高压聚乙烯树脂生产的危险性分析及安全控制措施研究.pdf

第 4 0卷第 8 期 2 0 1 2年 8月 塑料 工业 C HI N A P L AS T I C S I ND US T RY 1 7 高压聚乙烯树脂生产的危险性分析及 安全控制措施研究 王林元 。江兴平 ，段蜀波 ( 1 西南石油大学化学化工学院，四川 成都 6 1 0 5 0 0；2 中蓝晨光化工研究设计院有限公司，四川 成都 6 1 0 0 4 1 ) 摘要：针对高压聚乙烯生产的具体工艺，对生产过程中的物料 、生产工艺过程的危险性进行了分析 ，得出高压聚 乙烯生产容易引发的安全生产事故有火灾、爆炸。为预防事故发生，实现高压聚乙烯的安全生产，根据所分析的危险 点源，提出了相应的安全控制措施，特别是对聚合釜控制事故发生的安全联锁系统给出了具体的设置要求，为高压生 产聚乙烯的安全控制设计具有实际指导意义。 关键词 ：高压 聚乙烯 ；安全性分析 ；安全控制措施 中图分类号 ：T Q 3 2 5 1 2 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 0 0 5 5 7 7 0 ( 2 0 1 2 )0 8 0 0 1 7 0 3 Ha z a r d o us An a l y s i s a n d Sa f e t y Pr e c a ut i o n s Re s e a r c h o f Hi g h Pr e s s ur e PE Re s i n Pr o d uc t i o n WANG L i n y u a n ，J I ANG Xi n g p i n g ， D UAN S h u b o ( 1 C h e m i s t r y a n d C h e m i c a l I n s t i t u t e ，S o u t h w e s t P e t r o l e u m U n i v e r s i t y ，C h e n g d u 6 1 0 5 0 0 ，C h i n a ； 2 C h i n a B l u e s t a r C h e n g r a n d C h e mi c a l C o ，L t d ，C h e n g d u 6 1 0 0 4 1 ，C h i n a ) Abs t r a c t ： I n t h i s p a p e r ， f o r a h i g h 。 p r e s s u r e p o l y e t h y l e n e p r o d u c t i o n p r o c e s s ， t h e ma t e ria l s i n t h e p r o d u c t i o n p r o c e s s ， t he r i s k o f t h e p r o d u c t i o n we r e a n a l y z e d Co n c l u s i o n s h o we d t h a t h i g h p r e s s u r e p o l y e t h y l e n e p r o d u c t i o n wa s a pt t o c a u s e fi r e o r e x pl o s i o n a c c i d e n t To pr e v e n t t h e a c c i d e n t s a n d r e a l i z a t i o n o f h i g h p r e s s u r e p o l y e t h y l e n e p r o d u c t i o n s a f e t y， a c c o r d i ng t o t h e a n aly s i s o f t h e d a ng e r o u s p o i n t s o u r c e， t h e c o r r e s p o n d i n g s e c urit y c o n t r o l me a s u r e s we r e p u t f o r wa r d I t g a v e a s p e c i f i c s e t o f r e q ui r e me n t s e s p e c i a l l y for s a f e t y i n t e r l o c k i n g s y s t e m o f p o l y me r i z a t i o n k e t t l e c o n t r o l l i n g a c c i d e n t s I t ha d p r a c t i c al s i g n i f i c a n c e for s afe t y c o n t r o l d e s i g n o f h i g h 。 