高温高压条件下化工反应装置安全保障研究

刘 飞

（盐城科羿通讯科技有限公司，江苏 盐城 224000）

摘  要：针对高温高压化工反应装置在运行过程中面临的安全挑战，从设备材料性能劣化、密封系统失效及过程参数波动3个方面开展了安全风险分析，通过建立实验装置，系统研究了温度场分布特性和压力波动规律，提出了基于过程参数的安全控制策略。在此基础上，设计了多重安全联锁系统和应急泄压装置，构建了完整的安全保障体系。实验验证表明，提出的安全保障方案能够有效预防和控制高温高压反应装置的安全风险，实现装置的安全稳定运行，为同类装置的安全管理提供了技术支撑。

关键词：高温高压装置;安全风险;过程控制;安全联镇;应急保护

0 引言

高温高压化工反应装置是现代化工生产中的关键设备，其安全运行直接关系到生产过程的稳定性和人员设备的安全。在极端工况条件下，装置面临着材料性能退化与密封系统失效等多重安全威胁，任何安全隐患都可能导致严重后果。目前的研究多集中在单一安全防护措施上，缺乏系统的安全保障方法，为此亟需建立完整的安全保障体系，实现高温高压反应装置的本质安全运行。基于此，本研究从安全风险分析人手，通过对工艺过程控制技术的研究，构建安全保障系统，旨在提供一套可靠的安全保障解决方案。

1 高温高压化工装置安全风险分析

1.1 设备材料性能劣化机理

高温高压化工反应装置中的金属材料长期在温度>350℃和压力>15MPa的环境下服役,材料性能劣化表现出明显的时间依赖性和累积性特征。通过扫描电镜观察发现，设备材料在高温环境下晶界处碳化物发生粗化，基体组织中出现大量位错和空位，导致材料的蠕变抗力显著降低。

材料表面在高温氧化作用下形成疏松的氧化膜，氧化膜厚度每运行1000h增加0.2mm，而氧化膜与基体的热膨胀系数差异造成界面应力集中，进而引发开裂。高压环境下，材料内部产生显著的三向应力状态，在应力作用下微裂纹萌生和扩展，特别是在焊缝热影响区域，由于组织不均匀性导致应力集中，成为裂纹扩展的优先路径，材料的持久强度和疲劳寿命呈指数规律衰减，当服役时间>5000h后，材料的屈服强度降低>30%，延伸率下降>40%，安全裕度显著降低。

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