风险分析与安全评价

1、 风险分析与安全评价结业论文题目 聚丙烯聚合工艺风险分析与安全评价 学 院 化学与材料工程学院 年 级 13级 专 业 安全工程 班 级 学 号 学生姓名 任课教师 职 称 论文提交日期 2016.7.8 聚丙烯聚合工艺风险分析与安全评价摘 要从生产工艺特点、催化剂、反应条件和产品特点方面详细介绍了聚丙烯生产工艺。结合工程特点及工艺流程，阐述了聚丙烯装五的布置原则，管道、管架设计要点和方法以及需要注意的问题。运用HAZOP分析了聚丙烯装置聚合工段6个节点中的工艺危害、可操作性及风险控制等问题。通过分析，找出了影响聚丙烯装置聚合工段稳定运行的核心要素，并针对各核心要素提出保护措施。关键词：聚丙烯

2、；生产工艺；HAZOP 分析；阻燃机理；阻燃剂  目 录1.引 言11.1 研究背景12.我国聚丙烯生产工艺技术现状及发展前景12.1聚丙烯生产工艺技术现状12.2聚丙烯发展前景23.HAZOP分析简介23.1HAZOP分析简介23.2HAZOP的不同应用阶段34.聚丙烯装置聚合工段HAZOP分析44.1装置概述44.2工艺流程图44.3HAZOP 节点划分44.4HAZOP分析及风险评估64.5装置稳定性分析65.结论75.1 结论7参考文献7II1. 引 言1.1 研究背景聚丙烯(PP)是一种性能优良的热塑性合成树脂,是五大通用合成树脂之一。聚丙烯具有密度小、无毒、易加工、抗冲击

3、强度高、抗挠曲性及电绝缘性好等优点,广泛应用于电子电器、汽车、建材、医疗、包装等领域。2011年聚丙烯的生产能力和产量将分别为6095万吨/年和5490万吨/年。聚丙烯发展速度迅猛,很大程度上得益于聚丙烯工艺技术的飞速发展。聚丙烯生产工艺主要有溶液法、淤浆法、本体法、气相法和本体-气相法组合工艺5大类。目前世界上比较先进的生产工艺主要是气相法工艺和本体-气相法组合工艺,这些工艺技术都采用本体法、气相法或本体法和气相法的组合工艺生产均聚物和无规共聚物,再串联气相反应器系统(一个或两个)生产抗冲共聚物。这些工艺技术适应了装置大规模(20万吨/年以上)和操作经济性、产品多样性和高性能的要求,得到了比

4、较广泛的应用。随着聚丙烯装置的大型化，对工艺稳定性水平的要求也越来越高。装置要在高负荷下长期稳定运行，对于反应、工艺操作、安全控制系统等条件都提出了新的挑战。本文分析对象为某厂聚丙烯单元聚合工段所涉及的工艺危害及可操作性问题，通过对聚合工段进行 HAZOP分析，针对装置PID图中风险控制、可操作性及其它问题，找出影响聚丙烯装置聚合单元稳定运行的核心要素，并针对各核心要素提出保护措施。2. 我国聚丙烯生产工艺技术现状及发展前景2.1 聚丙烯生产工艺技术现状我国聚丙烯的工业生产始于20世纪70年代,经过三十多年的发展,目前已经基本上形成了间歇式本体法、本体法、本体-气相法、气相法等多种生产工艺并举

5、,大中小型生产规模共存的生产格局。从20世纪80年代,我国在引进国外先进聚丙烯工艺的同时开始了大型聚丙烯装置的国产化开发设计。中国石化走在了自主设计创新的前头,从1996年至1999年,在吸收消化Spheripol工艺基础上开发了7套7万吨/年和1套10万吨/年国产环管工艺聚丙烯装置。1999年中国石化又开发出20万吨/年规模、能生产宽分子量分布产品、高性能抗冲共聚物的第二代国产化环管聚丙烯成套工艺技术。至2010年底,又有11套10 35万吨/年的装置采用中国石化第二代环管工艺,总产能220万吨/年。2002年以来,随着我国经济的增长,我国的聚丙烯工业随之高速发展,兴建了大批技术新、规模大的

6、聚丙烯装置。我国连续法聚丙烯产能从2001年的333万吨/年增长到2010年底1070万吨/年,年均增长13. 8%。2008年以来,随着甲醇制烯烃(MTO)技术的成熟,更多的企业在煤炭资源丰富的西北等地区,以煤为原料,通过MTO技术生产烯烃,建成多个大型聚丙烯装置。据统计,现有多达30多个左右的MTO项目在前期工作中,规划的烯烃产能在2000万吨/年以上。预计到2015年,我国连续法聚丙烯装置将达到90个左右,总产能将达到2000万吨/年。中国石化环管工艺成为国内最主要的聚丙烯生产工艺,装置数量占全国的1/3,生产能力超过30%。截止2010年12月,我国共有60套连续法聚丙烯装置,总产能1

