聚烯烴裝置三乙基鋁系統(tǒng)安全聯(lián)鎖設計

楊朋飛

(中海油石化工程有限公司，山東 濟南 250101)

三乙基鋁(即T2)系統(tǒng)作為絡合催化體系的助催化劑廣泛用于聚乙烯裝置中。T2是烷基金屬的一種，屬于極度危險的物質，接觸空氣即著火，遇水會劇烈燃燒或爆炸，反應產生的氧化氣體對人的器官和肺部均有嚴重危害。鑒于這種易燃易爆特性，為了保證主裝置的安全，聚烯烴烷基鋁單元一般布置在離主裝置較遠的位置，采用敞開式的棚式構筑物[1-2]。T2系統(tǒng)一般由T2鋼瓶、礦物油吹出罐、礦物油密封罐、T2隔膜泵及互聯(lián)管線組成。裝有T2的鋼瓶用叉車運到烷基鋁裝置T2鋼瓶間，固定后由操作人員手動將搖臂器與T2鋼瓶上的連接件相連，擰緊法蘭螺栓后，通入氮氣以將T2輸送到下游。聚烯烴裝置T2系統(tǒng)的典型流程如圖1所示。

圖1 聚烯烴裝置T2系統(tǒng)的典型流程

鑒于T2的特殊的化學性質，一旦在三乙基鋁管線或設備密封處發(fā)生泄漏，火災危險性十分嚴重。在管線設計、選型、布置等方面都有詳細的要求和實際的工程借鑒經驗。國內的聚烯烴裝置目前對于著火狀態(tài)時啟動T2緊急停車系統(tǒng)主要采用兩種方式：一是控制室或現(xiàn)場手動觸發(fā)緊急停車系統(tǒng)；二是火焰燒斷纏繞在T2管線上的易熔斷聚乙烯儀表氣源管線，使得T2緊急切斷閥失氣并保持在安全位置，從而切斷T2管線[3]。

由于切斷閥選型設計和氣源管線敷設路徑的不同，火災工況下切斷閥門的時間存在差別。設計一套先進的安全聯(lián)鎖保護方案，能夠以最短的時間聯(lián)鎖關閉T2物料管線切斷閥，是本文所要研究解決的。

1 T2系統(tǒng)安全聯(lián)鎖邏輯設計

T2系統(tǒng)共有5臺切斷閥HV-3C、3D、3G、3H、3I，閥門所在管線都是3/4"的，閥門均為防火型，閥座和閥密封采用軟密封材料，法蘭墊片采用金屬纏繞式墊片，以達到可靠的密封。

距離烷基鋁框架15 m之外設置有緊急操作開關，在控制室輔操臺也設有緊急開關，當現(xiàn)場出現(xiàn)異常時，通過操作現(xiàn)場和控制室的緊急操作開關可以聯(lián)鎖閥門動作[4]。當純凈氮氣的水含量或者氧含量高高報警時也會自動觸發(fā)聯(lián)鎖關閉T2系統(tǒng)。聯(lián)鎖觸發(fā)后，T2泵停止運行，氮氣管線閥門HV-3D迅速打開，其他T2物料管線閥門迅速關閉，閥門從收到聯(lián)鎖信號到動作完畢的時間要求在1s以內。聯(lián)鎖邏輯如圖2所示。

圖2 T2系統(tǒng)聯(lián)鎖邏輯圖

2 切斷閥聯(lián)鎖保護設計

依靠安全儀表系統(tǒng)聯(lián)鎖關斷閥門，切斷物料管線，主要還是依靠控制室和現(xiàn)場緊急操作開關。而現(xiàn)場操作和檢修時，操作工需穿著全鋁工作服，而一旦有泄漏著火時靠急停開關操作，需要有反應時間。因此閥門設計為故障安全型，采用易熔斷氣源管線纏繞在T2管線、設備和閥門上，這樣一旦著火，氣源管線熔斷，閥門會因為失氣而回到安全位置，實現(xiàn)整個T2系統(tǒng)管線第一時間聯(lián)鎖關斷[5]。T2系統(tǒng)切斷閥氣源管線的纏繞和連接方式如圖3所示。

