1.1 燃烧和爆炸危险性

环氧乙烷闪点低于 -18 ℃， 爆炸极限3.0%~100%。其密度比空气大，泄漏后蒸气容易积聚在地表低洼处，与空气形成爆炸性混合物，遇点火源发生爆炸。

1.2 化学活性

环氧乙烷容易聚合，低温下自聚较慢，有可能堵塞管道、仪表 ；随着温度的升高聚合速度变快，其热引发温度为 100 ℃。当它与酸、碱金属、金属氧化物、氢氧化物、高活性催化剂（如铁、锡和铝的无水氯化物及铁和铝的氧化物）及一些有机物（如醛）接触也可致环氧乙烷发生自聚，同时放出大量放热（9.2×104 J/mo1），造成分解甚至爆炸。因此，在储存环节应控制环氧乙烷的温度，一般在 -5~0℃左右 ^[2]。

1.3 健康危害

环氧乙烷对人体有刺激性，吸入可导致眼睛、呼吸道、皮肤灼伤，大量吸入会引起肺水肿、昏迷，心肌损伤，中枢神经系统损伤 ；它具有致敏性，长期接触会引起皮疹、哮喘等过敏反应 ；具有致癌性，被 IARC 评定为 1 类“确认人类致癌物”。职业接触限值 PC-TWA 为 2 mg/m3。

对比各种规范，环氧乙烷的危险性分类如下 ：

环氧乙烷属于属于危险化学品^[3]和重点监管的危险化学品^[4]，属于类别 1 易燃气体、化学不稳定性气体，加压气体，类别 3* 吸入急性毒性，可导致皮肤腐蚀 / 刺激、严重眼损伤 / 眼刺激，具有生殖细胞致突变性、致癌性、特异性靶器官毒性（呼吸道刺激）。环氧乙烷属于特别管控危险化学品^[5]，属于极度危害介质^[6]。

可见，环氧乙烷燃爆极限比氢气广，毒性比氨气大，此外还具有高化学活性、易聚合的特点，因此其危险性比合成原料药项目中常规甲类物质大，设计需要考虑的安全措施必须更加全面。

Part.02 环氧乙烷工艺设计注意点

在合成原料药项目中，会使用环氧乙烷作为反应物，涉及到环氧乙烷的使用和储存。由于医药项目生产规模较小，环氧乙烷的批用量一般从数十公斤到数百公斤，因此企业大多在危险品库采用钢瓶储存，而不用储罐储存。使用时，根据工艺要求，环氧乙烷钢瓶可以以液态或者气态形式输出，通入反应釜内反应。本节将结合现行规范，介绍环氧乙烷钢瓶在储存、输送工艺设计上的注意点。

2.1 总图选址

环氧乙烷属于重点监管的危险化学品，而且储存量超过 10 t 就构成了储存单元危险化学品重大危险源^[7]。 因此，在项目前期需要明确环氧乙烷的使用和存放量，判断涉及到的生产单元、储存单元是否构成重大危险源，并明确这些单元与厂区内、外其他设施间距设计执行何种标准。

参照液氨的要求，环氧乙烷储存、使用场所宜布置在厂区边缘，远离厂前区、办公生活区，与人口密集区域应保持足够的安全距离，位于企业全年最小频率风向的上风侧。同时还应考虑发生事故时，因风向不利对厂外人口密集区域、公共设施、道路交通干线的影响。

总图在考虑环氧乙烷储存、使用场所与周围设施间距时，除了考虑防火间距，还要考虑外部安全防护距离。外部安全防护距离是基于环氧乙烷储存量、个人和社会可接受风险标准而确定的安全距离，通常项目安全预评价报告中会做此类分析，通过定量风险分析模拟出钢瓶发生泄漏的事故后果和波及范围。

