氣相法聚乙烯裝置危險性分析及安全措施

鄧哲文 王龍勝

摘 要：本文通過對氣相法聚乙烯裝置安全操作、危險性分析及自身危險性預(yù)評價等方面研究，能夠更好、全面地熟悉和掌握引進工藝技術(shù)，積極配合安全生產(chǎn)，為裝置長周期穩(wěn)定運行提供可靠安全措施，以期獲取最大化經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：聚乙烯；危險性分析；預(yù)防措施；

中圖分類號：TQ 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-02-00-01

一、流程簡述

氣相法聚乙烯工藝以聚合級乙烯為主要原料，聚合級丁烯-1或己烯-1為聚合單體，在高效催化劑的作用下，在流化床中通過低壓氣相聚合反應(yīng)生成樹脂。

二、主要火災(zāi)危險分析

氣相法聚乙烯裝置在生產(chǎn)過程中使用的原料、化學(xué)品及輔助原料大多數(shù)屬于易燃、易爆物質(zhì)，乙烯、氫氣、共聚單體均屬于甲類火災(zāi)危險物質(zhì)，助催化劑烷基鋁具有特殊危險性。這些物質(zhì)一旦泄漏，與空氣或氧化物接觸，形成爆炸混合氣體，極易引發(fā)火災(zāi)爆炸事故；烷基鋁與空氣或氧化物接觸瞬間立即著火，遇水或潮氣則強烈燃燒，是非常危險的物質(zhì)。聚乙烯粉末在一定的條件下也可以發(fā)生爆炸。因此，火災(zāi)、爆炸是裝置的主要危險，防泄漏、防火、防爆是保證裝置安全生產(chǎn)及操作的重要內(nèi)容。主要危險源分析如下：

（一）生產(chǎn)過程中用于乙烯介質(zhì)的設(shè)備、管道泄漏是最易形成乙烯與空氣的爆炸混合氣體，產(chǎn)生的烷烴極易造成火災(zāi)及化學(xué)品燒傷或爆炸反應(yīng)。爆炸范圍寬的乙烯泄露引起的火災(zāi)事故在聚乙烯裝置實際生產(chǎn)中屢有發(fā)生，尤其是反應(yīng)器底部PDS排出閥門密封閥件的損壞及乙烯在管道內(nèi)分解引起的循環(huán)管道的破壞等環(huán)節(jié)。

（二）原料精制過程不合格，雜質(zhì)及殘留催化劑過量易引起事故，乙烯凈化床進水或甲醇等雜質(zhì)，在精制系統(tǒng)引起“熱區(qū)”，若溫度過高將引起乙烯分解，主要是進料乙烯中的雜質(zhì)濁度過高，金屬溫度高于乙烯自燃點溫度而引起乙烯分解。

（三）來自再生系統(tǒng)的氫氣在停用期間可能流入脫碳或脫氧床，導(dǎo)致高溫放熱，使沖入床層中的乙烯分解。

（四）存在烷基鋁竄入氫氣管道的可能性，造成在檢修過程中引起火災(zāi)或化學(xué)品燒傷，烷基鋁鋼瓶、管道或閥門因沖力作用發(fā)生機械損壞，造成烷基鋁泄漏。

（五）聚合過程為放熱和熱動力不穩(wěn)定過程，當(dāng)熱量來不及導(dǎo)出時將引起乙烯爆炸反應(yīng)；乙烯可能在管道及設(shè)備中聚合或分解，導(dǎo)致設(shè)備膨脹引起的爆炸反應(yīng)；

（六）盡管反應(yīng)器內(nèi)乙烯聚合反應(yīng)溫和，但是由于采用流化床原因，物料容易結(jié)塊、片，反應(yīng)過于激烈或靜電嚴重時會使反應(yīng)器暴聚，反應(yīng)床層產(chǎn)生陀料，堵塞反應(yīng)器。循環(huán)氣壓縮機的膨脹波紋管泄漏、金屬故障或腐蝕而產(chǎn)生較大泄漏引起爆炸。

（七）脫氣系統(tǒng)緩沖罐、低壓收集器內(nèi)易形成烴-氧混合物，排放氣壓縮機入口壓力低，引起空氣抽入系統(tǒng)，形成爆炸性烴-氧混合物。由于脫氣倉操作不穩(wěn)定，離開PPB樹脂脫氣不良而引起內(nèi)部爆炸，反應(yīng)器內(nèi)的“片料”積聚在脫氣設(shè)備內(nèi)易引起爆炸。

