釜式法高压聚乙烯安全.doc

一、重点部位及设备 从装置的平稳生产和安全角度进行分类： 1重点部位 (1)压缩部分 压缩部分是将由乙烯装置来的新鲜乙烯升压至反应所需要的压力(100-250MPa)，并送人反应部分的装置。其单线核心部分由1台往复式对称平衡型六段压缩机(C1)，1台往复式对置平衡型两段压缩机(C2)组成。辅助部分由5套压缩机注油系统，1个高压和个低压受槽，3台列管式换热器，8台套管式换热器等组成。压缩机由于长期运转、设备老化机、电、仪故障、高压及超高压备件质量问题、润滑油质量问题，会严重影响压缩机的正常运转。并且C2出口压力在200MPa以上，一旦出现运转问题，发生泄漏将非常危险，是装置核心部位，也是高危险部位。在日常生产中，若发生不影响压缩机运转的故障，处理得当，装置可继续运转；如涉及到压缩机运转故障，则必须单线停车检修处理，发生气体泄测时要紧急停车处理。(2)聚合部分 聚合部分(反应部分)是将催化剂加入由压缩部分送来的高压乙烯中，使乙烯气转化成聚乙烯的部分。其单线核心部分由2台反应器(R3)，6台催化剂泵，2台超高压换热器组成辅助部分由10台超高压换热器、1套紧急放空阀、2套油压系统等组成。聚合部分是高压装置反应的核心部分，其反应压力在130200MPa以上。反应压力、温度、催化剂加入量的控制直接影响到产品的转化率和质量问题。如工艺指数给定、现场操作或机、电、仪等关键部位发生问题，将导致产品判级不合格、反应转化率下降等问题。如遇气体泄漏或温度无法控制将导致分解、爆破等重大事故，是装置的事故多发区。聚合部分的所有关键设备都在反应坝墙里面，反应坝墙是开放式的。(3)切粒部分切粒部分(分离造粒部分)是把由反应器送出的熔融聚乙烯和未反应的气体进行分离。未反应的气体经分离、冷却、除去低聚物后返回压缩工段再压缩，然后送回反应器的部分。其核心部分由高低压2台分离器、1台切粒机组成。辅助部分由4台换热器、6台分离器、1套油压系统、一套脱水、分离、送料系统等组成。切粒系统直接关系到高压产品质量、产量。生产中，如因操作失误、设备原因等导致切粒系统发生故障，短时间内尚可通过降负荷等手段继续生产，但这样的结果通常会影响到产品的质量。如发生大量块料、夹带等事故，则必须停车检修处理。另外，为了调整产品性能而注入的添加剂也在这部分进行，在切粒部分的分离部分中如分离器料面过高将导致夹带事故出现，也是装置的事故多发区。此部分的关键设备也是放置在坝墙以内。高压装置重点设备机组为压缩机、反应釜、超高压换热器、催化剂泵、切粒机，此外，还有许多的特殊阀门，如控制反应压力的超高压调节阀(PCV5)、控制反应压差的柱塞式遥控操作阀(HCV33)，紧急放空阀(HCV31)，这些阀门出现问题会使装置部分停工或单线装置停工，处理不当也有可能导致恶性事故发生。2.重点设备(1)一次压缩机(C1)一次压缩机为高压压缩机，是用功率为1300kW的同步无刷励磁电机驱动，系六级五缸卧式对称平衡型活塞式压缩机。一次压缩机(C1)分为高、低压两组，低压段(1、2、3段)是把由低压受槽(D8)来的003004MPa的低压循环乙烯气体压缩到35MPa，并送入4段队口。高压段(4、5、6段)是把从高压受槽(D7)以及前段来的约35MPa的乙烯气体压缩到25MPa并送入混合器(V1)。一次压缩机(C1)作为本装置的第一级压缩部分，其一旦因故障突然停机，后系统将无法维持正常压力而造成装置单线停车。一次压缩机的低压段相当于低压循环气的压缩机，国内其他的高压聚乙烯装置有的是作为一台独立的压缩机来工作的，称为增压机。一次压缩机设有油压联锁保护回路及温度报警等。