2.2 环氧乙烷储存要求

环氧乙烷储存要求^[1]如下 ：

钢瓶储存 ：环氧乙烷钢瓶应储存于阴凉、通风的甲类气瓶库，库温控制 30℃以下。库房远离火种、热源，避免光照。环氧乙烷钢瓶间建议专设，避免与酸类、碱类、醇类、食用化学品混存。库内照明、通风设施应防爆。气瓶的装卸宜采用行车，不应使用叉车装卸，严禁使用电磁起重机、链绳吊装起重，机械起重量应为气瓶重量两倍以上。

使用、储存环氧乙烷的区域应设置安全警示标志，并按不大于 15 m 的要求设置喷淋洗眼器。

2.3 工艺和管道设计

（1）材料选择

由于环氧乙烷的高反应活性，它遇酸、碱金属、金属氧化物、氢氧化物、铁锡和铝的无水氯化物、铁和铝的氧化物及一些有机物能使其自聚，放出大量热量，因此环氧乙烷的设备或管道材料应优先采用不锈钢如 304、316L，不能使用铸铁。设计要防止水、空气、铁锈等杂质进入系统。

（2）设计压力

涉及环氧乙烷的反应釜和缓冲罐需设置氮气保护，设备的设计压力除了考虑环氧乙烷的蒸气压，还需要考虑氮气的压力。参考《工业用环氧乙烷》要求，氮气压力为 0.28~0.35 MPa，氮气纯度不低于 99.9%，氮气中的氧含量不得大于 0.5%^[8]。

设备和管道的设计压力还需要考虑到外盘管或夹套冷媒失效时系统内可能达到的最高压力，50 ℃下环氧乙烷的饱和蒸气压为 0.39 MPa（G）。

（3）环氧乙烷沸点只有 10.7 ℃，在高温下容易聚合，因此需严格控制其储存温度，建议控制在 5℃以下。车间缓冲罐可以是夹套罐或者外盘管罐，夹套或盘管内通冷乙二醇降温。罐子装料系数不应大于790 kg/m3。

（4）输送泵

环氧乙烷的输送可以采用氮气压或者泵输送，如果用泵建议选用屏蔽泵。屏蔽泵只在外壳处有静密封，无动密封，因而无泄漏风险，无需润滑液和密封液，泵与电机一体结构紧凑，因此适用于不能有泄漏的易燃易爆、有毒、腐蚀、易汽化物料的输送。输送泵除了供料管道还需要回流管，既方便流量调节，也能防止物料处于静止状态后聚合阻塞泵出、入口等管路。泵入口建议配置强磁过滤器。

由于环氧乙烷沸点低、易汽化，一旦发生气蚀不仅会损坏泵，还会因为空转使泵内流体升温，导致环氧乙烷分解爆炸。为控制泵和流体的输送温度，泵头需设置降温夹套，设置回流管防止泵体憋压，设置水喷淋保护等安全措施^[2]。

（5）安全泄放

环氧乙烷缓冲罐属于压力容器，需要设置安全泄放装置。考虑环氧乙烷易聚合、高毒性的特点，泄放装置不允许有任何泄漏，因此其安全泄放建议采用爆破片与安全阀串联的方式，安全阀选择全启式波纹管安全阀。爆破片入口管道设氮封，防止其自聚堵塞管道 ；安全阀出口管道也要设氮气吹扫，起到稀释作用避免达到爆炸极限，见图 1^[9-10]。

