聚合工藝安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)方案

1、聚合工藝安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)方案1919目錄1 概述11.1 聚合工藝11.2 聚合反應(yīng)類型11.2.1 本體聚合11.2.2 溶液聚合21.2.3 懸浮聚合21.2.4 乳液聚合21.2.5 縮合聚合21.3 聚合關(guān)鍵設(shè)備和重點(diǎn)監(jiān)控單元21.4 聚合工藝涉及的主要危險(xiǎn)介質(zhì)31.4.1 原料31.4.2 其他原料-引發(fā)劑31.4.3 產(chǎn)品和中間產(chǎn)品31.5 山東省主要聚合工藝和產(chǎn)品42 危險(xiǎn)性分析42.1 固有危險(xiǎn)性42.1.1 火災(zāi)危險(xiǎn)性42.1.2 爆炸危險(xiǎn)性52.1.3 中毒危險(xiǎn)性52.2 工藝過程的危險(xiǎn)性52.2.1 高活性的單體易發(fā)生氧化、自聚、熱聚反應(yīng)62.2.2 高壓設(shè)備和管道內(nèi)

2、物料易泄漏 ,形成爆炸性混合物72.2.3 聚合反應(yīng)若溫度控制不當(dāng) ,易發(fā)生暴聚72.2.4 催化劑的性質(zhì)增大過程的危險(xiǎn)性72.2.5 原料含雜質(zhì)引發(fā)危險(xiǎn)82.2.6 聚合產(chǎn)物具有潛在的危險(xiǎn)性82.2.7 聚合后處理過程中 ,在設(shè)備內(nèi)可能形成爆炸性混合物82.2.8 靜電危險(xiǎn)性分析83 重點(diǎn)監(jiān)控的工藝因素及控制要求93.1 溫度的控制93.2 壓力控制93.3 嚴(yán)格控制原料純度93.4 正確使用催化劑103.5 反應(yīng)時(shí)按投料順序和投料配比準(zhǔn)確投料，總物料不應(yīng)超量。103.6 反應(yīng)釜攪拌速度的控制103.7 回流比的控制103.8 冷卻水的壓力、流量控制113.9 異常狀態(tài)下報(bào)警及聯(lián)鎖控制114

3、 推薦的安全控制方案114.1 各工藝參數(shù)的控制方式114.2 工藝系統(tǒng)控制方式124.2.1基本監(jiān)控要求124.2.2 控制系統(tǒng)的選用原則：134.3 安全控制方式134.4 其他安全設(shè)施145 通用設(shè)計(jì)要求145.1 收集產(chǎn)品工藝資料155.2 確定改造范圍155.3設(shè)備選型155.4 提交方案155.5 與建設(shè)方技術(shù)交底，提交改造圖紙，簽署設(shè)計(jì)變更。166 典型工藝安全控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)方案166.1工藝簡(jiǎn)述166.2 該裝置聚合工藝危險(xiǎn)性分析166.2.1 固有危險(xiǎn)性分析166.2.2 工藝過程危險(xiǎn)性分析166.3 某企業(yè)產(chǎn)品乳化劑安全控制方案綜述176.4 某企業(yè)產(chǎn)品乳化劑安全控制方案

4、附圖、附表177 聚合工藝安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)方案附表、附圖187.1 山東省主要聚合工藝和產(chǎn)品情況187.2 聚合工藝主要控制參數(shù)情況187.3 安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)企業(yè)需提供的資料清單187.4 某企業(yè)乳化劑產(chǎn)品工藝管道及儀表流程圖187.5 某企業(yè)乳化劑產(chǎn)品控制系統(tǒng)邏輯框圖187.6 某企業(yè)乳化劑產(chǎn)品控制、報(bào)警聯(lián)鎖一覽表187.7 某企業(yè)乳化劑產(chǎn)品自控設(shè)備表188 聚合工藝典型案例分析18為了指導(dǎo)全省涉及聚合工藝有關(guān)企業(yè)的安全控制系統(tǒng)改造工作，指導(dǎo)有關(guān)設(shè)計(jì)單位相應(yīng)的安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，并為各級(jí)安監(jiān)部門依法監(jiān)督檢查有關(guān)企業(yè)的安全控制系統(tǒng)改造工作提供參考，依據(jù)國(guó)務(wù)院安委會(huì)辦公室關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)危

5、險(xiǎn)化學(xué)品安全生產(chǎn)工作的指導(dǎo)意見（安委辦200826號(hào)）、國(guó)家安全監(jiān)督總局關(guān)于公布首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝目錄的通知（安監(jiān)總管三2009116號(hào)）、山東省安監(jiān)局關(guān)于推進(jìn)化工企業(yè)自動(dòng)化控制及安全聯(lián)鎖技術(shù)改造工作的意見（魯安監(jiān)發(fā)2008149號(hào)），制定本方案。1 概述1.1聚合工藝聚合的概念：將若干個(gè)分子結(jié)合為一個(gè)較大的組成相同而分子量較高的化合物的反應(yīng)過程為聚合。聚合是一種或幾種小分子化合物變成大分子化合物（也稱高分子化合物或聚合物，通常分子量為1×1041×107）的反應(yīng)，涉及聚合反應(yīng)的工藝過程為聚合工藝。聚合反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，要求在特定的溫度、壓力下進(jìn)行，反應(yīng)的速度除了