保护回路如表58所示。 (2)二次压缩机(C2)二次压缩机为超高压压缩机，由功率为6400kW的同步无刷励磁电机驱动，排气量为38.1th，转速为200rmin，系两级八缸卧式对置平衡型大型压缩机。二次压缩机(C2)作用为把由混合器(V1)来的约2225MPa的乙烯气压缩到反应压力，送聚合反应器(R3)。二次压缩机作为本装置的心脏设备，若出现问题不能运转，装置只能停工。为保证压缩机安全，在二次压缩机(C2)一段、二段出口设有油压式安全阀，安全阀所需的油压，由Z4系统提供。动作压力设定为：一段144MPa；二段270MPa。 另外，设有13点保护回路(如表5-9)及温度报警，以确保在异常情况下，压缩机、电机的安全。 (3)反应釜(R3AB) 反应器是一直立厚壁圆筒超高压容器，为本装置的关键设备。器内有一搅拌器，筒体内上部装有搅拌电机，中部两侧装有防爆安全装置，在内压超过允许压力时，爆破板首先爆破将压力释放。简体外壁设有夹套，通入水或蒸汽作冷却或加热用。反应釜(R3)主要作用是将经二次压缩机(C2)压缩的原料乙烯气，在高温高压下，一面注人催化剂，一面由搅拌器充分搅拌，以利于传热，同时防止局部过热分解反应，使乙烯连续地聚合为聚乙烯。本装置反应器为750L大型釜式反应器，采用双釜串联生产工艺。从而达到节约建设费用、提高转化率、降低能耗、物耗等电的。实际生产中，如发生搅拌电机电流过高、反应釜泄露、温度、压力失控、催化剂泵注入不良等问题时，原则上考虑以停车处理。另外，为保护搅拌器电机和搅拌的两个轴承，防止搅拌电流过高烧毁电机及出现其他事故，从安全角度考虑，操作法规定，搅拌器每运转4000-5000h，进行中修工作，更换搅拌桨及搅拌电机，保证装置的正常运转。搅拌是釜式法高压聚乙烯区别管式法高压聚乙烯最明显的标志之一，是装置的非常关键的设备，如果搅拌电流发生异常，不到搅拌更换时间的时候也必须停车处理更换搅拌桨。 (4)高压换热器(E15AB) 超高压换热器是本装置的主要换热设备之一。本装置的超高压换热器均为套管式，为减少结垢，提高传热效果，对水质要求很高，并采用超声波除垢器进行日常除垢工作。因本换热器在超高压条件下工作，所以在材料、制造、加工、装配上要求较高而且严格。本换热气的轴端密封，按温度压力不同，采用热套式。E15A为套管式热交换器，分为四组，可以按照必要的冷却量进行冷却。其作用为冷却从R3A送来的乙烯气和聚乙烯的混合物，降低R3B进料温度，以期提高转化率，减少次品的发生。但R3A与R3B的产率比发生变化，会影响产品质量。因此，在不影响产品质量的条件范围内，控制E15A的出口温度尽可能的低，是保证转化率和产品质量的重要控制手段。在实际生产中，往往出现E15A再生时间不够、管壁结垢过厚导致产品转化率下降，影响产量；或者在停车过程中，残存聚乙烯固化堵塞换热器，导致无法正常开车等现象出现。因此设置有高压蒸汽与冷却水切换阀，遇见上述问题时，切换至高压蒸汽进行加热和吹扫工作。E15B为套管式热交换器，分为两组。是为了防止由于R3B出口阀PCV5的减压，造成混合物的温度上升，使生成的聚乙烯的质量恶化而设置的冷却器。由于超高压的减压为放热反应，并且反应压力越高，温升越大。聚乙烯一达到这样的高温，很容易分解产生染色品，低聚物增多。因此，减压后必须尽快地降低温度。但是，树脂温度的变化对高、低压分离器及挤压切粒机(X1)的操作影响很大。因此，要根据不同的熔融指数(M1)产品来进行冷却情况的更改。(5)催化剂泵(CatP)催化剂泵是将催化剂送人反应器，以引发乙烯聚合反应，为本装置重点设备之一。