图 1 环氧乙烷钢瓶及缓冲罐工艺流程示意图

由于环氧乙烷为极度危害介质，其废气或泄放管建议单独设置，与其他尾气系统分开，采用水喷淋吸收塔处理后排放。

（6）自控

环氧乙烷缓冲罐等压力容器应具有液位、温度、压力检测、报警、连锁功能。自控措施[1]包括 ：

①温度检测、控制、报警，储罐温度通过控制夹套或盘管中冷乙二醇流量维持环氧乙烷所需的低温环境，温度超高时报警。

②压力检测、控制、报警，通过氮气进气调节阀及排空调节阀控制罐内压力，压力超高时报警，联锁关闭氮气切断阀和进料阀，开启排空阀。

③液位检测、联锁、报警，高液位时联锁切断进料阀，低液位时联锁停泵。

④罐底设置可远程操作的紧急切断阀，其执行机构应有故障安全保障的措施。

环氧乙烷泵设置冷媒降温夹套，物料流量检测、报警以及低流量联锁停泵的功能，避免泵空转发热。措施^[10-11]包括 ：

①泵内液体超温报警和联锁停泵 ；

②泵出口低流量联锁停泵 ；

③泵进出口高温差联锁停泵 ；

④泵密封泄漏检测及报警系统 ；

⑤功率高、低联锁停泵 ；

⑥泵的密封附近设有毒气体检测仪，喷水防护设施、消防水系统 ；

⑦泵内设置轴承温度检测及报警、联锁控制。超温联锁停泵。

以上自控方案只是推荐做法，具体还需要通过安全风险评估（如 HAZOP、LOPA）来分析确定。对于环氧乙烷参与的反应过程还需要对照重点监管的危险化工工艺安全控制要求、《反应风险评估报告》的建议措施来进行设计。

（7）管道

环氧乙烷管道尽量短、直，避免形成气袋、液袋、死角，输送后应及时使用氮气进行吹扫，避免环氧乙烷在管道内长期积聚，聚合堵塞管道。若无法避免液袋，在低点要能放净，并设氮气吹扫。氮气管道上需设置止回阀。管道需要考虑防止倒流的措施。管路放净建议采用双阀。支管连接以及分支阀门处距离总管应尽量短，减少残留。环氧乙烷管道应避免与高温管道、腐蚀性介质管道临近布置。管道尽量采用焊接，减少法兰连接可能的泄漏。管道在试验时应彻底清洗、吹干所有杂物或焊点^[12]。

（8）阀门、垫片

环氧乙烷在选择阀门时须考虑不易聚集的结构形式，防止聚合堵塞。经验表明闸阀、截止阀和高性能蝶阀可适用于环氧乙烷 ；球阀和旋塞阀易发生聚合，不建议使用^[10]。阀门填料选用波形高纯度（98%）柔性压缩石墨、纯聚四氟乙烯（PTFE）环，不能用石棉和填充石棉的材料 ；填充玻璃纤维或陶瓷的PTFE 容易吸收环氧乙烷^[13]。

密封垫片应采用不锈钢缠绕高纯（98%）柔性压缩石墨，带内外环，禁止使用石棉、橡胶材料。

（9）隔热

环氧乙烷保冷材料采用闭孔绝热材料如泡沫玻璃，厚度根据保冷要求确定。使用多孔矿物棉、石棉绒、硅酸镁及硅酸钙等多孔保温材料不仅保冷效果不好，还会导致湿气进入保温层，与泄漏的环氧乙烷反应^[10]。

保温外皮选用不锈钢，不得使用铝皮、铁皮。捆扎材料选用不锈钢丝。

图 1 给出了环氧乙烷钢瓶及缓冲罐示意图，该案例中环氧乙烷由钢瓶通过密闭管道压入车间缓冲罐内备用，缓冲罐夹套通冷冻水保持低温下储存。当反应开始时，缓冲罐夹套通热水加热，环氧乙烷汽化后通入下游反应釜。缓冲罐设温度、压力检测、报警，顶部采用爆破片与安全阀串联的方式泄压，爆破片入口及安全阀出口均设氮气吹扫，防止环氧乙烷自聚堵塞管道。当缓冲罐超温、超压时会连锁自动切断环氧乙烷进料阀和出料阀，关闭夹套热水阀，开启夹套冷冻水阀。当下游反应釜超温、超压时会连锁自动切断环氧乙烷出料阀，关闭夹套热水阀，开启夹套冷冻水阀。