6、受引發(fā)劑（催化劑）量的影響外，將隨著溫度的升高而加速，因此及時(shí)導(dǎo)出反應(yīng)熱是聚合反應(yīng)中的關(guān)鍵問題，然后隨著反應(yīng)的進(jìn)行，物料的性質(zhì)有顯著的變化，從而影響流體流動(dòng)過程和傳遞過程，因此，聚合過程有可能出現(xiàn)反應(yīng)失控和暴聚現(xiàn)象。1.2 聚合反應(yīng)類型聚合工藝的種類很多，按聚合方法可分為本體聚合、懸浮聚合、乳液聚合、溶液聚合等。按照反應(yīng)類型可分為加成聚合和縮合聚合兩大類。1.2.1 本體聚合本體聚合是在沒有其他介質(zhì)的情況下，用浸在冷卻劑中的管式聚合釜或在聚合釜中設(shè)盤管、列管冷卻進(jìn)行的一種聚合方法，如乙烯的高壓聚合、甲醛的聚合等。1.2.2溶液聚合溶液聚合是選擇一種溶劑，使單體溶成均相體系，加入催化劑或引發(fā)劑后

7、生成聚合物的一種聚合方法。1.2.3懸浮聚合懸浮聚合是用水作分散介質(zhì)的聚合方法。它是利用有機(jī)分散劑或無機(jī)分散劑，把不溶于水的液態(tài)單體，連同溶在單體中的引發(fā)劑經(jīng)過強(qiáng)烈攪拌，打碎成小珠狀，分散在水中成為懸浮液，在極細(xì)的單位小珠液滴(直徑為01um)中進(jìn)行聚合，因此又叫珠狀聚合。國(guó)際上的研究熱點(diǎn)-分散聚合是懸浮聚合的特例：以水作分散介質(zhì)，借助于無機(jī)鹽的沉析作用和水溶性分散劑的穩(wěn)定作用，將水溶性單體聚合成水溶性高分子分散體，形成微米級(jí)分散體系。1.2.4乳液聚合乳液聚合是在機(jī)械強(qiáng)烈攪拌或超聲波振動(dòng)下，利用乳化劑使液態(tài)單體分散在水中(珠滴直徑0001001um)，引發(fā)劑則溶在水里而進(jìn)行聚合的一種方法。1

8、.2.5縮合聚合縮合聚合也稱縮聚反應(yīng)，是具有兩個(gè)或兩個(gè)以上功能團(tuán)的單體相互縮合，并析出小分子副產(chǎn)物而形成聚合物的聚合反應(yīng)。1.3 聚合關(guān)鍵設(shè)備和重點(diǎn)監(jiān)控單元聚合工藝的關(guān)鍵設(shè)備是聚合釜和粉體聚合物料倉(cāng)。聚合釜是帶有夾套或盤管，用于加熱或冷卻反應(yīng)物的壓力容器，往往設(shè)有機(jī)械攪拌裝置。由于在聚合反應(yīng)中，物料形態(tài)發(fā)生變化，從而影響物料的流動(dòng)和傳熱過程，因此需安裝機(jī)械攪拌裝置。在聚合釜上設(shè)置安全閥和防爆片。當(dāng)聚合釜設(shè)置安全閥時(shí)，在安全閥進(jìn)口管段上應(yīng)安裝爆破片，或用惰性氣體或蒸汽吹掃。粉體聚合物料倉(cāng)：當(dāng)帶電粉體周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度超過介質(zhì)（如空氣）的擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，因介質(zhì)產(chǎn)生的電離而使帶電粉體上的靜電荷沿?fù)舸┩ǖ泪尫?/p>

9、，從而產(chǎn)生靜電放電。粉體放電類型有5種：火花放電（包括人體放電），刷形放電，電暈放電，堆表面放電，傳播型刷形放電。1.4 聚合工藝涉及的主要危險(xiǎn)介質(zhì)1.4.1 原料聚合反應(yīng)所涉及的主要介質(zhì)具有自聚和燃爆危險(xiǎn)性。如：聚合原料主要是聚合所用單體和引發(fā)劑，其中單烯烴聚合所指的單體包括液態(tài)的乙烯、丙烯、氯乙烯、苯乙烯、環(huán)氧乙烷等，二烯聚合所指的單體主要包括丁二烯、苯乙烯、丙烯腈、乙烯、丙烯等都屬于甲類或乙A類火災(zāi)危險(xiǎn)性易燃?xì)怏w或易燃液體。其中環(huán)氧乙烷、苯乙烯、氯乙烯等具有一定的毒性，環(huán)氧乙烷屬于高度危害，氯乙烯屬于極度危害，其余大多屬于輕度危害，如乙烯、苯乙烯等。1.4.2其他原料-引發(fā)劑聚合反應(yīng)涉及

10、到的其他原料主要為聚合所用引發(fā)劑，引發(fā)劑一般是不穩(wěn)定物質(zhì)，有的為強(qiáng)氧化劑，有的可分解爆炸，有的易自燃，如過氧化物、偶氮化合物、烷基鋁和三氟化硼等。1.4.3 產(chǎn)品和中間產(chǎn)品聚合工藝涉及到的產(chǎn)品主要有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、合成纖維、滌綸、錦綸、維綸、腈綸、尼龍、丁苯橡膠、順丁橡膠、丁腈橡膠、醋酸乙烯乳液、丙烯酸乳液、醇酸油漆、聚酯涂料、環(huán)氧涂料粘合劑、丙烯酸涂料粘合劑、聚四氟乙烯、聚醚多元醇等，這些產(chǎn)品大多比較安全，其火災(zāi)危險(xiǎn)性較低，若產(chǎn)品為粉體狀，則易引起靜電危害，進(jìn)而引發(fā)粉塵爆炸。1.5 山東省主要聚合工藝和產(chǎn)品山東省主要的聚合工藝有聚乙烯生產(chǎn)；聚丙烯生產(chǎn)；聚苯乙烯生產(chǎn)；聚氯乙

