淺析EVA裝置料倉(cāng)閃爆原因及預(yù)防措施

程明浩，徐 帥，耿昊天，劉陽(yáng)龍

（中化泉州石化有限公司，福建 泉州 362103）

近年來(lái)，聚烯烴生產(chǎn)過(guò)程中料倉(cāng)閃爆的事故越來(lái)越多[1]。該問(wèn)題成了困擾石化企業(yè)的一個(gè)重大安全隱患，自然也困擾著某公司EVA裝置。

該公司裝置采用美國(guó)?？松梨诠緦＠夹g(shù)，采用聚合級(jí)乙烯為原料，有機(jī)過(guò)氧化物為引發(fā)劑，異丁烯或正丁烷為分子量調(diào)整劑，通過(guò)高溫、高壓技術(shù)在反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行本體聚合反應(yīng)，可生產(chǎn)高VA、高M(jìn)I牌號(hào)。主要產(chǎn)品為EVA膜料、涂層料、熱熔膠、電纜料及注塑料等。裝置設(shè)計(jì)年操作時(shí)間8000 h，生產(chǎn)能力為10萬(wàn)t/a。生產(chǎn)工藝流程分壓縮、聚合、分離、擠壓造粒、風(fēng)送摻混和產(chǎn)品送料包裝等主要單元[2-3]。

風(fēng)送與摻混系統(tǒng)中共有12臺(tái)均化料倉(cāng)，1臺(tái)次品料倉(cāng)。每個(gè)料倉(cāng)容積均為367m3，另有2臺(tái)包裝/摻合料倉(cāng)容積為360m3，主要作為產(chǎn)品的儲(chǔ)存、摻混、脫氣和分析。裝置投產(chǎn)后，其產(chǎn)品摻混和輸送系統(tǒng)將產(chǎn)生大量的粉塵，致使風(fēng)送區(qū)域風(fēng)機(jī)入口過(guò)濾網(wǎng)阻塞頻繁，影響正常生產(chǎn)。同時(shí)也嚴(yán)重污染了周邊環(huán)境。而料倉(cāng)由于含塵太高，存在易燃性氣體乙烯，容易產(chǎn)生靜電積聚現(xiàn)象，有發(fā)生粉塵爆炸和料倉(cāng)閃爆的風(fēng)險(xiǎn)[4-5]。

1 閃爆的危害

1.1 何為閃爆

所謂閃爆，就是當(dāng)易燃?xì)怏w在一個(gè)空氣不流通的空間里，聚集到一定濃度后，一旦遇到明火或電火花就會(huì)立刻燃燒膨脹發(fā)生爆炸。一般情況只是發(fā)生一次性爆炸，如果易燃?xì)怏w能夠及時(shí)補(bǔ)充還將多次爆炸。

1.2 經(jīng)濟(jì)損失

當(dāng)料倉(cāng)發(fā)生閃爆的時(shí)候，首先受到影響的是產(chǎn)品質(zhì)量。整倉(cāng)的產(chǎn)品在瞬間高溫下會(huì)變得焦黃，部分甚至變成炭黑，導(dǎo)致料倉(cāng)內(nèi)物料的熔融降級(jí)，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，

另一方面，瞬間高溫將使得大部分物料融化結(jié)塊，這也直接影響到進(jìn)料、摻混、送料等正常生產(chǎn)工藝，嚴(yán)重的話，甚至導(dǎo)致整個(gè)裝置停車檢修處理，所造成的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失是巨大的。

1.3 發(fā)生火災(zāi)

