聚丙烯料倉靜電爆炸事故原因分析及設(shè)備改造效果

鄭 昱

(中國石化上海石油化工股份有限公司塑料部，上海 200540)

聚丙烯料倉靜電爆炸事故原因分析及設(shè)備改造效果

鄭 昱

(中國石化上海石油化工股份有限公司塑料部，上海200540)

聚丙烯生產(chǎn)中，物料利用空氣送至料倉，為了產(chǎn)品均化，在料倉內(nèi)還需進(jìn)行摻混，在這一過程中會(huì)造成靜電積聚，進(jìn)而形成靜電放電引起爆炸事故。分析了聚丙烯裝置料倉靜電爆炸事故原因，介紹了采取消靜電設(shè)備后的應(yīng)用數(shù)據(jù)和效果。

聚丙烯料倉 爆炸事故 原因分析 靜電消除

1 裝置簡介

中國石化上海石油化工股份有限公司某聚丙烯裝置共有2條生產(chǎn)線(1PP、2PP)，生產(chǎn)能力10×104t/a，負(fù)荷14.3 t/h。該裝置采用意大利管式反應(yīng)技術(shù)，物料含揮發(fā)分少，經(jīng)汽蒸、干燥后物料揮發(fā)分由2%～2.5%降到500 μg/g以下。2000年2月12日21時(shí)15分2D903B倉發(fā)生閃爆，2000年9月16日7時(shí)40分2D903E倉發(fā)生閃爆。兩次閃爆造成料倉的頂部嚴(yán)重破壞，300 t料降級(jí)處理。塑料部第一套1PE裝置投產(chǎn)后，抽氣倉(OT401)于1988-1993年發(fā)生5次閃爆，等外品倉(OT405)1996-2000年發(fā)生5次閃爆，稱量計(jì)上貯槽(OV-403)和抽氣倉(OT401B)于2004年各發(fā)生1次爆炸。上述事故嚴(yán)重影響了裝置的安全穩(wěn)定生產(chǎn)。

在中國石化集團(tuán)公司和國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局組織下，由中國石化安全工程研究院和上海石化安全部合作，進(jìn)行了事故原因調(diào)研、治理措施和設(shè)備改造的論證。調(diào)查表明[1]：聚丙烯裝置“2·12”、“9·16”事故的引火源是風(fēng)送物料自身的靜電；生產(chǎn)過程中氣體控制失誤是造成粉塵靜電爆炸的間接誘因。2006年8月上海石化曾在1PE料倉上安裝了9套離子風(fēng)粉體靜電消除器，2007年11月在PP料倉上安裝了18套離子風(fēng)粉體靜電消除器。運(yùn)行至今，上述裝置風(fēng)送物料靜電一直控制在安全指標(biāo)以下，料倉沒有發(fā)生一例閃爆和結(jié)塊現(xiàn)象。以下進(jìn)一步分析“2·12”、“9·16”事故原因和設(shè)備改造的效果。

2 聚丙烯料倉事故原因分析

a)忽略特殊物料的氣體控制是導(dǎo)致事故萌生的背因。兩起事故的物料均為高熔融指數(shù)的特殊料。不同牌號(hào)物料的揮發(fā)分?jǐn)?shù)據(jù)參見圖1(表中數(shù)據(jù)為10次檢測(cè)數(shù)據(jù)的平均值)，物料熔融指數(shù)越高揮發(fā)分越高。表1是“9·16”事故后在擠出機(jī)進(jìn)料貯槽(D803)和成品粒料貯槽(D903)的氣體采樣數(shù)據(jù)：在15次采樣中有9次氣體超標(biāo)(>20%LEL)，9次超標(biāo)的物料均為揮發(fā)分>0.03%的高熔融指數(shù)料。國內(nèi)曾發(fā)生多起類似事故例，如中國石化某廠PP裝置D902倉一年內(nèi)曾發(fā)生3起閃爆事故，均為生產(chǎn)高熔融指數(shù)料(>25 g/10 min)。

圖1 不同牌號(hào)物料揮發(fā)分?jǐn)?shù)據(jù)

除高指數(shù)產(chǎn)品外，當(dāng)生產(chǎn)含高沸點(diǎn)的共聚產(chǎn)品時(shí)也會(huì)出現(xiàn)高揮發(fā)分物料現(xiàn)象。當(dāng)工藝操作者不了解上述現(xiàn)象，在閃蒸、氣體回收(包括汽蒸、干燥)和料倉通風(fēng)操作時(shí)，沒有采取特殊處理措施或檢驗(yàn)，料倉就容易出現(xiàn)氣體超標(biāo)現(xiàn)象。這也是“2·12”、“9·16”事故形成過程中的“前因”之一。

b)反應(yīng)失穩(wěn)和設(shè)備故障是誘發(fā)過程失控的重要原因?！?·12”、“9·16”事故前，采用粉狀國產(chǎn)催化劑(N-cat)替代進(jìn)口球狀催化劑(FT-4S)，產(chǎn)生過細(xì)料，D501汽蒸機(jī)建立料位困難，常處于極低料位。料位記錄表明(圖2)，事故時(shí)D501料位控制失靈，過零汽蒸，分離失效，物料揮發(fā)分過高。加上當(dāng)時(shí)干燥系統(tǒng)新增烴類檢測(cè)儀(AJ530)未投用，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障而造成脫氣失控現(xiàn)象。圖3是事故后2D803粉料倉、2D903粒料倉氣體檢測(cè)記錄：2D903內(nèi)氣體>30%LEL，已超過<20%LEL的危險(xiǎn)界限[2]。

c)料倉中的靜電放電是觸發(fā)失控物料爆炸的引火源。2D903料倉風(fēng)送靜電參見表2[1]。Φ6 m PP料倉產(chǎn)生高能放電的臨界荷質(zhì)比是0.24 μC/kg，不產(chǎn)生放電的安全界限是0.1 μC/kg。現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)送靜電平均值為0.86 μC/kg，是產(chǎn)生高能放電界限的3.58倍。上述數(shù)據(jù)表明，2D903料倉堆表面存在頻繁的沿面放電現(xiàn)象，包括堆面出現(xiàn)面狀放電和與金屬突出物的集中放電等，引燃率高。