反应器的反应温度控制很严格，它是由单位时间内注射催化剂量来控制。催化剂量的多少直接影响到高压聚乙烯反应温度和产品的应用及质量。为了满足催化剂注射量的变化，采用油压变量泵来调节。催化剂泵的超高压产生是由大截面的低压活塞推动小截面的高压柱塞来实现的。低压气缸是双作用的，两端轮换进油推动低压活塞作往复运动，从而使高压气缸吸人催化剂和排出超高压力的催化剂。乙烯的聚合反应是一个强烈的放热反应，催化剂泵轻微的故障会导致注入量的波动，将引起反应温度波动较大，甚至造成反应温度失控或超温联锁，导致停车。因此，在实际生产过程中催化剂泵的备用流程是一个很重要的问题。目前，高压催化剂泵备用流程为两备四流程。通过适当切换手动阀的开关和DCS中的软开关，保证备用泵能将催化剂送到所需要的任何一点。(6)切粒机(X1)本装置切粒机由一台750kW的直流电机带动，转速为95095rmin，通过速比为1864的二级减速机带动，可挤压7595th聚乙烯料。水中切粒装置转动部分的驱动电机功率为45kW，由滑差电机控制转速，并由皮带传动传给切刀轴，切刀转速为1300130rmin。为保护切粒机、电机安全，切粒机自身设有13保护点联锁，一旦符合联锁条件，切粒机将自行停止。联锁动作时，控制室指示灯亮并报警，不影响其他岗位正常生产，3特殊阀门(1)超高压调节阀(PCV5)：本压力调节阀为气动费歇阀，采用气缸执行机构，设于反应器B釜下部物料的出口管线上，通过该阀将聚乙烯和未反应的乙烯物料从反应压力减压到25MPa左右，再去分离器使聚乙烯与乙烯分离。故该阀对保证物料的畅通和稳定反应器的操作起到重要的作用。同时该阀还是保证反应压力的最关键阀门，目前该阀的控制及执行机构老化比较严重，先进的油压阀是将来改造此阀门的首选。(2)柱塞式遥控操作阀(HCV33)：本压力调节阀为费歇阀，采用气动薄膜式执行机构，设于反应器A釜下部物料的出口管线上， 日常生产中由手动调整开度来调节反应器A釜、B釜压差，来进行反应釜的压力控制。(3)紧急放空阀(HCV31)：是油压紧急放空阀，在反应压力达到设定的高限时自动打开，将反应器及系统内的乙烯和聚乙烯紧急放空，保证装置的正常生产。二、危险因素及其防范措施高压聚乙烯装置由于其自身技术特点，超高压、高温反应条件下进行的游离基聚合反应，物料大部分为甲类危险品，生产过程温度、压力一旦失控，将出现分解、爆破等重大安全事故。(一)开、停工危险因素及其防范1开车时的危险因素分析及其防范措施开车时，装置从常温常压逐渐升温升压达到各项正常操作指标。物料、催化剂、水电汽逐步引入装置。所以在开车时，装置的操作参数变化较大，物料的引人引出比较频繁，较易产生事故。通常高压装置的开车步骤为：置换、试压、加热、升压、投泵、造粒开车。在开工时刻各个环节扣的很紧，在开工过程中应做好压力平衡和热平衡(热量的供给)，各阶段易发生的事故分析如下：(1)置换：保证氧含量、水含量、氢气含量、乙烯气体浓度等指标的合格，是保证装置正常开车的关键步骤。如果置换不彻底，会造成分解、飞温、产品质量不合格等事故，严重的甚至会发生爆破着火等。因此每个置换步骤结束都要作严格的微量氧检测分析，合格后方可作下一步操作。(2)试压：主要是根据不同的生产牌号在装置冷态的情况下用乙烯气进行试压，查找可能的泄漏点，保证在正式开车时的热态情况下装置不发生泄漏。由于现场压力不与控制室压力同步，现场必须留有人监视现场指示压力表，同时检查泄漏点，一旦出现泄漏，控制室立即降压操作。高压下乙烯单体可能发生自聚反应，并且由于反应放热导致恶性循环，最终形成分解，所以试压过程要在可能范围内尽量快，同时必须保证冷态进行。