一旦料倉(cāng)閃爆壓力過(guò)大，會(huì)造成料倉(cāng)頂部爆破，設(shè)備受損，嚴(yán)重時(shí)甚至釀成火災(zāi)，造成人員傷亡，致使大面積停工，同時(shí)引發(fā)一系列環(huán)境污染等。這樣的事故屢見(jiàn)不鮮。所以對(duì)于聚烯烴料倉(cāng)閃爆的危險(xiǎn)性越來(lái)越受到石化行業(yè)的專家和相關(guān)技術(shù)人員的關(guān)注和研究。其中EVA粒子相對(duì)聚乙烯和聚丙烯顆粒更易粘連結(jié)團(tuán)，容易在輸送過(guò)程中堵塞管道或在下料旋轉(zhuǎn)閥處引起架橋現(xiàn)象，同時(shí)反應(yīng)釜內(nèi)乙烯轉(zhuǎn)化率約為12%～19%，殘留的乙烯較多，這都將導(dǎo)致料倉(cāng)閃爆的風(fēng)險(xiǎn)大大增加。因此對(duì)于EVA裝置的料倉(cāng)閃爆將作為重大隱患來(lái)對(duì)待。

2 料倉(cāng)閃爆原因分析

2.1 料倉(cāng)內(nèi)可燃?xì)怏w積聚

通常，料倉(cāng)閃爆有粉塵引起的閃爆，可燃?xì)怏w引起的閃爆和粉塵加可燃?xì)怏w混合引起的閃爆這三種情況。但任何一種情況引起的閃爆，均具備下列三個(gè)條件：粉塵或可燃?xì)怏w達(dá)到爆炸極限濃度，空氣中具備一定的氧含量和具有一定點(diǎn)火能力的著火源。

目前國(guó)內(nèi)外料倉(cāng)閃爆[6-7]的主要原因是料倉(cāng)內(nèi)可燃?xì)怏w的含量嚴(yán)重超標(biāo)。對(duì)于EVA裝置，一方面，由于工藝參數(shù)控制不夠理想，如聚合反應(yīng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化率較低，高壓循環(huán)系統(tǒng)結(jié)垢堵塞，高壓分離罐和低壓分離罐的脫氣能力不足等，致使大量易燃性氣體乙烯溶解于熔融混合物料中進(jìn)入造粒系統(tǒng)；另一方面，乙烯于造粒的過(guò)程中在EVA顆粒內(nèi)部仍有殘留，顆粒進(jìn)入料倉(cāng)后，這些乙烯氣體就慢慢散發(fā)到顆粒表面。隨著顆粒不斷進(jìn)入料倉(cāng)，乙烯氣體不斷的從顆粒中逸出，倉(cāng)內(nèi)的可燃?xì)怏w濃度會(huì)逐漸增大，很容易就使料倉(cāng)內(nèi)可燃?xì)怏w達(dá)到爆炸極限濃度。而當(dāng)可燃?xì)怏w濃度上升，其最小著火點(diǎn)也隨著降低，更加容易發(fā)生爆炸，如圖表1所示[6]。

表1 部分可燃性氣體的爆炸特性Tab.1 Explosion characteristics of some flammability gases

2.2 料倉(cāng)內(nèi)粉塵較多

在EVA生產(chǎn)過(guò)程中，由于切粒刀磨損鈍化等原因，切出來(lái)的粒子形狀不規(guī)整，易形成帶尾料。EVA料子在輸送管道內(nèi)高速的運(yùn)動(dòng)，顆粒與顆粒、顆粒與管壁之間磨損嚴(yán)重，加上輸送管道內(nèi)壁經(jīng)過(guò)特殊處理的“Rough Rolled”效果已越來(lái)越不明顯，這樣就產(chǎn)生大量的粉塵隨著產(chǎn)品進(jìn)入料倉(cāng)。同時(shí)粉塵收集系統(tǒng)中旋風(fēng)分離器的分離效果，也隨著時(shí)間的推移會(huì)慢慢降低。當(dāng)粉塵含量達(dá)到一定程度即爆炸下限濃度時(shí)，極易發(fā)生爆炸，放出大量熱能，同時(shí)瞬間積聚的巨大壓力釋放開(kāi)后，附件設(shè)備，管線和周圍的粉塵隨之飛揚(yáng)，再次與空氣混合產(chǎn)生二次爆炸。部分爆炸性粉塵的相關(guān)參數(shù)如圖表2所示[6]。