p r e s s u r e p o l y e t h y l e n e p r o d u c t i o n Ke ywo r ds： Hi g h Pr e s s u r e Po l y e t h y l e n e； S a f e t y Ana l y s i s； S afe t y P r e c a u t i o n s 聚乙烯 ( P E )是 以乙烯单体为原料聚合而成的 一 种树脂 ，在塑料工业中为最常见的产品。聚乙烯的 性质主要取决于分子的结构和密度 ，分为低密度聚乙 一 烯 ( 高压聚乙烯) 、线型低密度 聚乙烯 、中密度聚乙 烯和高密度聚乙烯等。低密度聚乙烯因分子中具有长 支链 ，分子间排列较松散 ，使其具有高韧性 ；广泛应 用于农业 ，如农 用薄膜 ；工业 ，如包装 材料 ；日用 品，如食 品袋 、饮料瓶等；同时 ，聚乙烯也大量应用 于纺织行业 ，如耐酸碱织品。可见聚乙烯是关系到国 计民生的基础化工产品，生产工艺多达 1 0余种 ，高 压聚乙烯生产涉及高温 、高压 、爆聚等危险特性 ，对 其生产的安全性研究具有重要意义。 1 高压聚乙烯生产工艺 - 2 高压聚乙烯聚合分为釜式聚合反应和管式聚合反 水 下切粒 千 燥嚣 图 1 高压聚乙烯生产工艺流程图 F i g 1 Hi g h p r e s s u r e p o l y e t h y l e n e p r o d u c t i o n p r o c e s s fl o w d i a g r a m 作者简介：王林元 ，男，1 9 7 3年生，博士研究生 ，主要从事化工安全工程方向研究。l i n y u a n _ w 1 6 3 e o m 承 譬 1 8 塑料工业 应 ，本文以釜式反应为例进行分析。单体乙烯 由乙烯 车间经管道输送到反应釜 ，温度为 2 6 0 o C，压力 为 3 0 3 3 M P a ，与低压分离器 的循 环乙烯经压缩 至 2 5 MP a ，再与高压分离器 的循环 乙烯 混合后压缩至 2 5 0 MP a ，冷却后送人聚合 釜，过氧化物引发剂从釜 顶加入 ，釜内温度控制在 1 3 02 8 0。聚合反应完 成后 ，经减压阀进入产品冷却器 ，冷却后经高压分离 器分离产品 ，未反应 的乙烯单体返 回二次压缩机循 环。高压分离器分 出的产品进人低压分离器 ，分出的 乙烯单体循环至一次压缩机 ，熔融状态的产品经水下 切粒 、干燥 、包装 。_丁艺流程图如图 1所示。 2工艺危 险性分析 高压法生产聚乙烯重点控制的工艺参数为 ：聚合 釜温度 、压力 、引发剂加入速度 、冷却水流量和可燃 气体逸散 。当上述参数 出现异常情况 ，将导致火灾 、 爆炸等恶性事故发生。 2 1 原 料危 险性分 析 聚乙烯生产以乙烯单体为原料，引发剂为有机过 氧化物。乙烯作为易燃气体 ，其爆炸极 限 3 ( 2 5 8 2 )较宽，火灾 爆炸危 险性 较大 ，在 输送和反 应过程 中，乙烯发生泄漏 ，遇空气形成爆炸性混合气 体 ，遇点火能源能引发火灾 、爆炸事故。另外 ，在高 温高压下 ，乙烯可裂解 生成甲烷 和氢气等混合性气 体，也存在潜在的火灾 、爆炸危险性 。 有机过氧化物在危险化学品中也称作化学活性物 质 ，一般具有热敏性 、光敏性和撞击易爆性 ，在加人 反应过程 中，温度控制失误 ，化学爆炸事故将 难 以 避免 。 2 2 乙烯输送 、压缩过程的危险性分析 乙烯作为介质在管道输送时 ，易产生静电 ，静 电 聚集放电所释放的能量可将乙烯点燃 ，法兰连接处易 使 乙烯气体发生泄漏 ，可燃气体遭遇静电放 电，将引 起火灾或者化学爆炸 。同时 ，乙烯输送 管道压力较 高 ，一旦压力出现异常，超过了管道所能承受的压力 极限 ，物理爆炸也可能发生 。 乙烯气体进人一次压缩机 ，压缩后温度和压力同 时升高，物 理爆炸 、化学爆 炸和火灾的危 险性将 增 加。在进入二次压缩机时，气体压力进一步提高 ，乙 烯的温度和压力再次提升，物理爆炸、化学爆炸和火 灾风险性更高。 2 3聚合过程的危险性分析 经二次压缩后的乙烯气体输入聚合釜 ，釜内温度 高达 2 6 0，压力为 2 5 0 MP a ，聚合釜具有非常大的 物理爆炸危险性 ；当加入引发剂时，自由基聚合反应 发生 ，引发剂加入速度过快 ，瞬间生成大量的活性 中 间体 ，导致爆聚合 ，堵塞放空管线 ，温度急剧升高 ， 釜内压力急速上升 ，将发生物理爆炸事故 ，若聚合釜 爆炸 ，大量 的可燃气体外泄 ，会引起更加严重的事故 后果 。 