圖3 T2系統(tǒng)閥門氣源管線敷設圖

纏繞在T2管線和設備上的氣源管線應當選擇易熔斷材質，而且還要選擇防曬、抗紫外線類型的材質。需要確保纏繞緊固，避開不必要的公用物料管線，尤其是要遠離蒸汽等高溫管線。

3 氣源管線敷設方式分析和優(yōu)化

目前現(xiàn)有的聚烯烴裝置T2系統(tǒng)運行情況，由于氣源管線選型以及纏繞方式的不同，導致當著火時熔斷氣源管線到閥門完全關閉的時間不同，這與氣源管線的總長度、氣源管線管徑、纏繞方式、氣源球閥類型都有關系。

氣源管線長度決定了當氣源管線某處熔斷時，儀表風壓下降的速度。管線越長，氣量越多，風壓下降的越慢，閥門失氣完成故障安全動作的時間就越長。氣源管線管徑的選擇也很重要，當管徑過大時氣量就會大，管徑過小又會導致閥門供氣不足。纏繞方式也會影響閥門動作的時間，靠近熔斷處的閥門會先動作，離熔斷處較遠位置的閥門會相對滯后，并且由于氣源管線要圍繞所有T2管線、密封罐、T2泵、閥門纏繞，導致氣源管線長度過長。

如表1所示，當T2泄漏著火時聯(lián)鎖關閉的時間主要還是與氣源管線長度有關，因此在確保不影響安全的前提下縮短氣源管線纏繞長度是解決問題的關鍵。

表1 T2系統(tǒng)閥門聯(lián)鎖動作時間列表

由于T2系統(tǒng)的管線采用不銹鋼，因此在正常情況下管線和設備本體是不會破裂發(fā)生泄漏的，易泄漏的位置主要包括管線法蘭連接處、設備法蘭、閥門、安全閥和泵的連接處等位置。因此氣源管線只需纏繞這些位置，而順著管線和設備本體可走捷徑不再纏繞，這是縮短氣源管線長度的一個方法。

氣源管線敷設采用一整根連接的方式，存在迂回的長度，導致總長度過長，采用三通連接的方式，在靠近氣源管線中間的位置分出幾個分支到末端，盡可能的讓各分支長度近似相等，這樣不僅縮短了氣源管線總長度，而且能夠讓閥門動作完成的時間基本一致，從總體上縮短了閥門動作的時間。

采用管徑較小的氣源管線可以縮短熔斷氣源管線時的閥門動作時間，但是正常生產時氣量過小可能會出現(xiàn)個別閥門供氣不足的現(xiàn)場，因此采用閥門增加三通氣控閥，每個閥門單獨引氣源，而原有的氣源管線只用作氣信號，通過三通氣控閥實現(xiàn)閥門的氣源切斷，這樣既解決了纏繞的氣信號管線熔斷時閥門動作快速，又解決了正常運行時閥門供氣量不足的問題。

敷設方式如圖4所示，采用改進的敷設方式，通過在建的裝置驗證，當某處氣源管線中斷時，所有閥門聯(lián)鎖動作時間縮短到8s以內。

圖4 改進的T2系統(tǒng)閥門氣源管線敷設圖

4 總結

對于聚烯烴T2系統(tǒng)安全聯(lián)鎖，從聯(lián)鎖邏輯和氣源管線熔斷聯(lián)鎖兩個方面進行分析，著重對火災聯(lián)鎖閥門關閉時間的各項影響因素進行分析，并進過調研論證，針對纏繞氣源管線過長提出了解決方案。在聚烯烴T2系統(tǒng)聯(lián)鎖保護方式中，采用易熔斷氣源管線纏繞時，各閥門分支長度近似相等，僅纏繞泄露點，將管線長度做到最短。采用三通氣控閥，解決閥門供氣量問題同時保證纏繞氣源管線的管徑較小。通過氣源管線纏繞方式的改進，縮短了火災工況下的聯(lián)鎖動作時間，促進了T2區(qū)域在運行、檢修時的安全保護，盡可能得減小了T2泄漏著火導致事故。為類似的聚烯烴裝置T2系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護設計提供了參考。