表2 部分爆炸性粉塵的爆炸特性Tab.2 Explosion characteristics of some explosive dust

尤其需要注意的是，料倉(cāng)內(nèi)存在可燃?xì)怏w和粉塵所形成的混合物質(zhì)，其爆炸下限比單種物質(zhì)的爆炸下限還要低。此外，裝置脫氣風(fēng)選用的是工廠風(fēng)，說(shuō)明料倉(cāng)內(nèi)存在一定的氧氣含量，其危險(xiǎn)程度顯而易見(jiàn)。

2.3 存在靜電放電的可能

閃爆的三要素之一是具有一定點(diǎn)火能力的著火源，但EVA產(chǎn)品料倉(cāng)爆炸的著火源通常是靜電放電。

EVA粒子從擠壓機(jī)切粒、后續(xù)的離心干燥、管道輸送到摻混過(guò)程中都處于流動(dòng)狀態(tài)，粒子始終和管壁及設(shè)備內(nèi)壁發(fā)生碰撞和摩擦。同時(shí)顆粒間也彼此碰撞和摩擦。頻繁的碰撞和摩擦使得不同粒子變成正的和負(fù)的帶電體。產(chǎn)生靜電后不斷積累的靜電電荷超過(guò)一定電場(chǎng)強(qiáng)度后，將以不同形式發(fā)生靜電放電現(xiàn)象。

3 預(yù)防和改進(jìn)措施

3.1 聚合單元的操作控制

提高反應(yīng)釜內(nèi)乙烯氣體的轉(zhuǎn)化率，盡可能讓乙烯和VA聚合生成EVA。如通過(guò)將反應(yīng)釜控制在最佳的溫度和壓力下，降低乙烯進(jìn)料氣的溫度，提高反應(yīng)釜底部溫度等提高乙烯氣體的轉(zhuǎn)化率。對(duì)于高壓循環(huán)系統(tǒng)，應(yīng)盡量延緩其結(jié)垢。當(dāng)壓差過(guò)大時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行高循除垢，避免高壓分離器壓力過(guò)高，有利于乙烯在EVA混合物中分離。對(duì)于低壓分離罐，溫度不能太低且壓力不能太高，否則乙烯溶解于熔融混合物料中過(guò)多，將延長(zhǎng)脫氣時(shí)間，壓力不能太低，否則不利于擠壓造粒。

總言之，在EVA裝置的聚合單元，應(yīng)盡量維持在一個(gè)最優(yōu)的工藝參數(shù)下操作，盡可能的消耗乙烯或通過(guò)分離罐脫氣將未反應(yīng)的乙烯循環(huán)利用。

3.2 擠壓風(fēng)送單元的操作控制

擠壓機(jī)開(kāi)車時(shí)，應(yīng)將切刀調(diào)整至合適位置，控制好切粒水溫度，避免過(guò)冷或過(guò)熱。切刀需及時(shí)進(jìn)刀，切刀磨損或鈍化后應(yīng)及時(shí)換刀，以獲得符合要求的粒子。當(dāng)生產(chǎn)高M(jìn)I高VA牌號(hào)時(shí)，可以考慮在擠壓機(jī)添加抗粘結(jié)劑，或在加入異丁烯的同時(shí)，增加正丁烷作為調(diào)節(jié)劑，以期在粒子表明形成一種類似的“潤(rùn)滑膜”，可在一定程度上防止粒子粘連結(jié)團(tuán)。

料倉(cāng)自有料進(jìn)入就需要啟動(dòng)風(fēng)機(jī)脫氣，且進(jìn)行“低液位操作”，尤其是生產(chǎn)高M(jìn)I高VA牌號(hào)時(shí)，液位可控制在60%左右。這樣有利于將粒子在料倉(cāng)中釋放出的乙烯氣吹掃至RTO焚燒，避免乙烯氣積聚。統(tǒng)籌規(guī)劃各料倉(cāng)間的進(jìn)料和摻混，對(duì)裝有粒料的料倉(cāng)，進(jìn)行不間斷的摻混，使粒子保持一定的流動(dòng)，避免粒子粘連。當(dāng)切換牌號(hào)時(shí)，及時(shí)清洗料倉(cāng)中的粉塵。

