气相法聚乙烯装置危险性分析及安全措施

邓哲文 王龙胜

摘 要：本文通过对气相法聚乙烯装置安全操作、危险性分析及自身危险性预评价等方面研究，能够更好、全面地熟悉和掌握引进工艺技术，积极配合安全生产，为装置长周期稳定运行提供可靠安全措施，以期获取最大化经济效益。

关键词：聚乙烯；危险性分析；预防措施；

中图分类号：TQ 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-02-00-01

一、流程简述

气相法聚乙烯工艺以聚合级乙烯为主要原料，聚合级丁烯-1或己烯-1为聚合单体，在高效催化剂的作用下，在流化床中通过低压气相聚合反应生成树脂。

二、主要火灾危险分析

气相法聚乙烯装置在生产过程中使用的原料、化学品及辅助原料大多数属于易燃、易爆物质，乙烯、氢气、共聚单体均属于甲类火灾危险物质，助催化剂烷基铝具有特殊危险性。这些物质一旦泄漏，与空气或氧化物接触，形成爆炸混合气体，极易引发火灾爆炸事故；烷基铝与空气或氧化物接触瞬间立即着火，遇水或潮气则强烈燃烧，是非常危险的物质。聚乙烯粉末在一定的条件下也可以发生爆炸。因此，火灾、爆炸是装置的主要危险，防泄漏、防火、防爆是保证装置安全生产及操作的重要内容。主要危险源分析如下：

（一）生产过程中用于乙烯介质的设备、管道泄漏是最易形成乙烯与空气的爆炸混合气体，产生的烷烃极易造成火灾及化学品烧伤或爆炸反应。爆炸范圍宽的乙烯泄露引起的火灾事故在聚乙烯装置实际生产中屡有发生，尤其是反应器底部PDS排出阀门密封阀件的损坏及乙烯在管道内分解引起的循环管道的破坏等环节。

（二）原料精制过程不合格，杂质及残留催化剂过量易引起事故，乙烯净化床进水或甲醇等杂质，在精制系统引起“热区”，若温度过高将引起乙烯分解，主要是进料乙烯中的杂质浊度过高，金属温度高于乙烯自燃点温度而引起乙烯分解。

（三）来自再生系统的氢气在停用期间可能流入脱碳或脱氧床，导致高温放热，使冲入床层中的乙烯分解。

（四）存在烷基铝窜入氢气管道的可能性，造成在检修过程中引起火灾或化学品烧伤，烷基铝钢瓶、管道或阀门因冲力作用发生机械损坏，造成烷基铝泄漏。

（五）聚合过程为放热和热动力不稳定过程，当热量来不及导出时将引起乙烯爆炸反应；乙烯可能在管道及设备中聚合或分解，导致设备膨胀引起的爆炸反应；

（六）尽管反应器内乙烯聚合反应温和，但是由于采用流化床原因，物料容易结块、片，反应过于激烈或静电严重时会使反应器暴聚，反应床层产生陀料，堵塞反应器。循环气压缩机的膨胀波纹管泄漏、金属故障或腐蚀而产生较大泄漏引起爆炸。

（七）脱气系统缓冲罐、低压收集器内易形成烃-氧混合物，排放气压缩机入口压力低，引起空气抽入系统，形成爆炸性烃-氧混合物。由于脱气仓操作不稳定，离开PPB树脂脱气不良而引起内部爆炸，反应器内的“片料”积聚在脱气设备内易引起爆炸。

（八）烷基铝密封罐溢流可能使烷基铝进入火炬系统，火炬打开时易产生泄漏引起化学烧伤。

（九）造粒机水箱视镜发生机械损坏引起热水泄露及粒料干燥机颗粒脱除斗筛网堵塞造成热水流出。造粒系统的膨胀节因超压、高温、安装不当、疲劳等因素发生故障造成热水泄漏。

（十）聚乙烯产品输送过程中，在设备及管道中极易形成乙烯与空气的爆炸混合气体。气相法聚乙烯粉料产品中会残留少量的、未失活的催化剂，它们随颗粒来到料仓设备、输送管道内，在特定的条件下就会燃烧，从而引发闪爆、隐燃的发生，导致料仓破坏。；

三、设计中采用的安全防范措施

主要从反应杀死系统、紧急停车系统、安全泄放设施、防泄漏措施、设备安全措施、自控安全措施等多方面保证装置的本质安全生产。

（一）循环气压缩机透平设置了3种类型的杀死系统，KILLI型用于反应温度超高时，压缩机保持运行，切断所有进料，部分杀死反应；在压缩机电力故障时，启动KILLII型杀死，透平启动，切断进料，保证气体在反应系统的循环，全部杀死反应；当透平不能启动时，自动启动KILLIII型杀死，气体大量泄压到火炬系统，全部杀死反应。

（二）为保证操作人员及生产装置安全，采用先进的APC+控制系统，除常规控制及检测外，还配有自动报警、紧急停车系统（ESD）。一旦运行异常，ESD系统动作使装置能够安全自动停车；同时设置的安全仪表系统（SIS），采用了三重化或冗余容错功能的控制，系统独立于DCS，并能与DCS进行数据通讯，确保装置安全稳定地运行。

（三）液态烷基铝在氮气下从装运容器中引入烷基铝进料泵至反应系统，所有的排放均送密闭罐处理后排放，放空管直接引入专为烷基铝区域设置的安全坑，并采用矿物油系统来维护烷基铝冲洗系统。

（四）装置内建（构）筑物、设备和管道等，均采取了相应的防雷和防静电措施。粉料输送采用氮气并设有除尘装置，固体添加剂卸料设有粉尘收集系统，并有良好可靠的放静电跨接。当反应系统停车检修时，采用高压氮气进行置换。

（五）压力容器严格按照《压力容器安全技术监察规程》的有关规定进行设计，并按规定装设安全阀，防止超压。对疲劳容器采用分析设计方法。压力容器的设计压力、设计温度、材料许用应力等参数按《石油化工钢制压力容器》等相关标准的要求执行。

（六）装置设计有双回路供电系统，保证供电的可靠性。火灾报警系统和DCS系统还设计了UPS不断电电源装置，保障事故状态下的用电。在装置的爆炸危险区采用相应防爆等级的电气设施和现场控制仪表。

（七）装置内各生产单元尽量采用敞开式或半敞开式的土建结构，各建（构）筑物均按《建筑设计防火规范》和《石油化工企业设计防火规范》进行设计。

（八）本着“预防为主、防消结合”的工作方针，按《石油化工设计防火规范》及其相关规范要求，设置完整的火灾报警及自动喷淋系统和可靠的消防设施。

四、结语

气相法聚乙烯装置发生安全事故主要表现在乙烯分解、泄漏，温度、压力异常，机泵设备故障、着火闪爆等环节。监控重点主要是防止泄漏、保证机泵设备的维护保养。将提高工艺操作人员的操作水平纳入安全操作制度，确保装置安全生产。