11、烯生產(chǎn)；合成纖維生產(chǎn)；滌綸生產(chǎn)；錦綸生產(chǎn)；維綸生產(chǎn)；腈綸生產(chǎn)；尼龍生產(chǎn)等；丁苯橡膠生產(chǎn)；順丁橡膠生產(chǎn)；丁腈橡膠生產(chǎn)等；醋酸乙烯乳液生產(chǎn)；丙烯酸乳液生產(chǎn)等；醇酸油漆生產(chǎn)；聚酯涂料生產(chǎn)；環(huán)氧涂料粘合劑生產(chǎn)；丙烯酸涂料粘合劑生產(chǎn)等；四氟乙烯懸浮法、分散法生產(chǎn)聚四氟乙烯；四氟乙烯（TFE）和偏氟乙烯(VDF) 聚合生產(chǎn)氟橡膠和偏氟乙烯-全氟丙烯共聚彈性體（俗稱26型氟橡膠或氟橡膠-26）等。主要聚合工藝和產(chǎn)品詳見附表一。2 危險(xiǎn)性分析2.1 固有危險(xiǎn)性固有危險(xiǎn)性是指聚合反應(yīng)中的原料、產(chǎn)品、中間產(chǎn)品等本身具有的危險(xiǎn)有害特性。2.1.1火災(zāi)危險(xiǎn)性參加聚合反應(yīng)介質(zhì)的自聚和燃爆危險(xiǎn)性：?jiǎn)蜗N聚合單體包括液態(tài)的

12、乙烯、丙烯、氯乙烯、苯乙烯等，都屬于甲類火災(zāi)危險(xiǎn)性易燃液體。 二烯聚合所指的單體主要包括丁二烯、雙環(huán)戊二烯、苯乙烯、丙烯腈、乙烯、丙烯等都是易燃物質(zhì)，其蒸氣能與空氣形成爆炸性混合物。有些單體的儲(chǔ)存溫度低于沸點(diǎn)，所以需要在氮?dú)獗Ｗo(hù)下儲(chǔ)存。有些單體是在壓力下儲(chǔ)存，在向儲(chǔ)罐投單體前，應(yīng)徹底用氮?dú)庵脫Q。除乙烯、丙烯外其他單體都有自聚的特性，生成聚合物后容易堵塞輸送管道。二烯烴（丁二烯、雙環(huán)戊二烯）不僅能自聚，而且還能生成過氧化物，這是一種有爆炸危險(xiǎn)的不穩(wěn)定物質(zhì)。單烯烴聚合反應(yīng)的引發(fā)劑（催化劑）一般是不穩(wěn)定物質(zhì)，有的為強(qiáng)氧化劑，有的可分解爆炸，有的易自燃，與空氣或其他物質(zhì)接觸可發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)，甚至引

13、起爆炸，如過氧化物、偶氮化合物、烷基鋁和三氟化硼。2.1.2 爆炸危險(xiǎn)性如烯烴聚合所需單體丁二烯、雙環(huán)戊二烯、苯乙烯、丙烯腈、乙烯、丙烯等易燃物質(zhì)的蒸氣能與空氣形成爆炸性混合物，有些單體的儲(chǔ)存溫度低于沸點(diǎn)，所以需要在氮?dú)獗Ｗo(hù)下儲(chǔ)存，有些單體是在壓力下儲(chǔ)存的，在向儲(chǔ)罐投單體前，應(yīng)徹底用氮?dú)庵脫Q。除乙烯、丙烯外其他單體都有自聚的特性，生成聚合物后容易堵塞輸送管道。二烯烴（丁二烯、雙環(huán)戊二烯）不僅能自聚，而且還能生成過氧化物，這是一種有爆炸危險(xiǎn)的不穩(wěn)定物質(zhì)。2.1.3 中毒危險(xiǎn)性環(huán)氧乙烷、苯乙烯、氯乙烯等反應(yīng)物具有一定的毒性。如環(huán)氧乙烷屬于高度危害，氯乙烯屬于極度危害，其余大多屬于輕度危害，如乙烯、

14、苯乙烯等。2.2 工藝過程的危險(xiǎn)性（1）本體聚合：這種聚合方法往往由于聚合熱不易傳導(dǎo)散出而導(dǎo)致危險(xiǎn)。例如在高壓聚乙烯生產(chǎn)中，每聚合1kg乙烯會(huì)放出3.8MJ的熱量，倘若這些熱量未能及時(shí)移去，則每聚合1的乙烯，即可使釜內(nèi)溫度升高1213，待升高到一定溫度時(shí)，就會(huì)使乙烯分解，強(qiáng)烈放熱，有發(fā)生暴聚的危險(xiǎn)。一旦發(fā)生暴聚，則設(shè)備堵塞，壓力驟增，極易發(fā)生爆炸。 （2）溶液聚合這種聚合方法在聚合和分離過程中，易燃溶劑容易揮發(fā)和產(chǎn)生靜電火花。溶液聚合是單體溶于溶劑中形成均相體系 ,在催化劑的作用下，反應(yīng)生成聚合物。此聚合方式所采用帶攪拌的設(shè)備能保證反應(yīng)體系熱量分布均勻，但是因大量使用易燃可燃液體作為溶劑，其燃