圖2 D501料位計(jì)錄(9月19日)

圖3 料倉氣體檢測(cè)記錄

d)事故統(tǒng)計(jì)和調(diào)查表明[3]，料倉粉塵爆炸是靜電放電和物料失控的交叉產(chǎn)物。后者與生產(chǎn)過程控制失誤有關(guān)，雖然失控概率小，但也是最難預(yù)測(cè)的變量(包括反應(yīng)失穩(wěn)、設(shè)備故障、操作失誤等)；靜電放電是多數(shù)料倉的固有隱患，不允許料倉出現(xiàn)失控物料。根據(jù)中國石化2000-2001年組織的“聚烯烴大料倉燃爆危險(xiǎn)性評(píng)估與治理措施”課題研究結(jié)論，2D903料倉應(yīng)采取靜電、氣體、粉塵等綜合治理措施。2007年塑料部在PP裝置摻混倉安裝了18套離子風(fēng)粉體靜電消除/監(jiān)測(cè)器。實(shí)踐證明，上海石化上述舉措完全符合GB50813-2012《石油化工粉體料倉防靜電燃爆設(shè)計(jì)規(guī)范》有關(guān)規(guī)定，消除了料倉靜電放電的固有隱患，效果明顯。

表2 D903倉靜電測(cè)量 μC/kg

3 料倉消電數(shù)據(jù)與效應(yīng)評(píng)估

3.1 消電設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)

表3是消電設(shè)備剛投用時(shí)的部分?jǐn)?shù)據(jù)(時(shí)間：2007年11月22-25日；牌號(hào)：T300；負(fù)荷：14.5 t/h)，表4、表5是消電設(shè)備調(diào)試運(yùn)行1年半后的檢測(cè)數(shù)據(jù)。

表3 PP料倉消電設(shè)備投用記錄 μC/kg

a)1PP、2PP料倉風(fēng)送靜電與1999年抽檢數(shù)據(jù)在同一數(shù)量級(jí)，但不同料倉靜電差異較大(包括極性和絕對(duì)值)，均遠(yuǎn)超過Φ6 m料倉產(chǎn)生高能放電的臨界值(0.24 μC/kg)。

b)DQJ-1A離子風(fēng)粉體靜電消除/監(jiān)測(cè)器消電效率較高，調(diào)試后消電效率均在90%以上，出口電荷密度小于產(chǎn)生放電的臨界值(0.1 μC/kg)，即堆面基本處于不產(chǎn)生靜電放電的安全范圍，而且性能穩(wěn)定。

表4 1PP班組靜電監(jiān)測(cè)記錄 μC/kg

3.2 消靜電設(shè)備的力學(xué)效應(yīng)

1PE和PP料倉安裝DQJ-1A離子風(fēng)粉體靜電消除/監(jiān)測(cè)器后，不但消除了料倉靜電爆炸隱患，同時(shí)也顯著改善了料倉物料結(jié)塊、粘壁等吸附現(xiàn)象(冬季尤為明顯)。繼1PE、2PE、PP裝置靜電消除改造后，塑料部又在1PE裝置的排風(fēng)集塵系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)備上安裝了靜電消除器系統(tǒng)，取得了同樣效果。

表5 2PP班組靜電監(jiān)測(cè)記錄 μC/kg

4 結(jié)語

料倉粉塵靜電爆炸曾經(jīng)是制約塑料部安全生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸。在中國石化支持下，塑料部先后在1PE、2PE、PP裝置陸續(xù)進(jìn)行了防靜電設(shè)備改造，效果明顯，達(dá)到了GB50813-2012要求，實(shí)現(xiàn)了裝置風(fēng)送過程靜電本質(zhì)安全的目標(biāo)，有力保障了裝置料倉輸送系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1] 上海石化聚烯烴大料倉燃爆危險(xiǎn)性評(píng)估與治理措施[R].上海：中國石化安全工程研究院，2001.

[2] GB50813-2012石油化工粉體料倉防靜電燃爆設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 周家詳、譚鳳貴.石油化工靜電燃爆事故新特點(diǎn)及防范對(duì)策的思考[J].煉油技術(shù)與工程,2013,43(4)：59.

RiskAnalysisandEquipmentModificationofPolypropyleneSiloStaticExplosionEffect

Zheng Yu

(SINOPEC Shanghai Petrochemical Co., LTD. Plastic Department, Shanghai 200540)

The materials are sent by air to silos in polypropylene production process. To homogenize the product, there is a need to blend in silo and the process will result in the accumulation of static electricity, thus forming an electrostatic discharge caused by the explosion.. This paper analyses the reason that caused the polypropylene device silo static explosion accident, and introduces the application of data and results after adopt static elimination equipment.

Polypropylene silo; explosion accident; reason analysis; static elimination

2016-01-24

鄭昱，2009年畢業(yè)于華東理工大學(xué)高分子材料與工程專業(yè)，現(xiàn)在上海石化股份公司塑料部從事安全管理方面工作。