同時(shí)加強(qiáng)巡檢，檢查風(fēng)機(jī)的投用狀況。定期檢查和測(cè)試風(fēng)送系統(tǒng)防靜電跨接和接地電阻。定時(shí)對(duì)旋風(fēng)分離器，風(fēng)機(jī)出入口過(guò)濾器等進(jìn)行檢查和清理，確保通風(fēng)正常。

3.3 料倉(cāng)設(shè)計(jì)方面

為了防止料倉(cāng)外壁因日曬過(guò)熱，造成EVA粒子粘連，料倉(cāng)外壁都需要通過(guò)保溫遮擋陽(yáng)光?？稍诿總€(gè)料倉(cāng)頂部出風(fēng)口處安裝可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)儀，這樣一當(dāng)料倉(cāng)內(nèi)可燃?xì)怏w超標(biāo)就會(huì)報(bào)警，能夠及時(shí)采取措施處理。料倉(cāng)頂部還需增設(shè)操作平臺(tái),并接入公用管線如氮?dú)?、消防水、工業(yè)水等，便于對(duì)料倉(cāng)進(jìn)行清洗，檢修和緊急施救等。為了減少靜電積累的危險(xiǎn)，所有管線和設(shè)備都要進(jìn)行靜電跨接，還可以在料倉(cāng)頂部物料入口安裝靜電消除器和靜電檢測(cè)儀。

脫氣料倉(cāng)最低脫氣流量要求是專利商的一個(gè)安全要求。脫氣流量根據(jù)最大允許烴含量爆炸下限LEL的50%值來(lái)確定。脫氣料倉(cāng)和擠壓機(jī)顆粒緩沖料斗內(nèi)需維持連續(xù)的脫氣流。其中脫氣料倉(cāng)BN-800A-M，每臺(tái)料倉(cāng)各配有一臺(tái)單獨(dú)的脫氣風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)提供脫氣空氣來(lái)維持料倉(cāng)內(nèi)烴類氣體含量低于爆炸下限LEL的50%，并將含烴的氣體送到廢氣處理系統(tǒng)。脫氣風(fēng)機(jī)事故時(shí)，配有一臺(tái)公用備用脫氣風(fēng)機(jī)為脫氣料倉(cāng)BN-800A-M提供脫氣空氣。出于安全考慮，備用風(fēng)機(jī)能在8s以內(nèi)啟動(dòng)并正常運(yùn)行。這是自動(dòng)系統(tǒng)，在低低流量或者低低壓力時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)。另外，脫氣料倉(cāng)配有氮?dú)庾鳛槊摎獾膫溆脷?，在電力事故時(shí)，要手動(dòng)啟動(dòng)氮?dú)鈧溆镁€，向正在進(jìn)料的脫氣料倉(cāng)和剛裝完料的脫氣料倉(cāng)內(nèi)充氮?dú)狻?/p>

長(zhǎng)期以來(lái)，本裝置使用的羅茨風(fēng)機(jī)其空氣出口溫度較高，這使得進(jìn)入料倉(cāng)的大風(fēng)量溫度比較高。為了降低風(fēng)機(jī)出口溫度，可以在風(fēng)機(jī)出口增設(shè)一個(gè)換熱器，這樣可以大大降低料倉(cāng)的進(jìn)風(fēng)溫度。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)介紹閃爆的危害和引起閃爆的原因，針對(duì)EVA裝置提出了預(yù)防和改進(jìn)措施，如精心控制反應(yīng)單元的參數(shù)，盡可能多的消耗乙烯或通過(guò)循環(huán)系統(tǒng)回收乙烯；擠壓機(jī)切刀盡量切出合格粒子；加強(qiáng)巡檢、料倉(cāng)設(shè)計(jì)方面所需注意的事項(xiàng)等。將對(duì)防止料倉(cāng)閃爆起到非常好的效果，也將為料倉(cāng)系統(tǒng)的安全生產(chǎn)提供有力的保障。