15、燒爆炸危險(xiǎn)性大。（3）懸浮聚合這種聚合方法在整個(gè)聚合過程中，如果沒有嚴(yán)格控制工藝條件，致使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，則易出現(xiàn)溢料，如若溢料，則水分蒸發(fā)后未聚合的單體和引發(fā)劑遇火源極易引發(fā)著火或爆炸事故。（4）乳液聚合這種聚合方法常用無機(jī)過氧化物(如過氧化氫)作引發(fā)劑，如若過氧化物在介質(zhì)(水)中配比不當(dāng)，溫度太高，反應(yīng)速度過快，會(huì)發(fā)生沖料，同時(shí)在聚合過程中還會(huì)產(chǎn)生可燃?xì)怏w。 （5）縮合聚合縮合聚合是吸熱反應(yīng)，但由于溫度過高，也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的壓力增加，甚至引起爆裂，泄漏出易燃易爆的單體。聚合過程中的火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性具體分析如下：2.2.1 高活性的單體易發(fā)生氧化、自聚、熱聚反應(yīng)聚合原料單體基本上為由碳?xì)錁?gòu)成的不

16、飽和烴 ,性質(zhì)活潑 ,在高溫下容易發(fā)生氧化、自聚和熱聚反應(yīng)。例如丁二烯在一定條件下 ,能在設(shè)備內(nèi)生成性質(zhì)極不穩(wěn)定的丁二烯過氧化物、端基聚合物和自聚物。過氧化物易分解爆炸;自聚物則能在設(shè)備中迅速積累增加 ,致使設(shè)備或管道脹裂 ,大量物料流出 ,引起燃燒和爆炸。2.2.2高壓設(shè)備和管道內(nèi)物料易泄漏 ,形成爆炸性混合物聚合過程是在較高溫度和壓力條件下的密閉設(shè)備和管道中進(jìn)行的 ,其原料包括溶劑及其他助劑 ,絕大部分屬于易燃易爆物質(zhì) ,數(shù)量大、爆炸極限寬、閃點(diǎn)低和易揮發(fā)。生產(chǎn)過程中 ,可燃物料泄漏常有發(fā)生。易燃?xì)怏w或液體蒸氣一般比空氣重 ,泄漏出來后往往沉積于地表、溝渠及廠房死角 ,并且長(zhǎng)期積聚不散 ,

17、與空氣易形成爆炸性混合氣體 ,碰到火源便會(huì)發(fā)生燃燒甚至爆炸。2.2.3 聚合反應(yīng)若溫度控制不當(dāng) ,易發(fā)生暴聚聚合反應(yīng)均為放熱和熱動(dòng)力不穩(wěn)定過程，當(dāng)熱量來不及導(dǎo)出時(shí)會(huì)出現(xiàn)“暴聚”現(xiàn)象，反應(yīng)失去控制而引發(fā)爆炸事故。例如：每kg乙烯聚合時(shí)可能產(chǎn)生約 3500kJ 的熱量，而乙烯物料的比熱在聚合反應(yīng)的溫度和壓力下約為 2.6kJ/ kg·，如果乙烯聚合轉(zhuǎn)化率每升高1%，則反應(yīng)物料溫度因反應(yīng)熱會(huì)升高 1213；此熱量若得不到及時(shí)移出，當(dāng)體系溫度升到350以上時(shí)，乙烯便會(huì)發(fā)生爆炸性分解。環(huán)氧乙烷聚合時(shí)放出85125kJ/mol 熱量，而其蒸發(fā)熱僅為 25.5kJ/mol，所以環(huán)氧乙烷聚合時(shí)，容器

18、中能產(chǎn)生相當(dāng)高的環(huán)氧乙烷蒸氣壓力，從而引起爆炸。2.2.4催化劑的性質(zhì)增大過程的危險(xiǎn)性聚合過程所使用的催化劑，有的為強(qiáng)氧化劑，有的易分解爆炸，有的易自燃。如三乙基鋁，三異丁基鋁 ,異戊基鋁 ,一氯二乙基鋁與二乙基鋁的等分子混合物等與空氣接觸立即燃燒 ,遇水易爆炸。催化劑三氟化硼和空氣接觸也會(huì)發(fā)生劇烈反應(yīng) ,冒白煙。過氧化物催化劑遇高溫則會(huì)發(fā)生分解、爆炸。聚合過程中催化劑加入過量 ,引發(fā)劑的比例過高 ,聚合反應(yīng)速度加快 ,產(chǎn)生的反應(yīng)熱不易導(dǎo)出 ,還可能導(dǎo)致暴聚。2.2.5 原料含雜質(zhì)引發(fā)危險(xiǎn)原料中的某些雜質(zhì)，對(duì)聚合有催化作用或能引起不良副反應(yīng)，其結(jié)果會(huì)使聚合過程變得無法控制。高壓聚乙烯生產(chǎn)中，原

19、料乙烯不純，尤其是含乙炔量過高，壓縮時(shí)就易聚合放熱而發(fā)生爆炸。丁二烯中含氧量為500ppm時(shí) ,就會(huì)產(chǎn)生端基聚合物。2.2.6 聚合產(chǎn)物具有潛在的危險(xiǎn)性聚合產(chǎn)物粘性大 ,設(shè)備和管道常有被其粘堵的可能性。采用管式聚合器的最大問題是反應(yīng)后的聚合產(chǎn)物粘掛管壁發(fā)生堵塞 ,引起管內(nèi)壓力和溫度變化 ,甚至因局部過熱引起物料裂解 ,成為爆炸事故的原因。此外 ,從生產(chǎn)裝置中清理出來的自聚物、熱聚物遇空氣容易自燃。2.2.7聚合后處理過程中 ,在設(shè)備內(nèi)可能形成爆炸性混合物聚合反應(yīng)完畢后 ,聚合器內(nèi)除聚合體外 ,還有未反應(yīng)完的單體、溶劑、乳化劑、催化劑等易燃易爆物 ,若后處理不當(dāng) ,會(huì)引發(fā)危害。例如用氣體壓出聚氯