Part.03 泄漏应急处理

发生泄漏时应消除点火源，无关人员迅速撤离，应急处理人员穿戴好防护用品后再进入泄漏区域。禁止用水直接喷射泄漏源，可以用雾状水抑制蒸气扩散^[1]。参考液氯、氟化氢等气体泄漏的处理方式，可利用库门窗外的喷淋系统或消防水枪建立水幕墙，喷雾状水吸收、稀释，同时设围堰或挖导流沟收集事故废水，同步进行事故排风，排风送进吸收塔处理。

Part.04 环氧乙烷设计中工艺施工图条件注意点

4.1 建筑设计

根据 GB 50016—2014（2018 年版）《建筑设计防火规范》[14]，环氧乙烷火灾危险性为甲类。考虑到它不论是易燃易爆、毒性还是反应活性，以及环氧乙烷可能涉及到“重点监管的化工工艺”，建议使用环氧乙烷的岗位设置单独的隔间，采用防爆墙与其他甲类区域隔离，连通处设防爆门斗。涉及环氧乙烷的厂房、仓库的耐火等级、疏散、泄爆要求按“建规”甲类厂房或仓库要求设计即可。

环氧乙烷为毒性气体，一旦泄漏危害很大，建议环氧乙烷钢瓶库参照液氯、氟化氢等气瓶库的做法，采用密闭式设计。封闭建筑除设置的电动门、电动窗外，其余用于采光的窗应选用固定窗。电动门和电动窗应该与环氧乙烷气体检测系统联动，一旦有泄漏，可自动关闭电动门，防止毒性气体泄漏至环境中。

为了便于仓库内环氧乙烷钢瓶的搬运，需要向结构专业提出电动葫芦或行车的导轨要求，吊载不小于钢瓶重量的两倍。

4.2 暖通设计

环氧乙烷钢瓶的储存场所除了按甲类区要求做好通风和事故通风外，建议库内温度按低于 10℃设计。由于环氧乙烷密度比空气大，应在库内靠下部处布置排风口，避免环氧乙烷在底部聚集。库房外设水洗喷淋吸收系统，当检测到环氧乙烷泄漏后，事故排风应保证封闭建筑内部微负压（-15~-10 Pa）的要求，排风经过事故吸收塔处理后排放。在实瓶区，应设置局部排气罩，方便在钢瓶出现少量泄漏时对废气进行收集处理。

4.3 电气电信设计

环氧乙烷使用和储存场所需要按甲类区考虑电气防爆、防雷、防静电的设计。工艺条件应注明行车、尾气处理设备的电气条件。事故抽风机、吸收液循环泵、电动门、电动窗等相关用电设备按二级用电负荷配备供电电源。

环氧乙烷的储存和使用场所应设置有毒气体探测器，并与库房的事故排风、事故喷淋系统联锁。

环氧乙烷的储存和使用场所应设置视频监控系统，采用 UPS 供电。构成重大危险源的，还应满足AQ 3035—2010[15]对安全监控的要求。

4.4 给排水设计

环氧乙烷钢瓶库建议在可开启门窗外侧上部设置水喷淋管道，当建筑内环氧乙烷浓度超标时自动启动喷淋系统，用于喷淋吸收可能从缝隙处泄漏的少量环氧乙烷。封闭房间外侧应设置环形地沟和污水收集池，对事故状态下喷淋吸收废水和消防废水进行收集，再泵送至污水处理站。

库内钢瓶储存区上方宜设置水喷淋系统，可以吸收和稀释事故时库内环境中的环氧乙烷。库外部应设置消火栓、移动式喷雾水枪，其喷射范围能覆盖可能泄漏的钢瓶区域，对泄漏到环境中的环氧乙烷进行处置和驱散，防止聚集。

本文从环氧乙烷的性质和危险性分类入手，在现行规范上提取出环氧乙烷工艺设计的注意点，包括环氧乙烷的总图选址、储存条件、工艺设计、泄漏应急处理等。最后将以上对钢瓶库建筑、门窗、泄漏收集、钢瓶搬运、事故排风处理、特殊用电负荷等级、消防喷淋等注意点，转化为工艺对其他专业的施工图条件，可供环氧乙烷项目设计时参考。

参考文献