装置在现场所有关键的部位都安装了可燃气体检测报警器，共有100点，在试压时能起到关键的作用。另外目前装置也在进行氮气试压的研究，采用氮气试压可以大大减小乙烯气泄漏时的危险。 (3)加热：加热过程是保证装置达到一定的预热温度，利于投入引发剂开车的关键步骤。加热主要是对反应器和超高压换热器的加热，这时系统内充满了乙烯气，但是整个系统是不流动的，加热的热量是无法传递出去的，这样就要求加热过程必须严密监视，随着温度的升高，系统的压力不得超过30MPa，这样才能保证装置的安全 (4)升压：lOOMPa以下C2压力进气带动反应釜压力上升，按操作法进行操作到达指定压力。升压过程也是个危险的过程，要保证升压的过程平稳，联锁投用。(5)投泵(注入引发剂)：以A釜顶部、B釜顶部、A釜底部、B釜底部顺序投泵建立反应。投泵过程中，要密切注意温度的波动，在温度不上升时，可适当加大投入量，5-10s以后温度仍然不上则必须停泵检查，以防止由于催化剂管线留有的残存催化剂过期导致其半衰：期变长，顶部注入催化剂到底部开始引发反应，形成底部温度上升，顶部温度不动，导致最后的局部分解形成。高压聚乙烯的升压和投泵(注入引发剂)过程是整个开车的关键步骤，尤部分的异常情况如分解、飞温、泄漏等都是发生在这个阶段，为此这两个过程的监控和操作是装置最关键的操作，要制订详细的操作法来保证这两个步骤的完成。 (6)分离造粒：分离造粒单元是出产品的单元，此单元要保证高、低压分离器的操作不出现液面失控的现象，不发生夹带。同时挤压机及造粒机的开车要保证与聚合反应的投泵同步进行。 2停车时的危险因素分析及其防范措施 装置停工是装置由正常操作状态逐渐降温降压的过程，同时一些关键设备也要根据实际情况停下来。其各操作参数变化较大，所以也属于不稳定操作状态，因操作不当而造成的泄漏着火、分解、联锁等动作、换热器堵等事故也曾发生，在停车过程中主要应注意以下防范措施：(1)保证降压的同时，降压过程要缓慢，超高压换热器通畅，不残存聚乙烯在整个系统里面，尤其是超高压换热器不能有残存的聚乙烯堵塞，否则会严重影响后续步骤及下一次的开工。(2)压缩确认保压或放空停车。压缩机在停车的过程中必须确认压力已经泄下，阀门操作正常，否则会造成压缩机各个段间压力配置的不平衡，导致在停车的时候压缩机的机械事故损伤。(3)控制室岗位与现场岗位操作密切联系，在连锁摘除以前，确保各连锁点的正常运转。(4)切粒岗位确认X1各部加热状态。(5)停车前在时间允许的情况下要将反应器、超高压换热器E14K15放冷，避免在停车的过程中大量的冷乙烯气进入反应器，造成反应器在降压的过程中发生泄漏，此停车过程中反应器的泄漏是非常容易引发爆鸣和着火事故的。(6)停车后要尽快将反应器和超高压换热器E14E15加热，不要使系统内的热的聚乙烯冷却下来，否则再开车的过程是非常难以加热融化的，这个过程是保证下次开车的关键。(二)正常生产中危险因素及其防范正常生产中其各工艺参数是稳定的，但在长周期运转过程中，由于受工艺设备、公用工程条件、产品移行、人员操作水平、仪表可靠度等诸多因素的影响，正常生产仍会有不少影响安全生产的因素，下面就各个单元的危险因素和防范措施分析如下：1.压缩岗位本单元的危险因素和防范措施如表510所示。(三)应急预案1.停电事故预案事故危害：如果装置内发生突然停电事故，装置内所有机泵都会停止运转，仪表失灵，造成装置停车。处理不当，几乎所有岗位都可能出现泄漏和爆炸着火等事故。事故过程：全线停电时，装置的各电动设备会自停，从而引起联锁停车。