20、乙烯聚合物料時(shí) ,若氣體為壓縮空氣 ,則空氣中的氧會(huì)與物料中殘存的氯乙烯形成爆炸性混合物。2.2.8靜電危險(xiǎn)性分析大多聚合產(chǎn)品，如聚氯乙烯、橡膠、合成纖維及樹脂類物質(zhì)等，其電阻率大都在1012歐厘米左右（10111014），最易產(chǎn)生靜電，又由于在聚合產(chǎn)品輸送過程至粉體聚合物料倉(cāng)以及由料倉(cāng)分裝的過程，都很容易產(chǎn)生靜電，易引起靜電起火或爆炸，影響產(chǎn)品質(zhì)量，妨礙生產(chǎn)和傷害人體等危害。針對(duì)具體的聚合工藝，建議采用危險(xiǎn)與可操作性分析HAZOP或預(yù)先危險(xiǎn)分析（PHA）或事故樹分析（ETA）等風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，對(duì)整個(gè)工藝過程的危險(xiǎn)性進(jìn)行分析。是設(shè)計(jì)應(yīng)有別于安評(píng)3 重點(diǎn)監(jiān)控的工藝因素及控制要求3.1 溫度的控制嚴(yán)

21、格控制單體的溫度，防止單體自發(fā)聚合。設(shè)備和儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置有效的單體冷卻裝置，防止局部形成過熱。避免設(shè)備存在“死角”而長(zhǎng)期積料。儲(chǔ)存單體量不能過多，時(shí)間不得過長(zhǎng)，避免形成自聚物及過氧化物。在貯罐中，要有計(jì)劃地加入抑制劑，或高溫季節(jié)（夏秋兩季）使用冷卻水噴淋降溫，及時(shí)終止和破壞活性中心，防止聚合物生成。 聚合反應(yīng)釜應(yīng)有可靠的冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)一般由夾套冷卻、盤管冷卻和攪拌冷卻等組成，應(yīng)有多個(gè)水源，兩路電源。聚合反應(yīng)在開始階段或進(jìn)行過程中都有發(fā)生暴聚的可能性。反應(yīng)時(shí)按投料順序和投料配比準(zhǔn)確投料，總物料不應(yīng)超量。反應(yīng)前期要防止升溫過快，當(dāng)反應(yīng)加速后，放熱量逐漸增加，要及時(shí)冷卻降溫。在反應(yīng)過程中，要十分注意溫

22、度和壓力的變化。將聚合反應(yīng)釜內(nèi)溫度與聚合單體流量、引發(fā)劑加入量、聚合反應(yīng)釜夾套冷卻水形成控制關(guān)系。3.2 壓力控制在聚合反應(yīng)過程中，隨著反應(yīng)溫度的升高，壓力也不斷升高。如果發(fā)生暴聚，壓力急劇升高。除了在聚合設(shè)備上安裝安全閥、防爆膜外，必須考慮壓力報(bào)警并與切斷進(jìn)料、緊急泄放、加入抑制劑聯(lián)鎖。3.3 嚴(yán)格控制原料純度 原料應(yīng)有嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)制度，保證原料中不含對(duì)聚合有引發(fā)作用或能引起不良副反應(yīng)的雜質(zhì)。例如生產(chǎn)聚乙烯的原料乙烯，純度要求大于99.99%，其中乙炔百分含量低于0.01，并不含氧化性催化雜質(zhì)。丁二烯儲(chǔ)罐的含氧量須在0.1%以下才能進(jìn)料，儲(chǔ)存過程中含量在0.3%以下。3.4 正確使用催化劑

23、在配制催化劑過程中，必須注意安全。在搬運(yùn)物料時(shí)要輕拿輕放，防止撞擊發(fā)生危險(xiǎn)。烷基鋁等要防止與空氣接觸發(fā)生自燃和遇水受潮發(fā)生爆炸，過氧化物要防止遇高溫分解發(fā)生爆炸燃燒。嚴(yán)格控制催化劑的添加量，其加入量還需根據(jù)物料的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，溫度高時(shí)，加入量適當(dāng)減少，溫度低時(shí)，加入量適當(dāng)增加。3.5 反應(yīng)時(shí)按投料順序和投料配比準(zhǔn)確投料，總物料不應(yīng)超量。反應(yīng)前期要防止升溫過快，當(dāng)反應(yīng)加速后，放熱量逐漸增加，要及時(shí)冷卻降溫。在反應(yīng)過程中，要十分注意溫度和壓力的變化。對(duì)于管式反應(yīng)器，通常采用控制有效直徑的方法調(diào)節(jié)物料流速，在聚合管開始部分，插入具有調(diào)節(jié)功能的調(diào)節(jié)桿，避免初期反應(yīng)的突然爆發(fā)。當(dāng)溫度大幅度上升，或發(fā)生其

