高压聚乙烯生产工艺的危险性.doc

高压聚乙烯生产工艺的危险性高压聚乙烯是目前世界上产量最大、价值较低、用途广泛的通用塑料之一，其薄膜制品、电器绝缘材料、注塑、吹塑制品、涂层、板材、管材在工农业和日常生活中得到普遍应用。根据反应器类型聚乙烯生产可分为釜式法和管式法两种(本文以釜式法为例)。釜式法高 压聚乙烯是以乙烯为单体在100300 MPa的高压条件下，用氧或有机过氧化物为催化剂经聚合而制得的。因所得的产品密度一般为0.9100.935，故又称低密度聚乙烯。从消防安全角度看，高压聚乙烯生产庞大、复杂，物料涉及易燃易爆物质，生产在高温高压下进行，具有较大的火灾危险性，若稍有疏忽就可能引起燃烧、爆炸，并且事故发生后常因扑救困难，导致重大损失。因此，如何保证其安全高效地运行，是值得深入探讨的问题。1高压聚乙烯生产工艺流程 本工艺以3.3MPa、30C的高纯度乙烯为原料，以有机过氧化物为催化剂，经一次压缩机和二次压缩机两次压缩到反应所需压力130250 MPa，于260C左右高温进入聚合反应釜中，在引发剂作用下，即聚合成低密度聚乙烯。生成的低密度聚乙烯与未反应的乙烯经反应器底部减压阀，进入产品冷却器，冷却到一定温度以后，进入高压分离器，压力降至24.529.4 MPa左右，分离出大部分未反应的乙烯，返回二次压缩机进口。从高压分离器底部出来的聚合物经低压分离器，压力降至49kPa，分离出的乙烯返回低压乙烯接受器，熔融的聚合物从低压分离器底部出料，经水下切粒，脱水干燥得聚乙烯颗粒，再经空送混合，加工，可制得各种具有优良性能的低密度聚乙烯成品。2高压聚乙烯生产过程的火灾危险性：21 反应压力高，速度快，易分解。釜式法高压聚乙烯反应一般在100300MPa下进行，反应过程流体的流速很快，停留于聚合装置中的时间仅为10秒到数分钟，温度保持在150300C。在该温度和高压下，乙烯不稳定，能分解成碳、甲烷、氢气等。一旦发生裂解，所产生的热量可以使裂解过程进一步加剧直到爆炸。22 高压设备和管道易泄漏，形成乙烯与空气的爆炸性混合气体。高压条件下的密封要求很高，否则，乙烯极易泄露，形成的乙烯与空气的混合气体遇火源产生燃烧或爆炸。泄露的原因一般由于：反应器下部波纹管及高压分离器阀件法兰连接处密封被破坏；法兰和高压压缩机连接管的焊接部分的盘根管裂开；管道材料潜在缺陷引起反应器供氧管道破裂；乙烯在管道内分解造成循环气管道破裂等。此外，乙烯气体在厂房内达到一定浓度时工作人员会产生中毒现象。23 聚合反应为放热和热动力不稳定过程，易引起乙烯爆炸性分解。每1 k8乙烯聚合时可产生约3500kJ的热量，而在聚合的高温高压条件下，乙烯物料的比热约为2.6 kJkg，所以乙烯聚合转化率升高1则反应物温度升高1213C，如果此热量得不到及时移出，当物料温度上升到350C以上时，高压下乙烯会发生爆炸性分解。24 乙烯可能在管道或压缩设备中聚合或分解，导致设备胀裂。同时，聚乙烯颗粒在输送过程中有可能产生静电，从而导致局部的爆炸和燃烧。 25 调节剂、催化剂和其他的化学药品也都是属于易燃易爆的物品。 3道氏火灾爆炸指数评价 道氏指数评价是根据生产工艺中的物料种类、数量、设备操作条件等数据，以量化的方法对装置的工艺单元潜在的火灾爆炸危险性进行分析，其分析与计算模式如下图所示。31 工艺单元划分 由于评价时只选择对工艺有严重影响的单元进行评价，因此将釜式法高压聚乙烯生产过程划分为一次压缩、二次压缩、超高压换热、聚合反应、高压分离、低压分离六个单元。现以火灾危险性最大的聚合反应装置为例进行评价。其基础数据如下： 物料：乙烯+催化剂有机过氧化物；每十分钟处理量：635kg；进气温度30C；出气温度260C；乙烯沸点-103.71C；爆炸极限2.736；反应器操作温度160270；反应器设计压力265MPa；操作压力250MPa；试验压力332MPa。32 物质系数选取 在火灾、爆炸指数计算时，物质系数是一个最基本的数值，它表述物质在燃烧或其他化学反应中引起的火灾、爆炸中所释放能量的大小。由于乙烯体积比大于99.95，所以取乙烯物质系数为反应单元的物质系数。经查美国道化学公司火灾爆炸指数评价(第七版)的物质系数表，再经温度修正得MF24。33 一般工艺危险系数确定(F1) 一般工艺危险系数是确定事故损害大小的主要因素。表1为一般工艺危险系数确定。表1 一般工艺危险系数确定主要危险取值范围聚合反应A放热化学反应0.31.250.5B物料处理与输送0.251.051.5C密闭或室内工艺单元0.2580.90.3总计1.3 密闭与室内工艺单元项取0.3，因单元内安装了合理的通风装置，由反应器各安全阀排出的乙烯气体可引至排气筒集中排空，排气筒内安装的自动蒸汽系统与安全阀联锁，当安全阀动作时，蒸汽阀开启，自动喷气。34 特殊工艺危险系数值确定(F2) 特殊工艺危险是影响事故发生概率的主要因素，特定的工艺条件是导致火灾、爆炸事故的主要原因。表2为特殊工艺危险系数值确定表2 特殊工艺危险系数值确定主要危险因素取值范围聚合反应A毒性物质0.20.80.2B释放压力0.861.81.8C易燃及不稳定物质的重量（工艺中的液体或气体）0.1100.7D腐蚀与磨蚀0.100.750.1E泄漏一接头与填料0.101.51.5F转动设备0.50.5总计4.8C项值确定：因为乙烯NR2，X63520.82.204661030.17471109英热单位，所以Log=0.75768，LogY0.17179+0.42988X(LogX)一0.37244X(LogX)2+0.17712X(LogX)3一0.029984(LogX)4，Y0.7035 确定单元危险系数值： F3F1 X F26.2436 确定火灾爆炸指数： F&EI=24 6.24149.