另外 ，由于 自由基聚合反应为放热反应 ，若冷却 水冷却效率不满足生产需要 ，釜 内聚合反应 速度增 加 ，同样会导致釜内压力上升 ，可能发生 的事故类型 同上 。 2 4 产品分离的危险性分析 聚合反应完成后 ，进 入冷却器 ，在高压分 离器 中，聚乙烯 和部 分未反应 的乙烯气 体分离 ，压力较 高，存在着物理爆炸的可能。另外 ，在高压分离器和 低压分离器中均有乙烯气体 ，如果发生乙烯泄露 ，可 能引发火灾或化学爆炸事故。 2 5 产 品干燥和包装的危险性分析 聚乙烯干燥大多在料仓内完成 ，固体颗粒一般 为 1 1 0 0 m，若料仓内的粉尘飞扬 ，一旦达到聚乙烯 的爆炸极限，将导致粉尘爆炸。另外 ，包装过程中聚 乙烯粉尘容易漂浮在空中，粉尘爆炸也可能发生 。 3 安全控制措施 根据 以上的危险性分析 ，高压聚乙烯生产容易发 生火灾 、化学爆炸、物理爆炸等恶性事故 ，为保证生 产的安全性 ，提出如下安全控制措施 ： 3 1 乙烯输送和压缩过程的安全控制措施 乙烯单体在管道里输送 ，在容易发生静电的部位 增加静 电接地装置和管道上防静 电跨接装置 ，以释放 静电 ，同时采取限制明火 、采用防爆电气 、使用无火 花工具等措施可防止乙烯在输送管线上泄漏引发的火 灾和化学爆炸事故。在经过压缩后 ，乙烯管道压力增 加 ，在管道上设置安全阀等紧急泄压装置可防止物理 爆炸事故发生 ，但 放 出的乙烯气体具 有较大 的危 险 性 ，为提高本质安全化程度 ，可将泄放的乙烯通过收 集管道集 中处理。 3 2 聚合过程的安全控制措施 聚合过程是高压聚乙烯生产的核心部分 ，为防止 因爆聚而引发的安全生产事故 ，严格控制引发剂的加 量和加入速度 。聚合反应所放出的热量应及时移 出， 控制冷却水用量 ，达到其冷却效率。在聚合釜设置温 度报警装置 ，温度超限 ，与冷却水流量 、引发剂流量 形成连锁 ，自动加 大冷却水用量和切 断引发剂 的加 入 ，若仍不能满足降温要求 ，则连锁启动聚合釜紧急 泄料设施 ，从根本上解决因温度失控引发的事故。温 第 4 0卷第8期 王林元 ，等 ：高压聚乙烯树脂生产的危险性分析及安全控制措施研究 1 9 度上升总伴随压力增加 ，为防止压力异常带来 的物理 爆炸 ，在聚合釜上设置压力报警装置 ，压力超限，自 动打开聚合釜的通气管泄压 ，也可同时采取紧急泄料 措施防止恶性事故发生。根据国内相关法规要求 ，将 温度和压力超限时与冷却水阀门、放空管和紧急泄料 形成连锁，可进一步提高生产的安全性。聚合过程 自 控连锁如图 2所示。 蒸 图2 聚合釜安全控制 自控连锁示意图 F i g 2 P o l y me r i z a t i o n ke t t l e s a f e t y c o nt r o l a ut o ma t i c c o n t r o l c h ai n s c h e me s 3 3 聚乙烯干燥和包装的安全控制措施 在于燥和包装过程中，为防止聚乙烯粉尘发生爆 炸 ，可采用密闭干燥 和密闭包装 ，不仅能够防止粉尘 飞扬 ，也为操作员工的职业健康带来益处。另外 ，因 引发粉尘爆炸的条件之一是具有点火源 ，控制点火源 也是重要的安全控制措施 ，如：控制明火使用 、泄漏 静 电、严防撞击火花产生 、采用防爆电气设备等都是 较好 的措施。 4结语 高压聚乙烯生产具有火灾 、爆炸等潜在的恶性事 故 ，安全是核心。本文通过对物料 、工艺过程的危险 性分析 ，查找容易引发事故的危险点源 ，并提 出了相 应的安全控制措施 ，特别是对聚合釜所提出的 自控连 锁设置，为高压聚乙烯 的安全生产具有针对性的指导 意义。 参考文献 1 王军高压法生产聚乙烯工艺 J 科技 论坛，2 0 0 1 ( 1 ) ：2 5 2 6 2 王彝，王春晨 ，吕柏莉高压法与低压法制聚乙烯生产 工艺的安全性对 比分 析 J 消防技术与产 品信息 ， 2 0 0 2 ( 6 )：1 5 61 5 7 3 周国泰，张海峰，吕海燕危险化学品安全技术全书 M 北京：化学工业出版社，2 0 0 5 ：1 5 5 41 5 5 6 ( 本文 于 2 0 1 2 0 4 0 9收到) 欧洲塑料 回收新标 准将生效 2 0 1 2年 8月 ，欧洲塑料回收行业的一项新标准开始生效。为 了将业 内在废料可追溯性 、环境友好性 、回 收透明度方面表现突出的案例标准化 ，以提高塑料 回收率及企业运营的透明度 ，欧洲推 出了 E u C e r t P l a s t 认证 ， 以此规范塑料 回收市场 ，体现竞争的公平性。该标准将严格遵循欧洲标准化委员会有关塑料回收的 1 5 3 4 3号标 准以及各国现行标准。 E u C e r t P l a s t 认证证书将包括塑料回收企业的原料类型、设备处理