24、他危急情況時(shí)，可加入抑制劑以降低引發(fā)劑的活性。在聚合物單體、引發(fā)劑（催化劑）的進(jìn)料管線上分別設(shè)置流量計(jì)和調(diào)節(jié)閥，并在流量計(jì)和調(diào)節(jié)閥之間設(shè)置聯(lián)鎖關(guān)系。3.6 反應(yīng)釜攪拌速度的控制如果攪拌裝置運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，則影響設(shè)備內(nèi)物料的均勻性，不僅影響傳熱，也可能出現(xiàn)局部過熱，所以聚合過程有可能出現(xiàn)反應(yīng)失控和暴聚的現(xiàn)象。聚合釜攪拌電流與聚合單體、催化劑及反應(yīng)抑制劑進(jìn)料閥進(jìn)行聯(lián)鎖，當(dāng)攪拌失效時(shí)，能及時(shí)切斷單體、催化劑進(jìn)料和加入聚合反應(yīng)抑制劑。3.7 回流比的控制由于聚合反應(yīng)放熱較多，單靠增大反應(yīng)器尺寸以獲得較多的夾套和蛇管冷卻面積是不夠的，目前工藝上多利用單體或溶劑氣化回流帶出反應(yīng)熱，經(jīng)冷凝或壓縮液化后，再返回聚

25、合釜吸熱，因此控制回流比十分重要。3.8 冷卻水的壓力、流量控制聚合釜所用冷卻水的壓力必須符合聚合釜夾套或盤管設(shè)計(jì)壓力的要求，冷卻水的溫度和流量必須滿足聚合釜內(nèi)物料熱量衡算和具體工藝的要求。另外，冷卻水的流量隨聚合釜內(nèi)溫度的變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，若調(diào)節(jié)無效，需發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知操作人員采取緊急措施排除故障。當(dāng)冷卻失控時(shí)，需及時(shí)加入聚合反應(yīng)抑制劑。3.9 異常狀態(tài)下報(bào)警及聯(lián)鎖控制在聚合反應(yīng)釜設(shè)立緊急停車系統(tǒng)。反應(yīng)釜內(nèi)溫度/攪拌電流與聚合物單體、催化劑進(jìn)料及加入反應(yīng)抑制劑聯(lián)鎖，一旦反應(yīng)超溫、超壓、攪拌失效或冷卻失控，能及時(shí)切斷進(jìn)料并加入聚合反應(yīng)終止劑。聚合釜設(shè)置安全閥并串接爆破片，考慮設(shè)置緊急泄放閥與

26、釜內(nèi)壓力聯(lián)鎖并報(bào)警，泄放管引至事故回收裝置或火炬；聚合釜底出料管線引出一條去事故回收槽的管線，以收集事故狀態(tài)下的物料。4推薦的安全控制方案4.1各工藝參數(shù)的控制方式聚合工藝的溫度、壓力、液位、反應(yīng)投料速度與物料配比、反應(yīng)釜攪拌速率、冷媒的運(yùn)行狀況等重點(diǎn)監(jiān)控工藝參數(shù)的控制方式見附表二。聚合釜內(nèi)溫度的控制主要是通過調(diào)節(jié)聚合釜單體等的加入量、夾套內(nèi)冷卻水的流量等參數(shù)來完成。由于聚合反應(yīng)是放熱反應(yīng)，當(dāng)溫度低于或高于規(guī)定范圍時(shí)，要自動(dòng)調(diào)節(jié)聚合物單體或催化劑的加入量（催化劑一次性加入的除外）。聚合釜內(nèi)壓力的升高來源于溫度的升高導(dǎo)致聚合釜內(nèi)物料汽化產(chǎn)生高壓，所以根源在于控制聚合釜內(nèi)溫度。釜內(nèi)壓力超高時(shí)，應(yīng)設(shè)

27、高高限報(bào)警并與緊急泄放閥聯(lián)鎖。由于聚合物單體、催化劑之間的加料順序和配比對(duì)整個(gè)聚合反應(yīng)至關(guān)重要，因此必須控制其進(jìn)入聚合釜的順序和流量（質(zhì)量或體積），做到自動(dòng)調(diào)節(jié)并累積計(jì)量。由于粉體聚合物料倉(cāng)輸送較頻繁，摩擦起電占主要因素，因此可通過限制易燃或可燃物料的流速來減少摩擦起電；還可通過接地泄露措施導(dǎo)除靜電荷的大量積聚。此外，粉體聚合物料倉(cāng)的傳動(dòng)軸、輥等不得采用電阻率較高的絕緣材料，以免靜電防電引起燃燒、爆炸。物料輸送涉及到的容器、管道、法蘭、閥門、接頭以及機(jī)泵外殼，應(yīng)有良好的連接并接地。通過良好接地來加速靜電荷的泄放，減少靜電荷的積累，以消除靜電電。所有法蘭及絲扣連接處應(yīng)采用導(dǎo)電線或銅片跨接。4.2

28、 工藝系統(tǒng)控制方式4.2.1基本監(jiān)控要求（1）聚合反應(yīng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的溫度和壓力的自控，并設(shè)置報(bào)警和聯(lián)鎖系統(tǒng)。其溫度、壓力自控方式可根據(jù)工藝過程原理采取簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)或復(fù)雜控制系統(tǒng)。反應(yīng)器體積較大、反應(yīng)熱分配不均勻時(shí)，應(yīng)增加溫度測(cè)量點(diǎn)數(shù)，取其數(shù)個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的溫度平均值作為反應(yīng)器的被控溫度。當(dāng)反應(yīng)器的溫度和壓力接近聯(lián)鎖設(shè)定值時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警；當(dāng)反應(yīng)器的溫度和壓力達(dá)到或超過聯(lián)鎖設(shè)定值時(shí)，產(chǎn)生聯(lián)鎖動(dòng)作：切斷投料，終止反應(yīng)，冷媒閥門全開以帶走反應(yīng)熱等，并同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警。（2）聚合反應(yīng)為連續(xù)工藝過程時(shí)，參與反應(yīng)的原料應(yīng)有溫度、壓力、流量監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)各原料進(jìn)料的恒定控制或比值控制和聯(lián)鎖。生產(chǎn)中若某種原料流量出現(xiàn)異