7、070万吨/年。另有50套总产能485万吨/年的装置在建设中。20112013年间这批装置将全部建成,届时我国连续法聚丙烯装置的生产能力将达到1555万吨/年,总计达80套装置,其中采用引进技术的装置产能966万吨/年,占62. 1%,采用国产化技术的装置产能589万吨/年,占37. 9%。我国成为世界最大的聚丙烯生产国,所有先进的工艺技术在中国都有采用,连续法聚丙烯装置占世界的27%,生产能力占世界的25%。2.2 聚丙烯发展前景近年来，我国PP市场的需求量增长很快。2000年我国PP的表观消费量为486.8万t，2001年达到530.26万t，成为世界PP第2大消费国，2003年增加到71

8、7.7万t，超过美国成为世界上最大的消费国家。我国PP的消费量逐年增加。2005年表观消费量为823.0万t，2006年进一步增加到876.07万t，同比增长约6.45%，产品自给率增加到66.68%，2001-2006年表观消费量的年均增长率约为10.56%，已经超过美国成为世界上最大的PP消费国家。2007年1-11月份的表观消费量为926.21万t，同比增长约17.77%。我国PP产品主要用于生产编织制品、薄膜制品、注塑制品、纺织制品等，2006年的消费构成为：拉丝制品对PP的需求量约占总消费量的49.1%，纤维制品约占10.3%，双向拉伸PP薄膜制品(BOPP)约占13.1%，流延PP

9、薄膜制品(CPP)约占3.4%，注塑制品约占18.3%，管材约占3.8%，其他产品约占2.0%。3. HAZOP分析简介3.1 HAZOP分析简介HAZOP(Hazard and Operability Analysis), 危险与可操作性分析。HAZOP分析法是按照科学的程序和方法，从系统的角度出发对工程项目或生产装置中潜在的危险进行预先的识别、分析和评价，识别出生产装置设计及操作和维修程序，并提出改进意见和建议，以提高装置工艺过程的安全性和可操作性，为制定基本防灾措施和应急预案进行决策提供依据。HAZOP的主要目的是对装置的安全性和操作性进行设计审查.HAZOP分析由生产管理、工艺、安全、

10、设备、电气、仪表、环保、经济等工种的专家进行共同研究；这种分析方法包括辨识潜在的偏离设计目的的偏差、分析其可能的原因并评估相应的后果。它采用标准引导词，结合相关工艺参数等，按流程进行系统分析。并分析正常/非正常时可能出现的问题、产生的原因、可能导致的后果以及应采取的措施。3.2 HAZOP的不同应用阶段HAZOP分析是一种结构化的危险分析工具，最适用于在详细设计阶段后期对操作设施进行检查或者在现有设施做出变更时进行分析。以下详细介绍系统生命周期不同阶段HAZOP和其他分析方法的应用。(1) 概念和定义阶段 在系统生命周期的这一阶段，将确定设计概念和系统主要部分，但开展HAZOP分析所需的详细设

11、计和文档并未形成。然而，有必要在此阶段识别出主要危害，以便在设计过程中加以考虑，并有利于随后进行的HAZOP分析。为开展上述研究，应使用其他一些基本方法。（关于这些方法的描述，见IEC 60300-3-9。）(2) 设计和开发阶段 在系统生命周期的这一阶段，形成详细设计，并确定操作方法，编制完成设计文档。设计趋于成熟，基本固定。开展HAZOP分析的最佳时机恰好在设计固定不变之前。在此阶段，设计足够详细，便于通过HAZOP问询方式得到有意义的答案。建立一个系统用于评估HAZOP分析完成后的任何变更非常重要，该系统应该在系统整个生命周期都起作用。(3) 制造和安装阶段 如果系统试运行和操作有危险，

12、或正确的操作步骤和说明至关重要，或后期阶段出现设计目的的较大变动时，建议在系统开车前进行一次HAZOP分析。此时，试运性和操作说明等数据资料应可用。此外，该分析还应重新检查早期分析时发现的所有问题，以确保它们得到解决。(4) 操作和保养阶段 对于那些影响系统安全、可操作性或影响环境的变更，应考虑变更前进行HAZOP分析，此外，应对系统进行定期检查，消除日常细微改动带来的影响。在进行HAZOP分析时，应确保在分析中使用最新的设计文档和操作说明。(5) 停止使用和报废阶段 在本阶段可能发生正常运行阶段不会出现的危险，所以本阶段可能需要进行危险分析。如果存在以前的分析记录，则可以迅速完成本阶段的分析

13、。在系统整个生命周期都应保存好分析记录，以确保能迅速处理停用或报废阶段出现的问题。4. 聚丙烯装置聚合工段HAZOP分析4.1 装置概述本聚丙烯装置是某乙烯配套项目，本色丙烯均聚物和无规共聚物粒料设计生产能力为 9. 72 ×104t / h。当环管反应器在设计条件下操作时，多数多相共聚物可有更高的生产能力。三元共聚物的生产能力为6. 5 × 104t / h。聚合工段采用原HIMONT( 现Montell) 公司Spheripol 工艺技术，它采用的是液相环管反应器和气相流化床反应器的组合工艺。主要原料是高纯度聚合级丙烯、乙烯、丁烯1和氢气，使用高效载钛催化剂，可生产丙烯