（八）烷基鋁密封罐溢流可能使烷基鋁進入火炬系統(tǒng)，火炬打開時易產(chǎn)生泄漏引起化學(xué)燒傷。

（九）造粒機水箱視鏡發(fā)生機械損壞引起熱水泄露及粒料干燥機顆粒脫除斗篩網(wǎng)堵塞造成熱水流出。造粒系統(tǒng)的膨脹節(jié)因超壓、高溫、安裝不當(dāng)、疲勞等因素發(fā)生故障造成熱水泄漏。

（十）聚乙烯產(chǎn)品輸送過程中，在設(shè)備及管道中極易形成乙烯與空氣的爆炸混合氣體。氣相法聚乙烯粉料產(chǎn)品中會殘留少量的、未失活的催化劑，它們隨顆粒來到料倉設(shè)備、輸送管道內(nèi)，在特定的條件下就會燃燒，從而引發(fā)閃爆、隱燃的發(fā)生，導(dǎo)致料倉破壞。；

三、設(shè)計中采用的安全防范措施

主要從反應(yīng)殺死系統(tǒng)、緊急停車系統(tǒng)、安全泄放設(shè)施、防泄漏措施、設(shè)備安全措施、自控安全措施等多方面保證裝置的本質(zhì)安全生產(chǎn)。

（一）循環(huán)氣壓縮機透平設(shè)置了3種類型的殺死系統(tǒng)，KILLI型用于反應(yīng)溫度超高時，壓縮機保持運行，切斷所有進料，部分殺死反應(yīng)；在壓縮機電力故障時，啟動KILLII型殺死，透平啟動，切斷進料，保證氣體在反應(yīng)系統(tǒng)的循環(huán)，全部殺死反應(yīng)；當(dāng)透平不能啟動時，自動啟動KILLIII型殺死，氣體大量泄壓到火炬系統(tǒng)，全部殺死反應(yīng)。

（二）為保證操作人員及生產(chǎn)裝置安全，采用先進的APC+控制系統(tǒng)，除常規(guī)控制及檢測外，還配有自動報警、緊急停車系統(tǒng)（ESD）。一旦運行異常，ESD系統(tǒng)動作使裝置能夠安全自動停車；同時設(shè)置的安全儀表系統(tǒng)（SIS），采用了三重化或冗余容錯功能的控制，系統(tǒng)獨立于DCS，并能與DCS進行數(shù)據(jù)通訊，確保裝置安全穩(wěn)定地運行。

（三）液態(tài)烷基鋁在氮氣下從裝運容器中引入烷基鋁進料泵至反應(yīng)系統(tǒng)，所有的排放均送密閉罐處理后排放，放空管直接引入專為烷基鋁區(qū)域設(shè)置的安全坑，并采用礦物油系統(tǒng)來維護烷基鋁沖洗系統(tǒng)。

（四）裝置內(nèi)建（構(gòu)）筑物、設(shè)備和管道等，均采取了相應(yīng)的防雷和防靜電措施。粉料輸送采用氮氣并設(shè)有除塵裝置，固體添加劑卸料設(shè)有粉塵收集系統(tǒng)，并有良好可靠的放靜電跨接。當(dāng)反應(yīng)系統(tǒng)停車檢修時，采用高壓氮氣進行置換。

（五）壓力容器嚴格按照《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定進行設(shè)計，并按規(guī)定裝設(shè)安全閥，防止超壓。對疲勞容器采用分析設(shè)計方法。壓力容器的設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、材料許用應(yīng)力等參數(shù)按《石油化工鋼制壓力容器》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求執(zhí)行。

（六）裝置設(shè)計有雙回路供電系統(tǒng)，保證供電的可靠性。火災(zāi)報警系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)還設(shè)計了UPS不斷電電源裝置，保障事故狀態(tài)下的用電。在裝置的爆炸危險區(qū)采用相應(yīng)防爆等級的電氣設(shè)施和現(xiàn)場控制儀表。

（七）裝置內(nèi)各生產(chǎn)單元盡量采用敞開式或半敞開式的土建結(jié)構(gòu)，各建（構(gòu)）筑物均按《建筑設(shè)計防火規(guī)范》和《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》進行設(shè)計。

（八）本著“預(yù)防為主、防消結(jié)合”的工作方針，按《石油化工設(shè)計防火規(guī)范》及其相關(guān)規(guī)范要求，設(shè)置完整的火災(zāi)報警及自動噴淋系統(tǒng)和可靠的消防設(shè)施。

四、結(jié)語

氣相法聚乙烯裝置發(fā)生安全事故主要表現(xiàn)在乙烯分解、泄漏，溫度、壓力異常，機泵設(shè)備故障、著火閃爆等環(huán)節(jié)。監(jiān)控重點主要是防止泄漏、保證機泵設(shè)備的維護保養(yǎng)。將提高工藝操作人員的操作水平納入安全操作制度，確保裝置安全生產(chǎn)。