29、常，要保證切斷危及安全的原料投入，并發(fā)出聲光報(bào)警。（3）對(duì)于帶攪拌的釜式反應(yīng)器，應(yīng)實(shí)現(xiàn)攪拌器運(yùn)行狀況的監(jiān)控和聯(lián)鎖。攪拌器運(yùn)行狀況的監(jiān)控可采取監(jiān)測(cè)攪拌電機(jī)的電流、攪拌器的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)攪拌器出現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)發(fā)出聲光報(bào)警，若危及安全時(shí)，應(yīng)聯(lián)鎖停產(chǎn)。（4）應(yīng)設(shè)置原料進(jìn)料緊急切斷系統(tǒng)，使工藝操作人員可在操作室內(nèi)切斷原料的投入。（5）應(yīng)設(shè)置反應(yīng)器的緊急冷卻系統(tǒng)、緊急泄放系統(tǒng)等，且這些系統(tǒng)可由操作人員在控制室啟動(dòng)。（6）在組分測(cè)量?jī)x表?xiàng)l件滿足時(shí)，應(yīng)加裝原料、反應(yīng)尾氣在線分析儀表，并將其分析結(jié)果遠(yuǎn)傳至操作室。4.2.2 控制系統(tǒng)的選用原則：鑒于PLC、DCS系統(tǒng)已逐步國(guó)產(chǎn)化，其控制、操作功能較強(qiáng)，可靠性及平均

30、無故障時(shí)間較高，已能滿足大部分的化工工藝的需求，且價(jià)格適中，因此建議除了工藝過程簡(jiǎn)單、監(jiān)控參數(shù)較少時(shí)（50點(diǎn)以下）選用智能儀表并與工控機(jī)通訊的系統(tǒng)外，其它則應(yīng)首選PLC或DCS系統(tǒng)。（1）對(duì)于間歇氯化反應(yīng)過程，其控制的主要功能為邏輯判斷、順序控制等為主，模擬監(jiān)控為輔，宜選擇PLC系統(tǒng)；（2）對(duì)于連續(xù)氯化反應(yīng)過程，以監(jiān)控模擬控制信號(hào)為主，邏輯判斷、順序控制為輔，宜選擇DCS系統(tǒng)。4.3 安全控制方式（1）對(duì)于系統(tǒng)控制回路較多、危險(xiǎn)程度較高的裝置，如事故一旦發(fā)生，將造成人員傷亡、界區(qū)外環(huán)境污染及經(jīng)濟(jì)損失較大時(shí)，應(yīng)設(shè)置獨(dú)立于工藝控制系統(tǒng)之外的緊急停車系統(tǒng)（ESD）。（2）一般危險(xiǎn)裝置，如事故一旦發(fā)生

31、，一般不會(huì)造成人員傷亡、界區(qū)外環(huán)境污染及經(jīng)濟(jì)損失不太大時(shí)，可在控制室內(nèi)加裝緊急停車按鈕，確?，F(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)緊急情況（如氯氣泄漏、重要設(shè)備損壞等）時(shí)，操作人員可在控制室內(nèi)切斷原料進(jìn)料、啟動(dòng)緊急冷卻系統(tǒng)、緊急泄放系統(tǒng)和吸收中和系統(tǒng)等。以上（1）、（2）兩款的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足信號(hào)報(bào)警、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)定 HG/T20511-2000之要求。（3）工藝的原料、中間產(chǎn)品及產(chǎn)品大多為有毒、易燃易爆物品，裝置應(yīng)按石油化工企業(yè)可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)置檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，并保證裝置停車或工藝控制監(jiān)控系統(tǒng)失效后，仍能有效地進(jìn)行監(jiān)測(cè)、報(bào)警。4.4 其他安全設(shè)施對(duì)于具體的裝置，考慮安全設(shè)施時(shí)不應(yīng)孤立的看待具體的設(shè)備或

32、工序，還應(yīng)考慮相關(guān)的原料準(zhǔn)備、產(chǎn)品儲(chǔ)存、公用工程等相關(guān)設(shè)施和工序，任何一個(gè)工序出現(xiàn)故障都可能影響到整套裝置的安全，在設(shè)置監(jiān)控或聯(lián)鎖、報(bào)警時(shí)一并考慮進(jìn)去。對(duì)于裝置中因工藝參數(shù)失控而引起的過壓、危及設(shè)備或管道時(shí)，除了設(shè)置自控、聯(lián)鎖系統(tǒng)外，還應(yīng)設(shè)置防爆膜、安全閥、高壓閥、單向閥、緊急排空閥、液位計(jì)及緊急切斷裝置等其他安全設(shè)施。聚合工藝中物料易爆聚、分解而造成超溫、超壓，聚合釜應(yīng)設(shè)報(bào)警信號(hào)和泄壓排放設(shè)施，以及自動(dòng)或手動(dòng)遙控的緊急切斷進(jìn)料設(shè)施。5 通用設(shè)計(jì)要求對(duì)于新建或改、擴(kuò)建裝置，在制定設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)根據(jù)工藝、自控及安全要求，結(jié)合本指導(dǎo)方案，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)于在役氯化工藝裝置進(jìn)行自控與安全連鎖改造，增

