区域。ADM油厂在车间内安装有吸风机,其多列吸风口布置在浸出底楼略高于地坪约250 mm,风机要求每小时抽出风量是浸出车间内容积的6倍。 2.2.2 溶剂蒸气封堵 由于溶剂蒸气有较强的挥发性,能从浸出车间经输送机进入预处理车间,国内最常用和有效的是采取存料箱料封和采用料封绞龙对蒸气封堵方法。A DM油厂在入浸料输送机下料口安装一台抽风机,防止因浸出系统正压,溶剂气体经输送机进入预处理车间。料封绞龙、存料箱在正常生产时能对溶剂产生封堵作用,但停车时,封堵料变冷收缩,封堵效果降低;有时因流量不稳、存料箱走空也起不到料封作用。因此,ADM浸出油厂把存料箱料位与浸出器转速变频实行自动程序控制,保持存料箱料位基本稳定;同时在入浸料输送机到料封绞龙的下料溜槽上安装一台气动闸板阀,该阀与料封绞龙联锁,绞龙停止,闸板阀自动关闭,能有效防止停车时溶剂气体进入预处理车间。 为防止溶剂蒸气在停车时由浸出出粕输送机进入粕库,有的厂家在输送机的进口安装闸板阀。DT的出料口采用旋转阀(关风器)能有效防止停车时溶剂气体进入出粕输送机。国内有的设备厂家DT采用绞龙下料,虽能满足生产要求,但停车时却起不到溶剂蒸气封堵作用。 2.2.3 自动喷水灭火系统 就浸出溶剂火情而言,用水灭火无效。但盛有溶剂的设备、容器受热有爆炸的危险,可以通过喷水对设备降温降压。喷水灭火分为:湿式喷水灭火、干式喷水灭火、预作用喷水灭火、雨淋喷水灭火、水幕系统5种,严重危险级的建筑物、构筑物,大多采用雨淋喷水灭火系统。喷淋头除在整个浸出车间布置外,对浸出器、溶剂罐、毛油罐等盛有溶剂的设备应独立布置,对这些设备的喷水量根据设备外表面积确定,NFPA36有具体要求,见表1。感温元件(内包水银)遍布于车间各处及浸出器、DTDC、溶剂罐周围。雨淋阀处于正常状态时,上下水压与气压处于平衡。如某处温度过高,水银膨胀、感温元件破裂,气压降低,水压力冲开雨淋阀,整个雨淋系统启动。雨淋喷水灭火系统可设自动或手动开启雨淋阀的装置;但采用自动开启雨淋阀装置时,应同时设有手动开启装置。根据NF PA36要求,雨淋系统除在浸出车间内设置自动与手动开启雨淋系统的同时,在禁区外同时要设置手动开启装置,禁区外围手动开启装置常置于预榨操作室内。浸出车间配置自动喷水灭火系统,除了要保证足够的消防贮水外,还应确保水封池有足够的分水、排水能力,同时浸出车间围墙要有足够的强度,国外就发生一例自动喷水灭火系统启动后,大水冲垮围墙,溶剂外溢的事故。 表1 浸出设备喷水灭火系统水量要求设备外表喷水量 面积(m2) (m3/h)设备外表喷水量 面积(m2) (m3/h)设备外表喷水量 面积(m2) (m3h) 1.9 175.0 2.8 26 3.3 3.7 350.8 4.7 439.2 5.6 52 6.7 6.5 6l4.2 7.4 701.7 8.4 790.0 9.3 875.0 l1.2 1 050.0 13.0 1 225.0 14.9 1 400.0 16.7 1 583.3 18.6 1 758.3 23.3 l 991.7 27.9 2 208.3 32.6 2 40O.0 37.2 2 600.0 46.5 2 950.0 55.8 3 266.7 65.1 3 566.7 74.4 3 850.083.7 4 108.3 93.0 4 366.7 111.6 4 641.7 130.2 4 891.7 148.8 5 l16.7 167.4 5 325.0 186.0 5 516.7 223.2 5 866.7 260.4 6 183.3 注:摘自NFPA 36 2.2.4 泄压与阻火装置 由于溶剂易挥发,盛有溶剂的设备、容器等如温度较高,内部产生压力,溶剂气体可能外逸,并有爆炸危险。浸出车间内浸出器、混合油罐、溶剂周转罐、地下溶剂罐均装有泄压阀。东海浸出车间泄压阀阀径为DN250至DN300,开启压力设定为1.785 kPa,校正泄压能力30 m]/h(1.65kPa),2 000 t/d以上浸出器 单独配2台,其他均各配一台泄压阀。泄压阀出口管道上严禁安装阀门,且排气应朝向安全区域,排气管高度要求在6.1 m以上。 矿物油尾气排出管出口管同样要求其排出口高度不低于6.1 m,尾气出口管与地下溶剂罐泄压阀出口管上均装有阻火器,防止火种进入。阻火器安装时除非消防部门许可,否则不得安装于室内,阻火器安装时应方便检查、维修,冬天要防止阻火器内部结冰。 2.2.5 设备吹扫与灭火蒸汽 由于浸出车间设备检查、维修的需要,停车期间有时需对设备进行清理、吹扫乃至消溶。清理常使用竹枝、木条、扫帚等清扫出设备内残余的粕屑、也可采用水喷射、蒸汽喷射来转移固体物料,吹扫则采用压缩空气、水蒸汽对设备内溶剂气体吹净,消溶则需要对设备、管道等通人直接蒸汽,保持加热足够长的时间,来蒸发掉所有的溶剂。 由于生产时使用蒸汽,消溶时也需要直接蒸汽,ADM油厂浸出器、脱溶烘干机等连接有灭火蒸汽管道,设备接口处安装有单向阀,NPFA 36要求灭火蒸汽阀门安装于浸出禁区外。 2.2.6 自动控制、程序联锁与泄漏报警 ADM油厂采用自动控制,对温度、压力、流量、料位等实行自动监控和程序联锁。主要监控参数有:冷却水水温、车间蒸汽压力与温度、浸出器负压、DT出粕温度、废水蒸煮罐出水温度、第二蒸发器出口油温等。自动联锁程序有:蒸汽低压力报警延时开关与车间停车、冷却水低水位报警延时开关与车间停车、存料箱低料位开关控制浸出器主电机停止运转、DT高料位开关延时停前道设备等等。此外车间内还应安装固定的或可移动的气体检测报警系统,主要监控位置有:溶剂分水箱处、浸出器底部、水封池排水处,确保停车时也能对可能发生的泄漏进行监控。 3 浸出油厂防火安全工艺装置的应用与存在的问题