14、的均聚物、丙烯、乙烯无规共聚物；丙烯、乙烯、丁烯三元无规共聚物；乙烯、丙烯抗冲共聚物等49个基础牌号的粉料产品，加添加剂后可生产 110多个牌号的造粒产品4.2 工艺流程图图 1 聚合工段工艺流程4.3 HAZOP 节点划分根据HAZOP分析的要求，应将分析对象划分为一系列分析节点。依据分析对象的实际情况，将聚丙烯装置聚合工段划分预接触系统、丙烯进料冷却系统、反应器压力缓冲系统、200 预聚反应器系统、第一反应系统和第二反应系统等6个分析节点，确定的工艺与可操作性分析节点及节点功能见表 1序号分析节点节点功能图纸号1预接触罐系统CAT、TEAL、DONOR分别用其计量泵P108、P101、P1

15、04输送,在D201的入口TEAL和DONO进入一条管线，然后经插底管进入 D201，CAT单独用一根插底管进入预接触罐 D201中混合，使TI4+还原为具有活性的Ti3+。混合后送入预聚反应器200#工段8200#工段152丙烯进料冷却系统来自丙烯进料罐D302的丙烯，经丙烯过滤器F201后，在流量控制阀FRCA204的控制下进入丙烯冷却器E201中，将丙烯冷却到10 后，去往Z203。根据产品牌号来确定 H2的加入量，H2用来控制产品的熔融指数(MF或MI) ，来自氢压机的5.0MPa氢气经过滤器F202过滤后，在流量控制回路FCA201/202的控制下，分别进入201/202的丙烯中20

16、0#工段7200#工段73反应器压力缓冲系统丙烯进入丙烯气化器E203气化后进入D202，通过控制D202的压力来保证反应器系统的压力稳定、可控200#工段104R-200预聚反应器系统丙烯与活化后的CAT一起送到预聚反应器R20，控制压力3.3MPa、温度小于20 。环管有冷冻水夹套撤热，从预聚反应器出来的稀浆液连续排到第一环管反应器R201200#工段9200#工段9200#工段145第一反应器系统来自预聚反应器被包裹起来的CAT首先进入第一环管反应器R201，然后经带连接进入第二环管反应器R202( 小环管系统）200#工段11200#工段12200#工段146第二反应器系统来自预聚反应

17、器被包裹起来的CAT首先进入第一环管反应器R201，然后经带连接进入第二环管反应器R202( 大环管系统）200#工段12200#工段14表1 聚丙烯装置聚合工段HAZOP分析节点4.4 HAZOP分析及风险评估HAZOP分析小组对聚丙烯装置聚合工段共6个分析节点进行分析，形成了工艺与可操作性分析记录表，并针对HAZOP分析辨识出的危害场景可能对人员、设备、环境和声誉等4个方面带来的风险，应用风险矩阵进行了风险评估4.5 装置稳定性分析通过HAZOP分析以及风险评估，得出影响聚丙烯装置聚合工段稳定运行的核心要素如表2所示。相应的保护措施见表3表2聚丙烯装置聚合工段稳定运行的核心要素分析节点影响

18、本节点稳定运行的核心要素节点一CAT 流量、TEAL流量、DONOR流量、Z203 冲洗丙烯流量、D201温度和D201压力节点二丙烯进料流量、氢气进料流量、E201 丙烯出口温度和丙烯进料压力节点三D202液位和D202压力节点四R200温度、R200压力和物料停留时间节点五R201温度、R201压力、D203液位和物料停留时间节点六R202温度、R202压力和物料停留时间表3影响稳定运行的核心要素的保护措施分析节点针对装置稳定运行的核心要素的保护措施节点一CAT、TEAL、DONOR及Z203冲洗丙烯的流量必须控制在系统允许的范围之内；D201运行温度控制在812 ；D201运行压力控制在

19、3. 05. 0MPa节点二丙烯进料流量、氢气进料流量必须控制在系统允许的范围之内; 丙烯出口温度控制在10 左右；丙烯进料压力控制在系统允许的范围之内节点三D202运行液位控制在20%到60% 之间；运行压力控制在3. 13. 5MPa之间节点四R200控制压力 3. 3MPa、温度小于20 ，物料停留时间4 min节点五温度：70 ；压力：3.3MPa；R202停留时间约1. 15 h节点六温度：70 ；压力：3.3MPa；R202停留时间约0.85 h5. 结论5.1 结论通过对聚丙烯装置聚合工段的 HAZOP分析，找出了影响聚丙烯装置聚合工段稳定运行的核心要素，并且针对各个要素，提出了相应的保护措施。只有将各核心要素运行的参数控制在合适的范围内，才能保证聚丙烯装置的长期稳定、安全运行。生产装置大型化减低能耗和最大限度生产高性能化的产品，一直是 PP 成套技术的发展方向。因此国内聚丙烯研发机构应该在这两个 方面重点研究，即一方面关注关键设备的大型化研究