33、加或者完善安全控制系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)工作應(yīng)遵循以下原則要求：5.1 收集產(chǎn)品工藝資料企業(yè)產(chǎn)品簡(jiǎn)介、使用工藝簡(jiǎn)介、聚合工藝流程圖，涉及的設(shè)備簡(jiǎn)圖和工藝物性參數(shù)，特殊檢測(cè)工藝操作狀態(tài)下的物性。改造企業(yè)需提交的設(shè)計(jì)資料清單詳見附表三。5.2 確定改造范圍（1）與企業(yè)協(xié)商根據(jù)國(guó)家安監(jiān)總管三（2009）116號(hào)文要求實(shí)現(xiàn)自控聯(lián)鎖的聚合工藝過程。（2）核實(shí)聚合工藝過程所涉及的上下游工藝過程對(duì)自身的影響（如冷媒的規(guī)格流量、惰性保護(hù)氣體的規(guī)格數(shù)量等）。（3）將聚合工藝以及對(duì)該工藝過程產(chǎn)生影響的上下游的工藝過程和對(duì)工藝安全產(chǎn)生影響的相關(guān)公用工程一并納入自動(dòng)化控制與安全聯(lián)鎖技術(shù)改造范圍，確定控制方案，繪制PID圖。5.

34、3設(shè)備選型（1）確定相關(guān)檢測(cè)儀表型號(hào)。（2）計(jì)算并選定執(zhí)行機(jī)構(gòu)型號(hào)。（3）根據(jù)工藝過程復(fù)雜程度、檢修能力等確定自動(dòng)化和安全聯(lián)鎖的實(shí)現(xiàn)載體（如DCS、PLC、智能表、常規(guī)表；電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)、自力等）。5.4 提交方案（1）繪制實(shí)施的工藝管道儀表控制流程圖（PID）。（2）繪制順序控制邏輯圖（需要時(shí)）。（3）控制、報(bào)警、聯(lián)鎖一覽表。（4）自控設(shè)備表。（5）檢測(cè)取源和執(zhí)行器改造圖（說明或標(biāo)注標(biāo)準(zhǔn)號(hào)）。 （6）提交自控、聯(lián)鎖能源供應(yīng)方案。5.5 與建設(shè)方技術(shù)交底，提交改造圖紙，簽署設(shè)計(jì)變更。6典型工藝安全控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)方案某企業(yè)產(chǎn)品乳化劑聚合工序安全控制方案6.1工藝簡(jiǎn)述該聚合反應(yīng)屬于間歇操作。先

35、在聚合釜內(nèi)加入一定量的乳化劑作溶劑，并一次性加入一定量引發(fā)劑，環(huán)氧乙烷經(jīng)流量計(jì)計(jì)量后通入聚合釜，開始反應(yīng)時(shí)，需要用蒸汽加熱來引發(fā)反應(yīng)，達(dá)到引發(fā)反應(yīng)溫度后進(jìn)行放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱由釜內(nèi)盤管及夾套循環(huán)水帶走，反應(yīng)溫度在150160左右，壓力控制在0.2MPa以內(nèi)，反應(yīng)約58小時(shí)，合格后，用真空移至干燥釜，進(jìn)行下一步工序。工藝流程圖見附圖一。6.2 該裝置聚合工藝危險(xiǎn)性分析6.2.1 固有危險(xiǎn)性分析本裝置涉及危險(xiǎn)化學(xué)品有環(huán)氧乙烷、氫氧化鉀和乙酸等。其中環(huán)氧乙烷屬于甲A類無色氣體，環(huán)氧乙烷氣體與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高熱會(huì)引起燃燒爆炸，且屬于高度危害物質(zhì)，人吸入一定量的環(huán)氧乙烷氣體后容易發(fā)生

36、中毒窒息；氫氧化鉀和乙酸屬于腐蝕品。 6.2.2 工藝過程危險(xiǎn)性分析反應(yīng)過程為放熱反應(yīng)，反應(yīng)初期需進(jìn)行加熱，達(dá)到引發(fā)反應(yīng)溫度后開始反應(yīng)，并開始放熱反應(yīng)，此時(shí)通過循環(huán)水帶走反應(yīng)熱，控制反應(yīng)溫度，若循環(huán)水量不足，或加入環(huán)氧乙烷速度過快，會(huì)發(fā)生爆聚，短時(shí)間放出大量的熱，反應(yīng)釜溫度、壓力急劇升高，如沒有有效的安全措施和設(shè)施，有可能會(huì)發(fā)生聚合釜爆炸。反應(yīng)過程中突發(fā)停電、攪拌停止或冷卻水泵機(jī)械故障、冷卻水停供，會(huì)造成反應(yīng)釜溫度劇升，有使反應(yīng)生成物超溫發(fā)生分解，引發(fā)火災(zāi)爆炸的危險(xiǎn)。6.3 某企業(yè)產(chǎn)品乳化劑安全控制方案綜述該裝置區(qū)主要危險(xiǎn)部位在反應(yīng)釜。該部位主要危險(xiǎn)是發(fā)生暴聚，短時(shí)間內(nèi)引起釜內(nèi)壓力急劇升高，泄放不及時(shí)造成反應(yīng)釜爆炸，原因可能是加入環(huán)氧乙烷速度過快或循環(huán)水系統(tǒng)出現(xiàn)故障，不能及時(shí)將反應(yīng)熱帶走造成。在聚合釜的環(huán)氧乙烷進(jìn)料管線上設(shè)置