事故预防：电气一般可通过蓄电池和逆变器保证仪表供电30min，当班人员必须在这段时间内安全停车，并做好停车后的有关处理工作，这就要求全体操作人员在思想上给予高度重视，随时做好应付各种严重局面的准备。严格按照各岗位的操作程序和操作法进行。如果是短时间停电，按短期停车处理，同时仔细进行各处检查工作，恢复送电后，立即进行开车准备工作；如果停电状态短时间无法恢复，按照长期停车的处理原则再继续进行后处理工作。2停蒸汽和停循环水事故预案事故危害：造成装置管线堵塞，冬天冻坏管线、设备、阀门等，甚至造成装置停车。事故过程：停蒸汽后，有些物料管线、阀门等不能加热，造成管线堵塞，冬天则冻坏阀门、设备、管线等，可能造成装置全部或部分停车。应急措施：当出现蒸汽供应上的问题时，可能造成装置全部或部分停车。冬季应做好停车后的防冻工作，并充分考虑加热设备和各油系统盘管伴管因蒸汽不足可能产生的后果。当循环冷却水系统发生意外情况时，装置会出现水压不足的现象，此时应立即做好停车准备工作，特别注意压缩机各段间和气缸的温度、压力及各部位油温的异常变化，冬季做好各重点部位的防冻工作，能加热设备进行加热，不能加热设备应用氮气或杂用风将存水尽量吹净，防止冻坏管线和设备。3停仪表风事故预案事故危害：停仪表风后，造成仪表阀失灵，温度、压力不能控制，导致装置联锁停车，还有可能造成切粒夹带事故的发生。事故过程：当仪表风突然中断时，一些仪表阀会失去控制，如HCV33会全开，使R3B压力上升，导致联锁停车。仪表风中断，还会使I_EV1全开，使D10压力上升，造成D10夹带。事故预防：压缩岗位要经常检查空压机系统的水、汽、油、仪表、阀门状态等是否具备条件，对其进行例行检查，尽早发现问题，同时联系检修和仪表人员，对于出现的问题力争尽快解决。保证随时能用。应急措施：系统仪表风供应出现问题后，应立即与调度联系，压缩岗位人员迅速检查空压机系统的水、汽、油、仪表、阀门状态等是否具备运行条件(平常就应对其进行例行检查尽早发现问题)，同时联系检修和仪表人员，对于出现的问题力争尽快解决；在各适当部位进行吹扫检查后，投入使用，分析人员应按时进行露点测定。同时注意操作中的安全，防止跌落等伤害事故。如果因仪表风系统供应紧张要求装置部分或全部停车时，按操作法长期停车进行，并做好停车后的各项工作，如果情况严重，则进行全线紧急停车处理。 (四)装置安全自保联锁及其作用 乙烯的聚合反应是极不稳定的反应，由于R3反应器反应温度、压力的上升、搅拌器电机的停止、C2压缩机的停止等，都有发生分解反应的危险，联锁就是当满足一定条件时，即按预先编制的时间顺序自动进行的反应停止操作的装置。 釜式法高压聚乙烯装置设置以下几个安全自保联锁及其自动停车动作顺序，见表5-13、表514。(1)自动停车条件共18点 联锁说明： 在生产中，一旦满足以上自动停止的条件，即便又迅速恢复到正常条件，联锁动作仍然继续进行。但是，若将联锁开关打到“切除”的位置，联锁动作则可停止，不再继续。同时注意，在切除联锁后，PCV-5、HCV-33的开度会回到自动停止以前的状态，所以，必须在切除联锁以前，预先关闭PCV-5、HCV-330 (五)装置易发生的事故及其处理 1.分解 乙烯在高压高温下不稳定，可分解为碳、氢、甲烷。随着乙烯聚合及分解反应而造成热焓变化，由于产生反应热，温度进一步提高，就会加速反应，使之爆炸性的进行。引起分解反应的原因是：催化剂浓度的不均匀；机械摩擦；反复地进行绝热压缩和膨胀；热聚合。一旦发生分解反应。应迅速用仪表盘事故开关停C-2，同时关闭SOV-1。在确认R3联锁已经动作后，监视R-3A和R-3B压力下降，确认搅拌电机已停止转动。压力下降到安全范围以后，切除联锁，HCV-31、32